Теоретическое исследование свойств импульсных молекулярных лазеров среднего ИК диапазона с резонансной оптической накачкой

• Автор: Иваненко, Михаил Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Минск
• Количество страниц: 206 c. : ил

ГЛАВА I. ГЕНЕРАЦИЯ НА КОЛЕБАТЕЛЬНО-ВРАЩАТЕЛЬНЫХ

ПЕРЕХОДАХ ПРИ РЕЗОНАНСНОМ ОПТИЧЕСКОМ

ВОЗБУЖДЕНИИ МОЛЕКУЛ

§ І.І. Общие принципы работы и существующие типы

молекулярных газовых лазеров с оптической

накачкой

§ 1.2. і/Н3-лазер среднего ИК диапазона

§ 1.3. Расчет усиления и энергии генерации в лазерах

на аммиаке и фосфине

ГЛАВА 2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОЛЕКУЛ С ИЗЛУЧЕНИЕМ В УСЛОВИЯХ ДВОЙНОГО ОПТИЧЕСКОГО РЕЗОНАНСА
§ 2.1. Трехуровневая система в поле двух волн монохроматического светового излучения
§ 2.2. Спектрально-оптические характеристики трехуровневых систем с отличным от нуля угловым моментом
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭФФЕКТОВ НА ВЫХОДНЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ГАЗОВЫХ
ЛАЗЕРОВ С ОПТИЧЕСКОЙ НАКАЧКОЙ
§3.1. "Трехуровневая" схема генерации в -лазере
§ 3.2. Самосвипирование и затягивание частоты генерации в импульсном молекулярном лазере с оптической накачкой

ГЛАВА 4. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ГАЗОВЫЕ ЛАЗЕРЫ С КОМБИНИРОВАННЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ
§ 4.1. Генерация излучения с Я-4,3 мкм в СО£-
лазерах с комбинированной накачкой
§ 4.2. Генерация на линиях полосы 02°0-01^0 в
электроразрядном СО г,-л аз ере
ЗАЮ1ЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Одной из наиболее актуальных задач квантовой электроники является создание мощных и эффективных источников когерентного излучения на новых длинах волн в средней инфракрасной области спектра (2 - 30 мкм). Необходимость решения этой задачи диктуется, прежде всего, практической значимостью областей применения лазеров среднего Ж диапазона: Ж-лазерохимии, лазерного разделения изотопов, дистанционного зондирования атмосферы, лазерной спектроскопии и ряда других /I - 5/.
Наиболее мощные традиционные источники когерентного излучения в среднем Ж диапазоне (электроразрядные, газодинамические и химические лазеры) излучают на отдельных колебательно-вращательных линиях молекул СС>2 (длина волны % от 9 до II мкм),
(10,4 - II мкм), СО (5,1 - 6,6 мкм),НГ (2,7 - 3,2 мкм) и некоторых других /6/. Частоты этих линий далеко не всегда подходят для решения тех или иных научных и практических задач. Проблему непрерывного заполнения спектральной области 2-30 мкм не решает полностью и создание плавно перестраиваемых полупроводниковых лазеров /7/, а также газовых лазеров высокого давления /8/. Полупроводниковые лазеры имеют малую мощность выходного излучения. Сфера их применения ограничена, главным образом, спектроскопическими исследованиями. Перестройка частоты генерации в молекулярных лазерах высокого давления осуществляется за счет перекрытия линий в сравнительно узкой области вблизи центра колебательной полосы.
В связи с этим, привлекательной выглядит возможность преобразования частоты излучения мощных молекулярных лазеров на новые участки Ж диапазона при условии высокой эффективности данного процесса. Подобное преобразование осуществляется в различных средах и может носить как резонансный, так и нерезонансный характер.

в полосе 0-^2 фосфита при его оптической накачке был подтвержден впоследствии экспериментально /79/. Накачка РНз в /79/ производилась по предлагавшейся нами схеме: возбуждение перехода в.(4,0) линией 9 Р(36) С02-лазера. Генерация развивалась на линии Р(6,0) при температуре газа Т ^ 220 К и его давлении 0,4 - 1,5 Тора.
к к

В настоящей главе был проведен анализ различных схем генерации в МОН и расчет ряда характеристик генерации по ’’ступенчатой" схеме в лазерах на аммиаке и фосфине. Полученные результаты показывают, в частности, что в Л^з -Ш0Н высокое усиление может быть достигнуто не только на Р -переходах полосы 0- , но и на ряде й - и к -переходов. Практическое использование этих переходов значительно расширило бы набор частот генерации мощных Мн3 -лазеров. Кроме того, расчеты показывают, что генерация по такой же схеме, как в -ШЮН, возможна в фосфине. Условия для получения инверсии населенностей на колебательно-вращательных переходах при оптической накачке других молекул группы симметрии Сзь- значительно хуже из-за небольших значений вращательных постоянных В>с и, следовательно, малого отличия равновесных тепловых населенностей соседних вращательных подуровней.
Проведенное исследование температурной зависимости характеристик ^Н3 - и РНз -Ш0Н выявило следущие закономерности. Энергосъем генерации, достигаемый при полном насыщении переходов накачки и генерации, возрастает с понижением температуры газа для всех колебательно-вращательных линий, на которых возможно получение лазерного излучения. В то же время, увеличение коэффициента усиления при охлаждении наблюдается лишь для переходов между вращательнши подуровнями с небольшими значениями П(.Д^7в^Из).
Более сложным, чем проведенный выше, является теоретический