Введение к работе
Актуальность темы
He-Cd лазер низкого давления - один из наиболее известных лазеров на парах металла. Его основным недостатком является малая выходная мощность лазерного излучения. Существенно увеличить мощность He-Cd лазера позволяет применение высоких (до нескольких атмосфер) давлений среды и накачка высокоэнергетичными частицами (ускоренными электронами или продуктами ядерных реакций), обеспечивающая возбуждение больших активных объёмов. Наиболее перспективными из He-Cd лазеров высокого давления являются лазер с ядерной накачкой и лазер с разрядом в полом катоде. С первым связаны надежды на создание мощного, компактного, энергоёмкого и автономного источника коротковолнового (синего и УФ) лазерного излучения. Второй, имея высокие удельные характеристики и большой набор длин волн генерации, является вероятным преемником широко применяемых He-Cd лазеров низкого давления.
Основным фактором, сдерживающим развитие He-Cd лазеров с ядерной накачкой и с разрядом в полом катоде, является отсутствие наиболее интересной для приложений УФ генерации на линии Х=325.0 им иона кадмия. Кроме того, ниже ожидаемой оказываются удельные характеристики генерации на синей (Х,=441.6 им) линии.
Необходимость решения проблемы УФ генерации и повышения мощности лазерного излучения на синей линии определяет актуальность дальнейшего изучения процессов в He-Cd лазере высокого давления. Удобным источником возбуждения He-Cd смеси при проведении исследований является микросекундный электронный пучок, применение которого позволяет моделировать условия ядерной накачки и, но сравнению с ядерными экспериментами, значительно увеличить скорость исследований. При этом результаты исследований будут применимы и для He-Cd лазера с разрядом в полом катоде, где накачка среды также осуществляется ускоренными электронами.
Для многих применений, связанных с воздействием лазерного излучения на вещество, необходим частотно-периодический режим работы лазера. Использование в качестве источника накачки электронного пучка позволяет относительно легко определить возможности частотной генерации в He-Cd лазере атмосферного давления с высокой (сотни кГц) частотой повторения импульсов.
Целью работы являлось экспериментальное исследование процессов в He-Cd лазере высокого давления с накачкой микросекундным электронным пучком: изучение особенностей заселения лазерных уровней для ультрафиолетовой (1=325.0 нм) и синей (21=441.6 нм) лнниий иона кадмия; получение и исследование характеристик лазерной генерации в He-Cd смеси при накачке микросекундным электронным пучком; определение условий осуществления лазерной генерации с высокой (сотни кГц) частотой повторения импульсов.
Научная новизна
Наиболее важные результаты работы получены впервые, а именно:
1. Впервые получена УФ генерация на линии с длиной волны
325.0 нм в He-Cd лазере высокого давления при слабой (<100
Вт/см3) мощности накачки.
2. Впервые обнаружено, что при длительности импульса
накачки, превышающей 10 мкс, в He-Cd лазере высокого давления
наблюдается ограничение длительности УФ генерации, импульс
лазерного излучения заканчивается раньше импульса накачки.
3. Впервые предложено использовать добавки
электроотрицательных газов для улучшения характеристик He-Cd
лазера. В работе впервые показано, что добавка
электроотрицательных газов к He-Cd смеси ведёт к возникновению
квазистационарной УФ генерации (А.=325.0 нм) и увеличению
мощности генерации на линии 441.6 нм.
4. Впервые реализован частотный режим работы He-Cd лазера
с накачкой электронным пучком с частотой повторения импульсов
до 330 кГц. Лазерная генерация в частотном режиме получена на
синей (^=441.6 нм) и УФ (?^=325.0 им) линиях иона кадмия.
Положения, выносимые на защиту
-
В He-Cd лазере высокого давления с накачкой электронным пучком длительностью 5 мкс лазерная генерация происходит на синей (),=441.6 нм) и ультрафиолетовой ()=325.0 нм) линиях иона кадмия. Максимальная удельная мощность генерации составляет ~60 mBt/cmj для синей линии и ~35 мВт/см3 для УФ линии. Ультрафиолетовая генерация в He-Cd лазере высокого давления при слабой (<100 Вт/см3) накачке получена впервые.
-
При накачке He-Cd лазера высокого давления электронным пучком длительностыо 40 мкс наблюдается ограничение
длительности импульса ультрафиолетового лазерного излучения,
УФ генерация прекращается до окончания действия пучка.
Максимальная полученная длительность (на полувысоте) импульса
лазерного излучения на УФ линии составила ~7 мкс, максимальная
удельная мощность ~ 6 мВт/см3.. Причиной срыва УФ генерации
является уменьшение скорости заселения верхнего уровня лазерного
перехода. і
-
Добавление к активной среде электроотрицательной примеси (четырё'ххлористого углерода ССЦ, перфтортолуола C7F8, йода h) позволяет получить в He-Cd лазере высокого давления с накачкой микросекундным электронным пучком квазистационарную УФ генерацию (Х=325.0 нм) и увеличить мощность генерации на синен линии (А.=441.6 нм). Квазистационарная УФ генерация в He-Cd лазере высокого давления получена впервые.
-
Впервые для электроионизационных газовых лазеров реализован режим накачки с высокой (до 330 кГц) частотой повторения импульсов. Лазерная генерация в He-Cd смеси в частотном режиме получена на синей (А.=441.б нм) и ультрафиолетовой (А.=325.0 нм) линиях иона кадмій.
Практическая ценность работы
Создана экспериментальная лазерная установка для исследования процессов накачки микросекундным электронным пучком паро-газовых сред с температурой до 500 С.
Получены данные о характеристиках He-Cd лазера высокого давления с накачкой микросекундным электронным пучком при малой (<100 Вт/см3) мощности энерговклада.
Определённые в работе добавки к активной среде лазера (пары СС14, C7F8, Ь), позволяющие получить квазинепрерывную УФ генерацию в He-Cd лазере высокого давления, могут быть использованы при совершенствовании He-Cd лазера с ядерной накачкой и лазера с разрядом в полом катоде.
Публикации н апробация результатов работы
Основные результаты диссертации докладывались на Всесоюзном семинаре по лазерам на парах металлов и их применению (1989, Новороссийск; 1991, Сочи), Межотраслевом семинаре по лазерам с ядерной накачкой (1989, Челябинск-70), Всесоюзном симпозиуме по сильноточной электронике (1990, Свердловск), Всесоюзной конференции по модификации свойств
конструкционных материалов пучками заряженных частиц (1991, Свердловск), International Symposium on High Power Lasers (1991, Los Angeles, USA; 1992, Los Angeles, USA), International Conference on High Power Particle Beams (1992, Washington, USA; 1996, Prague, Czech Republic), II и Ш Международной конференции "Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул" (1995, 1997, Томск), International Conference on Lasers (1997, New Orleans, USA).
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 12 печатных работах, из которых 8 - статьи в центральной печати.
Структура и объём диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения. Материал работы изложен на 149 страницах текста, содержащего 43 рисунка и три таблицы. Список цитируемой литературы включает 136 наименований.
