Исследование разрядов, генерирующих высокоэффективные электронные пучки, и возбуждение ими газовых лазеров

• Автор: Бельская, Екатерина Викторовна
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 127 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Генерация электронных пучков в газах с целью возбуждения газовых лазеров

1.1 Сравнение возбуждения активной среды газовым разрядом и электронным пучком

1.2 Физика генерации электронных пучков

1.2.1 Условие убегания электронов

1.2.2 Эффективность генерации электронного пучка

1.3 Получение электронных пучков в газах

1.3.1 Аномальный тлеющий разряд с холодным катодом

1.3.2 Разряд с полым катодом

1.3.3 Открытый разряд
1.3.4 Механизм эмиссии электронов в открытом разряде
Выводы к главе
2 Разряды, с высокой эффективностью генерирующие электронные пучки
2.1 Экспериментальная техника
2.2 Распределение поля в ускорительном зазоре открытого разряда
2.2.1 Алгоритм расчета распределения потенциала
2.2.2 Сравнение теоретического расчета и экспериментальных данных
2.2.3 Параметры генерируемого в лазерной кювете электронного
пучка
2.2.4 Динамика поля в ускорительном зазоре лазерной кюветы
2.3 Открытый разряд с катодной полостью
2.3.1 Механизм эмиссии
2.3.2 Конструкция лазерной кюветы
2.3.3 Параметры электронного пучка в гелии
ОГЛАВЛЕНИЕ З
2.3.4 Параметры электронного пучка в смеси гелий-ксенон
2.3.5 Масштабируемость разряда
2.4 Широкоапертурный разряд
2.4.1 Экспериментальная установка и измеряемые параметры
2.4.2 Непрерывный режим
2.4.3 Квазинепрерывный режим
2.4.4 Импульсный режим
Выводы к главе
3 Импульсная генерация на переходе Не(2гР® — 2х6'і) с А = 2.058//т
3.1 Экспериментальное исследование генерации На - лазера
3.1.1 Конструкция лазерной кюветы и условия эксперимента
3.1.2 Лазер в режиме генерации
3.1.3 Система генератор - усилитель
3.2 Энергетические параметры лазера
3.2.1 Расчет населенностей рабочих уровней
3.2.2 Мощность генерации излучения
3.3 Характеристики генерации в режиме сдвоенных импульсов
Выводы к главе
4 Измерение констант девозбуждения 7/е(215о) в смесях с молекулярными газами
4.1 Методика измерения констант девозбуждения 7/е(2150)
4.1.1 Экспериментальная установка
4.1.2 Методика определения константы скорости
4.1.3 Выбор метода регистрации населенностей МС
4.1.4 Требуемые параметры пробного излучения при методе поглощения
4.1.5 Погрешности измерения при разных контурах пробного излучения
4.2 Результаты измерений
4.2.1 Измерение константы электронного девозбуждения
4.2.2 Измерение констант тушения /7е(2150) молекулами
4.3 Влияние различных процессов девозбуждения Не(21во) на точность
измерения
Выводы к главе

ОГЛАВЛЕНИЕ

5 Столкновительный режим генерации на самоограничением пере-
ходе //е(21Рд — 21£/1)
5.1 Расчет длительности генерации на переходе Не (21Р1° - 215'1) с учетом различных механизмов девозбуждения рабочих уровней
5.2 Реализация квазинепрерывной генерации и обсуждение ее механизма
5.2.1 Механизмы восстановления генерации во втором импульсе
5.2.2 Исследование параметров генерации в режиме возбуждения длинными импульсами
5.2.3 Механизм квазинепрерывной столкновительной генерации
Выводы к главе
6 Накачка электронным пучком паро-газовых смесей с различными механизмами создания инверсии населенностей
6.1 Генерация на переходах иона таллия, накачиваемых в процессах перезарядки в смесях Л/е — 77 и Не
6.1.1 Конструкция лазера
6.1.2 Экспериментальные данные
6.1.3 Механизмы образования инверсии населенностей и ограничения мощности генерации
6.2 Квазинепрерывная генерация в смеси Не — Хе на переходе ксенона
с А = 2.026;,п:
Выводы к главе
Заключение
Список цитированной литературы
Список терминов и сокращений

2.2. Распределение поля в ускорительном зазоре открытого разряда

0.4 | ns
І 0.3 : т»
. т =130 ns -*у
т0=29 ns
0.2 ,
* .» -т0=200 шК

0.1 1 !
1 2 3

Рис. 2.2. Значения теоретических (о) и экспериментальных () величин плотностей тока отсечки потенциала jcj на расстоянии 0.24 mm от катода при различных значениях постоянной времени нарастания "е"раз тока через зазор то и амплитуды напряжения на катоде Umax.
2.2.3 Параметры генерируемого в лазерной кювете электронного пучка
В настоящей работе реализован открытый разряд в коаксиальной кювете с диаметром катода 33 mm, при котором возможно полное использование энергии ЭП. Особенностью лазерной кюветы с открытым разрядом является использование металлокерамического катода из SiC. что позволило увеличить диапазон рабочих напряжений и давлений, поскольку объемное сопротивление материала уменьшает вероятность возникающих катодных неустойчивостей, приводящих к новообразованию. Роль анода выполняла заземленная через токоизмерительпый шунт с R = 0.3 П металлическая сетка, свернутая в цилиндр диаметром Da = 31mm, с геометрической прозрачностью ß = 0.64 и характерным размером элементарной ячейки 0.3 mm. Длина рабочей части лазерной кюветы L была равна 120 mm. Генерация ЭП осуществлялась в ускорительном зазоре длиной 1 mm между катодом и анодом кюветы, а генерация излучения - в дрейфовом пространстве за анодом. Схема импульсного питания представлена на рис. 2.3. Коммутатором в генераторе импульсного питания лазера использовался тиратрон ТГИ1-1000/25 при накопительной емкости Cs = 8 nF и обострительной Ср = 6.6 nF.
В качестве рабочей смеси использовалась газовая смесь состава Не
99.07 : 0.93. Оптимальное давление Не (в зависимости от рабочего напряжения и состава смеси) составляло 15 - 30 Torr. Азот обеспечивал лучшую стабильность разряда.
Исследования показали, что ускорительный зазор лазера обладает ярко выра-