Кинетика активных сред рекомбинационных газоразрядных лазеров

• Автор: Чеботарев, Геннадий Дмитриевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 414 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. РЕКОМБИНАЦИОНЫЙ Ne-H2 ЛАЗЕР С ПЕННИНГОВСКОЙ ОЧИСТКОЙ НИЖНЕГО УРОВНЯ

1.1. Генерация на А.=585,3 нм Nel в разряде с полым катодом

1.2. Генерация на Я,=585,3 нм Nel в продольном разряде

1.3. Механизмы накачки и инверсии Ne-H2 лазера

1.4. Исследование продольного разряда в трубке с протяженными металлическими сегментами как активной среды рекомбинационных лазеров

1.4.1. Глубина проникновения разряда в катодную полость металлических сегментов

1.4.2. Спектрально-временные характеристики «сегментированного» разряда

1.4.3. Ne-H2 и Не-Кг+ лазеры с возбуждением в «сегментированном» разряде

1.5. Выводы
2. ЛАЗЕР НА АТОМНЫХ И ИОННЫХ ПЕРЕХОДАХ РТУТИ
2.1. Новые лазерные переходы в спектре Hgl
2.2. Механизмы генерации на переходах Hgll
2.3. Исследование процессов заселения уровней Hgll методом модуляции населенностей
2.4. Изучение процессов заселения уровней бейтлеровского спектра Hgll
2.5. О роли ступенчатых ударов второго рода в лазере на ионных переходах ртути
2.6. Выводы
3. РЕКОМБИНАЦИОННЫЕ ЛАЗЕРЫ НА ПЕРЕХОДАХ МНОГОЗАРЯДНЫХ ИОНОВ
3.1. Потенциальные рекомбинационные лазерные переходы в спектрах многозарядных ионов
3.2. Анализ возможности рекомбинационной накачки уровней многозарядных ионов в газоразрядной плазме
3.3. Экспериментальное исследование возможности рекомбинационной накачки уровней T1III
3.4. Рекомбинационные лазеры на переходах OUI и XelV
3.5. Выводы

4. ОПТИМИЗАЦИЯ И ДИАГНОСТИКА РЕКОМБИНАЦИОННЫХ Не-Бг+ и Не-Са+ЛАЗЕРОВ
4.1. Механизмы генерации Не-8г+(Са+) лазеров
4.2. Диагностика активных сред Не-БіДСа4) лазеров
4.2.1. Измерение концентраций долгоживущих компонент плазмы
4.2.2. Измерение электронной температуры и концентрации
4.3. Экспериментальная оптимизация Не-8г+(Са+) лазеров
4.3.1.Оптимизация по давлению активной среды
4.3.2. Оптимизация по энерговкладу в активную среду
4.3.3. Закономерности, присущие активным средам саморазогревных Не-ЗгСа4) лазеров
4.4. Методика расчета оптимальных параметров Не-8г+(Са+) лазеров
4.4.1. Тестирование методики расчета оптимальных параметров Не-ЗгСа4) лазеров
4.5. Малогабаритные Не-ЯгДСа4) лазеры
4.5.1. Типы малогабаритных саморазогревных Не-8г4(Са4) лазеров
4.5.2. Экспериментальный образец (макет) Не-Са+ лазера
4.6. Применения Не-БіДСа4) лазеров
4.7. Выводы
5. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АКТИВР1ЫХ СРЕД Не-8г+ и Не-Са+ ЛАЗЕРОВ
5.1. Самосогласованные математические модели Не-8г+ и Не-Са+ лазеров
5.1.1. Модель Не-Бг4 лазера
5.1.1.1. Электрическая цепь накачки
5.1.1.2. Долгоживущие частицы
5.1.1.3. Поуровневая кинетика
5.1.1.4. Электронная и газовая температура
5.1.1.5. Процессы переноса
5.1.1.6. Коэффициент усиления
5.1.1.7. Энергетические характеристики излучения
5.1.1.8. Исходные данные и начальные условия
5.1.2. Модель Не-Са+ лазера
5.2. Тестирование математических моделей
5.3. Анализ влияния эффектов самопоглощения на временной ход интенсивности спектральных линий.в Не-8г+(Са4) лазерах
5.4. Анализ пространственно-временных характеристик активной среды Не-8г4 лазера

I 5.4.1. Процесс установления импульсно-периодического режима
: 5.4.2. Установившийся;импульсно-периодический режим
. 5.5. Исследование процессов контракции и расконтрагирования в активной
среде He-Sr+ лазера1
ij 5.6: Выводы
I 6. ДОСТИЖИМЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГЕНЕРА1 (ИИHe-SrCa4) ЛАЗЕРОВ
| 6.1. Численная многопараметрическая оптимизация
| 6.2! Повышение энергетических характеристик за счет увеличения давления*.
| активной среды
г 6.3. Повышение энергетических характеристик за счет увеличения объема
активной:среды и частоты следования импульсов
1 6.4. Повышение энергетических характеристик в режиме возбуждения,

пачками-импульсов-;
} 6.5. Повышение пиковой мощности и укорочение импульсов генерации
I методом;разгрузки резонатора-
6.6. Оперативное управление характеристиками генерации
| . 6.7. Анализ возможности получения инверсии на HOBbix переходах SrÜ Bs
условиях сильно-нестационарной рекомбинационной кинетики:
I 6.8: Многоволновая генерация на видимых иаИК переходах Sri! иЕгЕ
| - 6.8.1. Условия-одновременной многоволновой генерации на переходах
1 SriI и Sri
| 6Х:21 Предельнаягчастота1 следования импульсов генерации на ИК
г переходах SrII
6.9. Деионизация плазмы послесвечения за счет «ускоренной» амбиполярной
диффузии;
I 6.10. Выводы
I 7. КА'ГЛсбОРЕЗЫЫЕ ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИЕ Не-СсГ и Hc-Sr’
| ЛАЗЕРЫ
г 7.1. Скорость прокачки паров металла в импульсно-периодическом
| разряде
I' 7.2. Динамика-катафореза-в импульсно-периодическом разряде
? 7.3. Катафорезные импульсно-периодические лазеры на парах кадмия-и
стронция
I 7.3.1. Катафорезньшимпульсно-периодический Не-СсЕ лазер
I 7.3'. 1.1. Возбуждение в продольномфазряде
| 7.3.Г.2: Возбуждение в «сегментированном» разряде
7.3.2. Катафорезный импульсно-периодический He-Srf лазер
Генерация осуществлялась в импульсно-периодическом режиме при частотах следования импульсов ~1—103 Гц в смеси №-Н2 при давлениях -5—25 Тор, а также в этой смеси с добавками гелия и аргона.
Исследование физических процессов в плазме проводилось методом изучения временных характеристик спонтанного излучения и генерации, который является одним из широко используемых благодаря простоте и информативности. В частности, на основе анализа временного хода интенсивности спектральных линий в послесвечении импульсного разряда могут быть установлены механизмы накачки уровней в рекомбинирующей плазме [5-7]. Такая возможность обусловлена тем, что типичные времена жизни уровней намного меньше характерных времен изменения скоростей накачки, поэтому населенности уровней и интенсивности линий квазистационарно «отслеживают» изменения накачки во времени. Регистрация спонтанного и лазерного излучения на линиях Кге1 проводилась с использованием спектрографа ИСП-51 с фотоэлектрической приставкой ФЭП-1 и осциллографов С1-74, С1-75, ВМ-430. Форма импульсов тока регистрировалась с помощью пояса Роговского, либо малого сопротивления (0,1 Ом), включаемого последовательно с разрядной трубкой у заземляемого электрода, сигнал с которого подавался на вход осциллографа.
На рис 1.4 представлены осциллограммы спонтанного излучения и генерации на лазерном переходе 1=585,3 нм №1, а также на более высоко расположенном переходе атома неона 4с1[7/2]4° - Зр[5/2]3 (4<Г4 - 2р9 в обозначениях Пашена — см. рис. 1.1) с 1=576,4 нм при различных давлениях водорода. Видно, что в чистом неоне формы импульсов спонтанного излучения на этих двух линиях существенно отличаются (рис 1.46). При добавлении Н2 интенсивность послесвечения на линии 1=585,3 нм значительно увеличивается, в то время как на линии 1=576,4 нм послесвечение изменяется мало (рис. 1 Ав-г), причем с ростом давления водорода ри
до -1-1,5 Тор наблюдается некоторое увеличение интенсивности на 1=576,4 нм, а при больших имеется спад. Кроме того, при добавлении водорода уменьшаются различия в форме импульсов спонтанного излучения на этих линиях.
После достижения некоторой пороговой концентрации Н2 генерация возникает как в послесвечении при токах разряда /-0,2-1,3 кА, так и во время импульса тока при /-1,5-3 кА (рис. 1.4г, 1.5). Генерация во время импульса тока длительностью -1 мкс осуществляется с небольшой задержкой к его началу (-0,1 мкс) и практически повторяет форму импульса тока. В послесвечении при увеличении тока разряда выше оптимального наблюдается сдвиг импульса генерации длительностью -24 мкс в более позднее послесвечение (рис. 1.4г).