Введение к работе
Актуальность работы
Прогресс в развитии техники получения пучков ускоренных частиц (электронов и ионов), а твгасе создание импульсных исследовательских ядерных реакторов существенно расширили в 70-х 80-х годах исследование плазменных лазеров на плотных газах с накачкой жестки),! ионизатором. Среди этого типа лазеров лазеры на переходах Cd+,Ne и Хе обладают существенным достоинством - при сравнительно высоких удельных характеристиках излучения они тлеют наиболее низкие пороги генерации.
Низкопороговые активные среда могут быть использованы для создания автономных,мощных,энергонасыщенных и сравнительно компактных лазеров-реакторов, с относительно невысокой стоимостью. А такте в лазерной технологии резки п сварки, где наиболее предпочтительным с точки зрения эффективности является импульсно-периодический резгзш с т0 5=0.і-імс,трудно достижимый в газоразрядных системах из-за контракции разряда и требующий ограничения плотности тока из-за теплового разрушения разделительной фольга при электронно-пучковом способе накачки. Поскольку в активных средах плазменных лазеров с накачкой жестким ионизатором выходные параметры генерации на зависят от типа источника накачки, а определяются в основном интенсивностью энергоЕклада, всзмоано моделирование условий возбуждения продуктами ядерных реакций в экспериментах с накачкой пучками электронов.
Исходя из возможностей использования низкопорогоЕых активных сред,актуальной является задача исследования путей повышения эффективности генерации в известных средах с низким порогом накачки и поиск новых низкопороговых активных сред.
Целъ_работы
Целью работы является экспериментальное исследованиз амплитудно-временных и спектральных характеристик лазерного излучения клз-копорогоЕых активных сред па переходах Cd+,Ne и Хе при накачке пучком электронов смесей газов высокого давления,изучение процессов формирования инверсии в данных активных средах,а также поиск и исследование новых низкопорогоЕых активных сред. ,
Поставленная цель достигается путем ресения следующих конкрэт- ' них задач:
-получение и исследование лазерной генерации в УФ и видимом диапазоне на переходах иона са.+ при возбуждении смеси Не-са высокого давления пучком быстрых электронов, определение процессов заселения рабочих уровней наиболее интенсившх лазерных переходов Cd+; -исследование спектральных и амплитудно-временных характеристик лазерного излучения на переходах атомов :ге и Ха в видимом и ближнем ИК диапазонах длин волн в квазистационарном режиме накачки миллисе-кунднным пучком электронов и в послесвечении наносекундного пучка; -исследование генерации пэшшнговского плазменного лазера на переходах неона в припороговых по мощности возбуждения условиях и полек путей снижения пороговой мощности накачки; -поиск новых низкопороговых активных сред на переходах инертных газов с девозбуадением НЛУ в реакции гарпунного типа и реакции передачи энергии на диссоциацию молекулы примеси.
Научная_ноЕИзна выполненной работы-заключается в слэдувдем: I. Реализована лазерная генерация на переходах иона Cd+ с \=534, 533, 442, 325 нм и атома Cd с Я.=361 нм при возбуждении смеси He-Cd еысокого давления наяосекундным пучком электронов.На \=325 и 361 ем при накачке He-Cd лазера жестким ионизатором генерация получена впервые.
2.Показано, что основными каналами заселения ВЛУ He-Cd-лазера высокого давления при накачке гестким ионизатором являются: для линия с >.=534 и 538 нм - реакция перезарядки с Нэ+, а для линий, с А^=442 и 325 км - реакция перезарядки с Неї и реакция Пеннинга с метастаби-лей He(23s).
3. В послесвечении наносекундного электронного пучка за счет вариаций мощности накачки, состава и давления смеси реализуется преимущественная генерация на \=1.73, 2.03 и 2.63 мкм, а при малых мощностях накачки « 6 Вт/см3) в смеси Аг-Хе - одновременная квазикепре-рцвная генерация на переходах с А.=1.73 и 2.03 мкм,причем соотноше-К7.Ч ш.'тенеиЕнос'геЯ зависит от температуры активной среды.В столкно-. вениях с гелием более эффективно девозбуждается нижний уровень для ".---/..03 мкм.
:. iictca^-jHi, что в припэроговых по мощности возбуждения условиях і:і::очкі: пучком электронов (* ~ 25 Вт/см) добавки 0.4 Торр YL к сме-
си He-Ne-Ar пеннинговского плазменного лазера на неонэ увеличивают коэффициент усиления в ~ 2.5 раза и сникают порог генерации. 5. Реализована лазерная генерация на переходах атомов PI Я=634.8, 641.3, 712.7, 731.1, 739.8, 755.2 нм И Аг Л.=794.8 нм при возбуждении смсей Аг(Не)-н?3 высокого давления пучком электронов (Ео~200 кэВ). Генерация на Л.=794.8 нм получена впервые.
Практическая ценность„работы I.Получены данные,характеризующее работу лазеров высокого давления на переходах неона,ксенона и иона кадмия при малых энерговкладах и (или) мощностях возбукдення.
2.Создана лазерная установка на основе малогабаритного ускорителя РАДАН для возбукдения газофазных активних сред высокого давления; пучком электронов (Ео~200 кэВ) при температурах Ю-750С. 3.Продемонстрирована возможность использования ускорителя электронов с плазменным катодом и радиально сходящимся пучком для получения высокооднородного по сечению луча лазерного излучения епперту-рой до 100 мм на переходах неона и ксенона.
Защищземыэ_полозения
I.При возбуздении He-Cd лазера высокого давления (р>1 атм) нано-секундным пучком быстрых электронов реализуется генерация на переходах Cd+ ?t=S34 и 538; 442; 225 нм, с удельными мощностями излучения 6 кВт/л, 3 кВт/л и 150 Вт/л соответственно. При накачке смеси He-Cd высокого давления яестким ионизатором лазерное излучение на Х=325 нм получено Епервые.
2.Основными процессами засоления ВЛУ He-Cd лазера при накачке хест-ким ионизатором являются: для зеленых линий (\=534 и 538 нм)-реак-ция перезарядки с Не+,а для синей и 1ГФ линий (Я=442 и 325 ил) реакция перезарядки с НеІ'и реакция Пэннинга с мэтастабилей Не (2).
3.Показано, что в послесвечении наносекундного электронного пучка за счет вариаций мощности накачки, состава и давления смеси реализуется селективная перестройка длины волны излучения на \=1.73, 2.03, 2.G3 кем ХеІ. В столкновениях с гелием более эффективно де-возбувдается никний уровень для А.=2.03 мкм.
4.При малых мощностях накачюі « 6 Вт/см3) в смеси Аг-Хе реализуется одновременная квазинепрерывная (~ 0.1 мс) генерация на і::рехс-дах с Я,=1.73 и 2.03 мкм, причем соотношение іштенсивностей зависит от температуры активной среда.
5.При возбуждении пеннинговского плазменного лазера на Л.=585 ш Ne
пучком электронов малой мощности ( " 25. ВтЛаг) добавки водорода в рабочую смзсь He-Ne-Ar увеличивают коэффициент' усиления (в ~ 2.5 раза) и снижают порог'генерации.
6.При возбуждении смесей Не(Аг)-НР3 высокого давления пучком быстрых электронов впервые получена лазерная генерация на переходах атома II ?i=634.8, 641.3, 712.7, 731.1, 739.8, 755.2 нм (Р ~20 кВт/Л на всех линиях).и атома ах» \=794.8 нм (Р " 2.5 Вт). .
Апробация работы '-' Основные результаты работы докладывались на:
I.Всесоюзном совещании "Инверсная заселенность и генерация на переходах в атомах и молекулах", г.Томск, 1986.
2.Рабочем совещании "Активные среды плазменных и газоразрядных лазеров", г.Гродно, 1987.,
3.VI Всесоюзном симпозиуме по сильноточной электронике, г.Но
восибирск, 1986. . : . . .
4.Ыедвдународной'конференции CLEO-88, Anaheim, 1938.
.Международной конференции LASERS-89. New Orlean, 1989.
S.YI Всесоюзной конференции "Оптика лазеров", г.Ленинград,I9S0.
7.Отраслевой конференции ЛЯН-92, г.Обнинск, ІЄ92.
8.Конференции "Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул", г.Томск, 1992,
Структїра_и_обьем_работа
Диссертационная работа изложена на 120 страницах машинописного текста,иллюстрируется 51 рисунком,6 таблицами,состоит из Введения, пяти глав, Заключения и списка литературы из 201 наименования.
