Лазер на парах галогенидов металлов с накачкой емкостным разрядом

• Автор: Губарев, Федор Александрович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 161 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Характеристики лазеров на парах меди, галогенидов меди и других

металлов
1.1 Принципы создания инверсии в лазерах на самоограниченных переходах в парах металлов

1.2 Лазеры на парах галогенидов металлов. Режим сдвоенных импульсов,

цуговый и импульсно-периодический

1.2.1 Режим сдвоенных импульсов накачки

1.2.2 Режим накачки цугами импульсов

1.2.3 Импульсно-периодический режим

1.2.4 Лазеры на парах галогенидов металлов с высокой частотой
следования импульсов
1.2.5 Краткий анализ механизмов ограничения частотно-энергетических
характеристик лазеров на парах меди и ее соединений
1.3 Эффективность лазера на парах меди. Режим пониженного энерговклада
1.4 Влияние активных добавок на частотные и энергетические характеристики
Си- и СиВг-лазеров. Лазеры на парах металлов с модифицированной кинетикой
1.5 Емкостный разряд как способ накачки газовых сред
Выводы по главе
Глава 2. Приборы и техника эксперимента
2.1 Конструкции активных элементов Си, СиВг, МпВгг и РЬВп-лазеров
2.2 Схемы накачки
2.3 Аппаратура регистрации, методы измерения параметров лазерного
излучении и электрических характеристик лазера
Выводы по главе
Глава 3. Исследование энергетических характеристик лазера на парах бромида
меди с пониженным энерговкладом в разряд
3.1 Работа лазера на парах меди в режиме пониженного энерговклада в разряд
3.2 Исследование энергетических характеристик СиВг-лазера с внешним
нагревом активной зоны при возбуждении с различными схемами накачки
3.3 Цуговый режим накачки С'иВг-лазера с внешним нагревом

3.4 Лазер на парах бромида меди с частотой следования импульсов генерации
400 кГц
Выводы по главе
Глава 4. Возбуждение лазеров на парах галогенидов металлов продольным
емкостным разрядом
4.1 СиВг-лазер с возбуждением емкостным разрядом
4.1.1 Энергетические характеристики СиВг-лазеров с емкостной накачкой
при использовании схем с таситронным коммутатором
4.1.2 Энергетические характеристики СиВг-лазера с емкостной накачкой
при использовании схемы на основе лампового коммутатора
4.1.3 Использование зондов для измерения напряжения на активном сопротивлении плазмы емкостного разряда
4.1.4 Оптические характеристики СиВг-лазера, возбуждаемого емкостным разрядом
4.2 МпВг2-и РЬВгг-лазеры с возбуждением емкостным разрядом
Выводы по главе
Заключение
Приложение 1. Влияние реактивных составляющих импеданса разрядного контура
на энергетические характеристики СиВг-1Че-НВг - лазера. Фантомные токи
Приложение 2. Акт использования результатов работы в учебном процессе
Литература

Введение
Актуальность работы
Лазеры на парах металлов, генерирующие оптическое излучение на переходах с резонансных на метастабильные уровни, уже более сорока лет притягивают внимание разработчиков и исследователей оптических квантовых генераторов. Наилучшими энергетическими характеристиками среди лазеров на самоограниченных переходах атомов металлов на сегодня обладают лазеры на парах меди (ЛПМ) и ее соединений. Их отличает высокая средняя мощность излучения (единицы - сотни Вт) в видимой области спектра, короткая длительность импульса генерации (единицы — десятки не), высокая частота следования импульсов (единицы - сотни кГц), большие усиления активной среды (10-100 дБ/м), относительно низкая энергия в импульсе (0.1-100 мДж) и, наоборот, высокая пиковая мощность (10-1000 кВт) близкая к дифракционной и дифракционная расходимость пучка [1-6]. Благодаря уникальной совокупности выходных характеристик, они применяются для решения большого круга научных и практических задач, связанных с лазерным разделением изотопов, микрообработкой материалов, лазерной фотохимией, лазерным зондированием атмосферы и т.д. [5]
Стремление к получению высоких энергетических и эксплуатационных характеристик лазеров на парах меди привело к возникновению и развитию нескольких разновидностей лазеров, использующих в качестве рабочих переходов самоограниченные переходы атома меди. Одним из таких лазеров является лазер на парах бромида меди. Благодаря таким преимуществам, как относительно низкая рабочая температура, способность работать при более высоких частотах повторения импульсов и возможность получения более высокого КПД за счет введения активных примесей (таких как Нг и НВг), лазер на парах бромида меди может составить серьезную конкуренцию лазеру на парах чистой меди.
Присутствие активных примесей (Нг, НВг, НС1) в активной среде СиВг-лазеров, гибридных лазеров и лазеров с улучшенной кинетикой ускоряет процессы релаксации и рекомбинации плазмы в межимпульсный период и способствует повышению оптимальных и максимальных частот следования импульсов (ЧСИ). Это позволяет существенно повысить энергетические характеристики лазеров (средняя мощность, КПД), а также расширить частотный диапазон работы, в частности, достичь высоких уровней средней мощности генерации при повышенных ЧСИ [7, 8]. Однако активные примеси, чаще всего, являются агрессивными но отношению к материалу электродов, и их использование приводит к снижению срока службы активных элементов. Это особенно важно в случае отпаянных активных элементов. Поэтому актуальной задачей является
780.8 нм, 782.6 нм. Наибольшая мощность генерации 10 мВт при потребляемой от ВЧ-генератора мощности 800 Вт соответствовала длине волны Х.=780.8 нм. Частота ВЧ-генератора составляла 13.56 МГц и 27.12 МГц.
В работах [168-170] для накачки эксимерных лазеров (КгР, АгБ) использовался разряд, который формировался между внешним цилиндрическим электродом, охватывающим центральную часть кварцевой ГРТ и изолированным от газовой среды стенкой трубки, и двумя внутренними электродами, находящимися на концах ГРТ. Формируемый таким способом разряд назывался авторами как продольный разряд с емкостной связью. Возбуждение осуществлялось импульсами напряжения амплитудой 80-120 кВ длительностью 20-30 не. В качестве коммутаторов применялись разрядники. Максимальная энергия генерации составляла: 0.9 мДж (Х=248 нм) в КгГ лазере внутренним диаметром 0.4 см и длиной 25 см [168]; 80 мкДж в ЮТ лазере внутренним диаметром 0.2 см и длиной 35 см [169]; 15 мкДж (>.=193 нм) в АгГ лазере внутренним диаметром 0.2 см и длиной 35 см [170].
Перспективной областью применения емкостных разрядов является возбуждение эксиламп [171-173]. Эксилампы - источники спонтанного излучения, в которых используется неравновесное излучение эксимерных или эксиплексных молекул. В работе [172] приведены результаты исследования мощных эксиламп на галогенидах благородных газов с возбуждением тлеющим, емкостным и барьерным разрядами. Наибольшие средние мощности излучения с наименьшими затратами достигаются при использовании тлеющего разряда. Созданы эксилампы на молекулах КгС1* (Х~ 222 нм) и ХеС1* (к - 308 нм) со средней мощностью 1.6 кВт и 1.1 кВт, соответственно. Однако эксилампы тлеющего разряда имеют наименьший ресурс работы, который может не превышать нескольких минут. Ограниченный ресурс обусловлен контактом плазмы, содержащей химически агрессивные вещества (хлор, бром, йод), с металлическими электродами. В эксилампах с возбуждением емкостным разрядом (Рис.1.5д) или барьерным разрядом (Рис.1.5г) газовая среда отделена от электродов стенкой колбы. Это облегчает создание отпаянных эксиламп и существенно повышает срок службы. Наибольший ресурс работы рабочей смеси в отпаянных образцах (более 2500 ч) достигается при возбуждении емкостным безэлектродным разрядом. Основные отличия емкостного разряда от барьерного - относительно низкое давление рабочей смеси (десятки торр) и большое межэлектродное расстояние (десятки сантиметров). Такие эксилампы имеют простую конструкцию излучателей и мощность излучения 1-10 Вт на длинах волн -222 нм (КгС1*), -308 нм (ХеС1*), -282 нм (ХеВг*), -253 нм (ХеР), -206 нм (I*). По характеру возбуждения, лучшие результаты получаются при использовании двуполярных импульсов