Введение к работе
Актуальность темы. Среда различных типов лазеров ионные лазеры на парах металлов привлекают к себе все большее внимание. Обладая всеми положительными свойствами газовых лазеров (большие активные объемы, возможность реализации высокого уровня энерговклада в среду, однородность лазерного Еещества), этот класс лазеров отличается гораздо больпшм числом механизмов создания ян -версии (благодаря использованию различных процессов передачи энергии от атома или иона буферного газа иону металла). Это дает возможность получать генерацшо на большем числе длин волн, зклю-чая видимую и УФ-области спектра / I /.
Одними из наиболее привлекательных среда этой группы лазе -ров являются ионные лазеры на парах стронция ( Л 430,5 км) я кальция (373,7 нм) / 2 /, интерес к которым в значительной мере возрос в последнее время. Все увеличивающееся количество работ, посвященных исследованию этих лазеров, объясняется тем, что к настоящему временя они перестали быть лабораторными макетными образцами я уже достигают уровня перспективных ^ялерческих мо -делей / 3 /. Реализованные средние (~ 4 Вт на Я. 430,5 нм $ГЖ > ' ~ 1,3 Вт на Л 373,7 нч CaTL) и импульсные мощности (соответ -стзенно ~ 20 и 10 кВт) делают их перспективными в различных областях науки и техники / 4J5 Л Вместе с тем, большое количество уже реализованных и прогнозируемых применений этих лазеров тре -бует дальнейшего улучшения их выходных характеристик, что невозможно без глубокого и точного уяснения механизма их работы.
К началу настоящей работы, между тем, существовала некото -рая неоднозначность в этом вопросе. Так, наряду с общепринятым рекомбинационным механизмом / 1,2 /, в работе / 6 / был предло -
4 s.eu альтернативный механизм создания инверсии в Ме-Зг и Не-fa лазерах. Проведенные ле до настоящей работы диагностические ис -следования лазеров не всегда были достаточно обоснованными и комплексными.
Целые работы в связи с этим является: '
обоснование возможности использования различных диагностических мэтодик ддя определения параметров активной среда He-Sr лазера;
проведение комплексной диагностики плазмы этого лазера с
целью более глубокого уяснения механизма его работы;
- исследование перспективных (с точки зрения механизма его
рабеш) схем возбуждения лазера для осуществления генерации на переходах иона стронция. Научная новазна.
-
Иолучзш калибровочные кривые, возводящие использовать зондоый мотод-дкагностики в "переходном" и "граничных" областях работг /зонда при числах Кнудсена К«. 1 , Кг. 7> 1.
-
Проведені комплексная диагностика Не-А- лазера, позволявшая шязіі'ть оледуїдие особенности поведения параметров плазмы:
я) В оптимальном режиме работы лазера к концу импульса тока
реализуется значительная ( 60 %) степень двукратной ионизации
атома строкцш». " .
. б) Во гд'іюі импульса генерации Л' 430,5. ил концентрации ме-тастаоильних состоянии атома гелия и стронцая достигают соответ -стаєнно І013 см"3 и І012 сы~3.
в) Электронная температура быстро спадает в послесвечении. Во время имііульса гекеївцик (спустя t ~ 0,1 мке после импульса 1'огл) Те составляет . Те. х 0,25^.-^7 эВ, величина концентрации электронов при этс;л достигает пе ~ (4±2)«10 4 см-3.
5 - .
-
Еперзые экспериментально обнаружен немонотонный характер тепловыделения в чистом гаяли, связанный с наличием у атома ге -лия шсокорасположегаых метастабидьных состояний и малым време -нем релаксации электронной температуры при больших давлениях газа.
-
Впервые получена генерация на синей линии с Л 430,5 нм, а также на ИК-переходах иона стронция с Л 1,03; 1,0Э; 1,08; 1,1;. 1,2 мил в разряде с электронным пучком коаксиальной конст -рукции (в реяимах "открытый разряд" и "обратный электронный пу -чок").
-
Показана перспективность использования предыошзации для улучшения характера работы лазера на парах металла в разряде с полым катодом. Впервые получена генерация Я 430,5 ил в "полом катоде" с предыонизацией.
-
Реализовал непрерывный Щ лазер с А 1,1 и 1,08 мкм на переходах иона стронция в $Г-Не-Кг смеси с ЕЧ-^озбуждением активной среды.
Обоснованность и достоверность полученных в работе резуль -татов определяется комплексным характером проведенных исследовании. Вывода о кинетике параметров плазмы активной лазерной среды сделаны на основе анализа результатов диагностики несколькими методами. .Значительное кесто в работе уделено вопросу о примени-мостя используемых методик, Достоверность результатов, кроме того, 'подтверждается непротиворечивостью некоторых из них с данными других авторов, подученными в последнее время.
Практическая ценность. Полученные результаты позволили do -лее глубоко уяснить механизм работы He-Sr лазера, выявить иде -альные условия накачки, к которым необходимо стремиться, коне*-* -руируя конкретные лазерные установки.
Показана перспективность использования пучковых типов разряди для накачки рекомбинащюнных лазеров.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Результаты комплексной диаі'ностики активной среды Н«?-Зг
лазера, позволившие проанализировать кинетику населенности Состо
яний атомов и ионов стронция, атомов гелия, параметров плазмы
( he . ~Пг ) и убедительно подтвердить рекомбинациошшй механизм его работы.
-
Экспериментально обнаруженный немонотонный характер теп -ловвделения в чистом галди, связанный с наличием у атома гелия высокорасположеннкх ыетастабильных состояний и малым временем релаксация электронной температуры при больших давлениях таза.
-
Результаты исследования активных сред Sr -ионного лазера о накачкой в пучковых типах разряда, в результате которых:
а) .впервые получена генерация ка линии с А 430,5 нм, а также на Ш уореходах с 'Л 1,03; 1,08; 1,09; 1,1; 1,2 мкм иона строіг^л в разряде с электронным пучком коаксиальной конструкции (в p^uukv-c "откриай разряд" и "обратный электронный пучок");
6} показала перспективность использования предыонизации для
улучаетия характера работы лазера на парах металла в режиме "по -
лый глтод". Вперзые получена генерация с А 430,5 нм'в "подом ка-
' "де" о предаоіШзацией; .
в) реаліпоійя непрерывный Ж лазур о Л 1,1 и 1,08 мкм на переходах иопа стронция в і>«—Н?-Злг емсон с БЧ-возбуждением ак -
TJU.I4.;, СрЄД!і.
Алроб.-иуія работы. Основше результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных семинарах "Лазеры на парах металлов -: і.:: применение" (г.Новороссийск, Т9В5, І9Б9; Лазаревская, 1991), на Ьсесовзном совещании "Инворскля заселенность и генерация на
7 переходах в атомах и молекулах'' (г.Томск, 1986), Всесоюзном семинаре "Спектроскопия активных сред газовых лазеров" (г.Таллинн, 1990 г.).
Публикация. Основные материалы диссертации опублякозаті в 3-х печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Она содержит 12.0 страниц основного текста, 4$ рисунков, '# таблиц и список литературы из 149 названий.
