Введение к работе
Актуальность темы. Мощное УФ излучение, генерируемое им-льсными эксимерными лазерами (ЭЛ), широко используется в настоящее ъмя в ряде научных и прикладных задач. Сюда можно отнести лазерную работку материалов, лазерную спектроскопию, создание комбинационных тараметрических генераторов света, мониторинг в земной атмосфере, ла-шую литографию, лазерную медицину и т.д. Для этих и других задач неводимо УФ излучение, обладающее определенным набором параметров, <их как дифракционная расходимость, узкая линия генерации, пере-юйка частоты, высокая (или наоборот низкая) пиковая мощность лазер-го пучка с определенной энергией и т.п. Возможности генерации добного излучения традиционными ЭЛ с накачкой самостоятельным раз-дом ограниченны.из за малой ~ (10-50) не длительности импульса гене-п-ш, что при типичной длине резонатора ~ (0,5-1) м дает не более ~ (5-) проходов излучения в резонаторе на этапе формирования генерации, этому до сих пор задача генерации УФ излучения с требуемыми спек-зльными, временными и пространственными характеристиками решалась основном с помощью сложных лазерных комплексов, содержащих ЭЛ шь в качестве оконечных усилителей. В последние годы значительные -їлия разработчиков были направленны на увеличение времени генера-и ЭЛ с накачкой самостоятельным разрядом. В результате был создан ц т.н. длинноимпульсных ЭЛ (см. например ]1|), время генерации кото-х превышает 200 не. Возникшая в результате этого возможность увеличим числа проходов излучения в резонаторе ЭЛ (до величин ~ 100) врывает перспективы создания гораздо более простых источников излу-гіия для указанных задач.
Наилучшие результаты среди всех длинноимпульсных ЭЛ с накачкой
состоятельным разрядом достигнуты для ХеС! лазера (длина волны гене-
ии Я ~ 308 нм). Для этого лазера подробно изучены причины ограниче-
ния длительности импульса генерации. Предложены способы увеличения до микросекундного уровня [2]. Хорошо исследованы генерационные удельные характеристики. Так максимальная длительность по полувысс импульса свободной генерации этого лазера может составлять до ц/2 ~ ' мкс [3]. При ц/2 ~ 200 не достигнут КПД ц ~ 5% [4], а максимальн энергия генерации составила 20 Дж [5]. Однако, характеристики усилен длинноимпульсного XeCl лазера изучены недостаточно. Поэтому важн является задача детального изучения спектрального распределения и в; менной эволюции усиления в этом лазере.
Значительное увеличение времени существования инверсии и ї следствие увеличение числа проходов излучения в резонаторе лазера этапе формирования генерации, достигнутое в длинноимпульсном XeCl . зере, открывает пути использования его для генерации высококогерента УФ излучения методами внутрирезонаторной селекции. В связи с этим, туальной является задача практического применения длинноимпульсні XeCl лазера для создания источников УФ излучения с высокими сп тральными и временными параметрами.
В соответствии с вышесказанным, целью настоящей работы было:
1. Экспериментальное определение спектральных и временных характе
стик усиления XeCl лазера с накачкой самостоятельным разрядом д
t тельностыо > 0,5 мкс при удельной мощности накачки < 100 кВт/см3 также, создание на этой основе узкополосного плавно перестраиваем лазера для задач лазерной спектроскопии.
2. Исследование режима активной синхронизации мод в длинноимпу/
ном XeCl лазере и создание эксимерного генератора УКИ для приме
ния его в качестве задающего генератора в лазерных комплексах ;
генерации УФ излучения высокой мощности.
.учная новизна работы заключается в следующем:
"Диапазон плавной перестройки частоты генерации XeCl лазеров расширен до > 200 см'1 (полная девиация частоты генерации). Впервые для XeCl лазеров получена генерация на переходе 1-5 молекулы ХеО*. Энергия генерации составила > 70 мкДж. Измерено спектральное распределение коэффициента усиления слабого сигнала молекул ХеСГ в диапазоне 307,5-308,8 нм при накачке активной среды самостоятельным разрядом длительностью > 0,5 мке и удельной мощностью < 100 кВт/см3.
Длительность УКИ, генерируемых XeCl лазером в режиме активной синхронизации мод уменьшена до ~ 100 пс. Получены цуги с полной длительностью > 300 не, состоящие из более чем 60 субнаносекундных импульсов.
Получена плавная перестройка несущей частоты цугов 100-пс УКИ, генерируемых длинноимнульскым XeCl лазером в режиме активной синхронизации мод. Диапазон перестройки составил (307,6-308,6) нм (полная девиация частоты ~ 100 см'1).
Осуществлена инжекционная синхронизация мод длинноимпулъсного XeCl лазера с неустойчивым телескопическим резонатором. В результате создан XeCl лазер, генерирующий цуги УФ УКИ с энергией ~ 70 мДж и содержащие до 60 импульсов. Длительность отдельного импульса составила < 150 пс.
іучная и практическая ценность работы.
Созданный плавно перестраиваемый длинноимпульсный XeCl лазер позволяет получать когерентное излучение вблизи А = 308 нм со следующими характеристиками:
полная девиация частоты Дг> 200 см'1, монохроматичность 8v< 3,5 см4, энергия генерации W > 100 мкДж.
полная девиация частоты Av> 140 см"1, монохроматичность 6v~
1 см-1, энергия генерации W> 5 мкДж. Указанный источник лазерного излучения может быть применен в спе* троскопических экспериментах.
-
Созданный на основе длинноимпульсного XeCl лазера эксимерныи з дающий генератор 100-пс УФ УКИ может быть использован в состаї лазерных комплексов для проведения экспериментов по взаимоде ствию излучения с веществом.
-
Созданный эксимерныи XeCl лазер, сочетающий в себе возможное генерации УКИ длительностью ~ 100 пс и плавной перестройки нес щей частоты генерируемых цугов с девиацией &v~ 100 см'1 может бы использован для построения источников оптической накачки, а также лазерной химии и спектроскопии.
-
Созданный XeCl лазер, генерирующий цуги УФ УКИ с энергией ~ мДж может использоваться в экспериментах по взаимодействию из/ чения с веществом.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Увеличение времени существования инверсии до S 0,5 мкс, достигнут в длинноимпульсном XeCl лазере с накачкой самостоятельным разряд длительностью > 0,5 мкс и удельной мощностью ~ 100 кВт/см3, Д возможность получать эффективную лазерную генерацию на слабых і реходах терма В-»Х молекулы ХеСГ (1-5, 0-5).
-
При указанных выше условиях накачки, возможно расширение диапа на плавной перестройки частоты генерации XeCl лазера до Sv>. 200 см
-
Увеличение числа проходов излучения в резонаторе длинноимпульсні XeCl лазера до > 100 позволяет генерировать цуги 100-пс УКИ при тивной синхронизации мод в этом лазере.
-
Несущая частота цугов 100-пс УКИ, генерируемых длинноимпульсн XeCl лазером в режиме активной синхронизации мод, может плавно
-7- .
рестраиваться вдиапазонё от 307,64 до 308,65 нм (полная девиация частоты ~ 100 см'1).
іробация работы. Основные результаты работы докладывались на XIII
еждуггародггой конференции по когерентной и нелинейной оптике (Минск 88), на V Международной конференции по лазерным наукам (1LS-V, anford, USA, August 27-30, 1989), ип XIV Международной конференции когерентной и нелинейной оптике (Ленинград 1991), на 7 Международ-й конференции "Оптика лазеров" (Санкт-Петербург 1993), на научном минаре по квантовой радиофизике Физического института им. Н.Лебедева РАН.
/бликащш. По материалам диссертации опубликовано 15 работ, 2 из х — тезисы докладов на международных конференциях.
руктура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, гырех глав, Заключения и списка цитируемой литературы из 105 наиме-ваний. Полный объем диссертации 156 страниц, включая 45 рисунков.
