Электрозарядный метод получения непрерывной генерации на самоограниченных переходах атомов

• Автор: Калинин, Сергей Вадимович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 208 c. : ил

Глава I. Обзор литературы

§ 1.1. Импульсные лазеры на самоограниченных

переходах атомов

§ 1.2. Пути создания непрерывных лазеров на переходах с резонансных на метастабильные уровни
атомов

Глава II. Кинетика активной среды непрерывных газоразрядных

лазеров на самоограниченных переходах

§ 2.1. Общие условия инверсии

§ 2;.2. Система кинетических уравнений для заселенностей рабочих уровней

§ 2.3. Константы скоростей элементарных процессов

§ 2.4. Температуры и концентрации электронов, необходимые для формирования стационарной инверсной заселенности
Заключение по главе П
Глава III. Коэффициенты усиления и энергетические характеристики непрерывных газоразрядных лазеров на самоограниченных переходах
§ 3.1. Поперечный катофарез и его влияние на параметры генерации
§ 3.2. Расчет коэффициентов усиления, мощности генерации и КПД активной среды
§ 3.3. Результаты расчетов
§ 3.4. Выбор диаметров разрядных систем
§ 3.5. Зависимости характеристик генерации на переходе атома бария от энергии электронов

Заключение по главе Ш
Глава IV. Экспериментальная установка
§ 4.1. Способы генерации плазмы с высокими температурами электронов
§ 4.2. Конструкции лазерных трубок
§ 4.3. Схемы возбуждения и измерения электрических характеристик разряда
§ 4.4. Оптические измерения
Глава V. Результаты экспериментов и их обсуждение
§ 5.1. Лазер на парах кальция
§ 5.2. Лазер на парах бария
Заключение по главе У
Основные результаты работы
Литература
Приложение

В настоящее время существует достаточно широкий класс газоразрядных импульсных лазеров, работающих на переходах между резонансными и метастабильнымя уровнями атомов металлов (лазеры на самоограянченных переходах). Активная среда лазеров на самоогра-ниченяых переходах, состоящая из паров металла и буферного газа, возбуждается короткими импульсами напряжения длительностью в несколько сот наносекунд. Инверсная заселенность формируется во время импульса возбуждения. Длительности импульсов генерании находятся в пределах от единиц до десятков наносекунд. Частоты следования импульсов составляют единицы герц - десятки килогерц и ограничены условием восстановления параметров активной среды к моменту прихода следующего импульса возбуждения.
Импульсная генерация на самоограниченных переходах получена в большом числе сред (пары свища, марганца, меди, золота, бария, таллия, висмута, кальция, стронция, европия и др.). В лазерах на самоограниченных переходах реализованы коэффициенты усиления, превышающие 100 дБ/м, Эти лазеры отличаются высокими средними

(до ста Вт) и удельными пиковыми (до единиц кВт/см ) мощностями генерации, а также достаточно высокими КПД ( % I%),
Значительные успехи, достигнутые в разработке импульсных лазеров, определяют большой интерес и практическую важность задачи создания лазеров на самоограниченных переходах атомов непрерывного действия. К моменту начала данных исследований непрерывная генерация была получена лишь на переходах атомов Са и . Для поддержания стационарной инверсии в разряд добавлялся водород, играющий роль тушащей нижнее рабочее состояние примеои. При этом атомы металла вступали в необратимую химическую реакцию с водородом, что накладывало принципиальные ограничения на срок службы непрерывных лазеров такого типа.

Таблица 2.4.
Переход т- п Обозначение в 12.13) /пт
5р- 55^0 5р1Р1 ~ Чс1 А 20 А 2,1 1,54 [83] 0,003 1,62 -ТО8 8-Ю3
На рис. 2.14 представлены кривые зависимостей И.р=/(Теп) э н
для случая К01=К01 и К01 = К01 . Там же показаны зависимости, рассчитанные с учетом дезактивации метастабильных атомов на стенках разрядной системы.
Значения ТеП и Пе , соответствующие К01=К01 , заметэ н э
НО выше, чем ДЛЯ К01 , Т.к. К01 > К01
Сравнение для атома бария значений К01 и значений, полученных для экспериментального сечения [75,7б], показывает, н э
что К01 > К01 . Можно предполагать, что для атома значе-ния К01 также завышены. В этом случае расчет, соответствующий Кш = , представляется более корректным.
Как видно из рис. 2.14, увеличение концентрации атомов в основном состоянии на порядок приводит к уменьшению Пе примерно в 3 раза. Это свидетельствует о существенном влиянии на величину Д У1 процесса радиационного распада резонансного состояния в основное состояние.
Из сопоставления кривых, рассчитанных с учетом дезактивации метастабильных атомов на стенках разрядной системы, и кривых
для 1/Тс=0 слелует, что в первом случае инверсная заселен-

ность формируется уже при 1е~ >е ^ 0,3 аВ, в то время как в отсутствии дезактивации метастабильных атомов на границах разрядной области величина Д П может быть положительна только при Те > 1^П л; о,75 эВ. Различие в значениях ТеП объясняется