Газоразрядные процессы в импульсных лазерах на парах металлов

• Автор: Климкин, Владимир Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 236 с. : ил.

Глава I. Исследование процессов в импульсных газоразрядных средах методами резонансного оптического воздействия

Вводные замечания

1.1. Трехуровневая система с одним насыщающим лазерным полем в начальной фазе развития газового разряда

1.1.1. Модель «идеальный лазер»

1.1.2. Первая модель «жесткого» возбуждения

1.1.3. Вторая модель «жесткого» возбуждения

1.1.4. Модель «низкая плотность частиц»

1.2. Экспериментальное исследование газоразрядной среды Сы-лазера методами резонансного оптического воздействия

1.2.1. Проблемы экспериментальной реализации метода

1.2.2. Результаты эксперимента

1.3. Экспериментальные наблюдения ступенчатой ионизации атома Си в активной среде Си-лазера
Вводные замечания
1.3.1. Идея эксперимента
1.3.2. Описание экспериментальной установки
1.3.3. Результаты эксперимента
1.3.4. Анализ осциллограмм компьютерными методами
1.3.5. Обсуждение результатов экспериментов по наблюдению оптогальванического эффекта в лазерах на парах Си
1.4. Модель ограничения частоты следования импульсно-периодических лазеров ступенчатыми процессами
1.5. Систематизация свойств лазерных переходов в импульсных лазерах на парах химических элементов
1.5.1. Критерии выбора лазерных сред
1.5.2. Связь спектроскопических свойств рабочих переходов с возможностью создания инверсии и эффективностью генерации в импульсных газоразрядных лазерах
Выводы и заключение
Глава II. Продольный объемный импульсно-периодический разряд в смесях инертных газов с легкоионизуемой примесью
Вводные замечания
2.1. Систематизация режимов разряда, типичных для импульсно-периодических лазеров
2.2. Исследования границ устойчивости разрядов
2.3. Предыонизация в импульсно-периодическом разряде
2.3.1. Эффект ограничения ресурса газоразрядных трубок
2.3.2. Экспериментальное наблюдение повторной контракции разряда при металлизации стенок газоразрядных кювет
2.3.3. Причины и следствия металлизации стенок газоразрядных кювет
2.3.4. Скин-эффект как источник радиально-неоднородной предыонизации импульсно-периодических разрядов
2.4. Исследование длительности объемной фазы разряда
2.5. Эффект Петраша
2.6. Анализ уравнений теплопроводности
2.6.1. Описание контракции продольных разрядов
2.6.2. Особенности контракции и расконтракции импульсно-периодических разрядов
2.6.2.1. Свойства импульсно-периодических разрядов
2.6.2.2. Контракция и расконтракция разряда в однокомпонентных смесях
2.6.3. Двухкомпонентные смеси
2.6.3.1. Однородное радиальное распределение плотности компонент
2.6.3.2. Неоднородное радиальное распределение плотности компонент
2.7. Две прикладные проблемы продольных объемных разрядов
2.7.1. Ресурс активных элементов в импульсно-периодических лазерах на парах металлов
2.7.2. Масштабирование активных элементов импульсно-периодических лазеров на парах металлов
2.8. Исследования свойств разряда в газоразрядных трубках большого объема с много канальным разрядньм промежутком
2.9. Холодные газовые смеси для изучения расконтракции разрядов
Выводы и заключение
Глава III. Релаксация метастабильных состояний ионов <1- и/- элементов в процессах рекомбинации
Вводные замечания
3.1. Особенности элементов с эквивалентными й- и/- электронами
3.2. Рекомбинационные процессы как механизм релаксации метастабильных состояний ионов
3.3. Свойства процессов автоионизации и захвата
3.4. Анализ экспериментальных данных
3.5. Изоэлектронный метод оценки плотности автоионизационных состояний с1- и/ элементов
3.6. Кинетические процессы в плазме, ограничивающие скорости процессов захвата
3.7. Четыре схемы бейтлеровских лазеров
3.8. Наблюдения излучения в спектрах ионов в процессе автоионизации атомов
3.8.1. Идея эксперимента
3.8.2. Результаты экспериментов с парами бария

моментом основного состояния для достижения генерации необходимы большие различия констант возбуждения кг и кт.
Таким образом, с учетом правил отбора для спектральных переходов мы получаем еще один признак эффективных лазерных переходов - эффективные переходы следует ожидать для атомных систем с минимальным полньм моментом атома или иона в основном состоянии, т.е. с 7=0; '/г. Как видно из данных колонки 4 табл. 1.4, большинство из перечисленных в таблице атомов и ионов удовлетворяют этому критерию, но есть и исключения. В частности, структуры атомов марганца (7=5/2), висмута (7=3/2), европия (7= 7/2) неблагоприятны для высокоэффективной генерации. Для этих элементов значительного энергосъема не получено.
В свете изложенного выше весьма интересен вопрос о распределении энергии в сверхтонкой структуре линий генерации [63, 64]. Как известно, полный механический момент атома - сумма ядерного и электронного моментов. Следовательно, инверсия в сверхтонкой структуре лазерного перехода должна отвечать сформулированному выше правилу моментов - наибольшей интенсивностью должны обладать компоненты с большим моментом сверхтонкой структуры метастабильного состояния. Распределением энергии по компонентам сверхтонкой структуры См-лазера можно управлять, используя внутрирезонаторное поглощение излучения парами йода [65].
ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Результаты изложенных выше исследований можно обобщить следующим образом:
1. Методы, основанные на резонансных оптических воздействиях, являются информативньм средством исследования нестационарных газоразрядных процессов, в частности процессов возбуждения, протекающих на фронте тока импульсного газового разряда. Эти методы могут быть полезны при исследованиях сечений электронного возбуждения метастабильных состояний атомов и ионов.
2. Отношение констант возбуждения резонансных и метастабильных состояний в газоразрядных лазерах на парах Си и Аи близки к 1. Для этих сред высокие энергетические параметры генерации обеспечиваются большими величинами электронного возбуждения, а не разностью констант возбуждения резонансных и метастабильных состояний.