Моделирование лазеров и ламп на переходах эксиплексных и эксимерных молекул и лазеров на парах меди с модифицированной кинетикой

• Автор: Бойченко, Александр Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 503 с. : ил.

Глава 1. Проблемы и достижения физики лазерных и ламповых излучателей на эксиплсксных и эксимерных молекулах и лазеров па парах меди

1.1 Краткий обзор проблем

1.2 Создание лазеров

1.3 Эксимерные лазеры на молекулах инертных газов

1.3.1 Вторые континуумы

1.3.2 Третьи континуумы

1.4 Эксиплексные лазеры на инертно-галоидных молекулах и гетероядерных ионных молекулах инертных газов

& 1.4.1 Эксиплексные лазеры на инертно-галоидных молекулах

1.4.2 КгЕ лазер (248 нм) как самый мощный из эксиплексных лазеров

1.4.3 Гетероядерные ионные молекулы инертных газов

1.5 Лазеры на парах меди

1.5.1 Причины ограничения частоты лазерных импульсов
1.5.2 Увеличение мощности и частоты следования импульсов
1.6 Ламповые (некогерентные) источники излучения

Глава 2. Эксиплексные ХеС1 (А.=308 нм), ХеГ (Х,=351,353 нм) лазеры
2.1 ХеС1 лазер при возбуждении среды жестким ионизатором
2.1.1 Приближение жесткого ионизатора
2.1.2 Пакет программ ПЛАЗЕР
2.1.3 Молекула ХеС1
2.1.4 Кинетическое описание плазмохимических процессов
2.1.5 ХеС1 лазер в смеси Не-Хе-НС1
2.1.6 ХеС1 лазер в смеси №-Хе-НС1
Ф 2.1.7 ХеС1 лазер в смеси Аг-Хе-НС1
2.1.8 ХеС1 лазер в смеси Аг-Хе-ССК

2.2 XeF лазер при возбуждении среды жестким ионизатором
2.2.1 XeF лазер в смеси Ne-Xe-NF3
2.2.2 Кинетическая модель
2.2.3 Учет влияния температуры среды в кинетической модели. Излучение на двух длинахволн
2.2.4 Сравнения с экспериментами
2.2.5 Поведение излученной лазерной энергии от вкладываемой энергии вблизи
порога
2.2.6 Расчет выходной мощности излучения при накачке XeF усилителя бегущей
волной от источника ядерного зрыва
2.3 Выводы
Глава 3. Эксиилсксный ArF (А=193 нм) лазер, лазер на ионных гегероядерных молекулах Ne+Ar (А=216,224 нм)
3.1 ArF лазер при возбуждении среды жестким ионизатором
3.1.1 Кинетическая модель
3.1.2 ArF лазер в смеси Ar-F2
3.1.3 ArF лазер в смеси Ne-Ar-F2
3.2 ArF лазер при возбуждении среды импульсным разрядом
3.2.1 Описание моделирования разряда
3.2.2 Сравнительное описание ArF лазера в смесях He-Ar-F2, Ne-Ar-F2
3.3 Теоретически возможные характеристики лазера на ионной гетероядерной
молекуле Ne+Ar (А = 216,224 нм)
3.3.1 Излучение на переходах ионных гетероядерных молекул
3.3.2 Ne+Ar лазер в смеси Ne-Ar-Kr
3.3.3 Расчетные лазерные характеристики
3.4 Выводы
Глава 4. Третьи континуумы в инертных газах
4.1 Первый и второй континуумы
4.2 Природа третьих континуумов
4.2.1 Спектроскопические расчеты
4.2.2 Кинетика состояний, излучающих третий континуум
4.2.3 Зависимости излучения от давления
4.2.3.1 Гипотеза излучения двухзарядными ионами
4.2.3.2 Модель излучения однозарядными ионами
4.2.4 Эксперименты по тушению третьих континуумов
4.2.5 Излучение третьих континуумов при мощной накачке
4.2.6 Излучение третьих континуумов при возбуждении кристаллов
4.2.7 Анализ возможности генерации на третьих континуумах
4.3 Более длинноволновые континуумы
4.3.1 Гелий
4.3.2 Неон
4.4 Выводы о природе третьих континуумов
Глава 5. Лазеры на нарах меди с модифицированной кинетикой
5.1 Влияние добавок водорода на характеристики лазера па парах меди
5.1.1 Описание кинетической модели
5.1.2 Механизмы влияния примеси водорода
5.1.3 Тестирование модели
5.1.3.1 Сопоставление с результатами работы Ченга
5.1.3.2 Сопоставление с результатами работы группы Пайпера
5.1.4 Влияние частоты следования импульсов возбуждения
5.1.5 Влияние предымпульсных условий активной среды на выходные характеристики лазера на парах меди
5.1.5.1 Влияние предымпульсной концентрации электронов
5.1.5.2 Влияние предымпульсной концентрации атомов меди в метастабильном состоянии
5.2 Влияние добавок хлорводорода на характеристики лазера на парах меди
5.2.1 Описание кинетической модели
5.2.2 Механизмы влияния добавок хлорводорода
5.2.3 Тестирование модели
5.2.3.1 О восстановлении концентраций водорода и хлороводорода
5.2.3.2 Сопоставление с результатами работы группы Пайпера
5.2.3.3 Сопоставление с результатами работы Маршалла
5.2.4 Обсуждение предымпульсных значений и временных зависимостей реагентов плазмы активной среды лазера
5.2.5 Влияние предымпульсных условий активной среды на выходные характеристики лазера на парах меди
5.3 Выводы
Глава 6. Ламповые источники излучения на инертных газах и галогенидах инертных газов (эксилампы)
6.1 Ламповые источники излучения, возбуждаемые импульсным объемным разрядом
6.1.1 ArF (193 нм) лампа в смеси Не-Аг-Бг
6.1.2 KiCl (222 нм) лампа в смеси Ne-Kr-HCl
6.2 Ламповые источники излучения, возбуждаемые барьерным разрядом
6.2.1 Физика барьерного разряда в инертно-галоидной смеси
6.2.2 KrCl (222 нм) лампа в смесях Ne-Kr-HCl и Ne-Kr-Cb

ЛТС [116, 153 - 163]. Успешные эксперименты по взаимодействию лазерного излучения с плазмой [164, 165] стимулировали дальнейшие усилия в этом направлении, которые привели к созданию мощных лазерных установок (табл. 1.4.2.1).
Как отмечалось во введении, для получения генерации наиболее часто используются тройные смеси. Применительно к ЮТ лазеру обычно используются смеси Аг-Кг-Р'2, Ие-Кг-¥2, Не-Кг-р2. Реже используется двойная смеси Кг-р2.
Кинетика КгР лазера. Перейдем к рассмотрению основных реакций, определяющих работу эксиплексного КгР лазера. Развитие моделей КгР лазера можно проследить по работам [16,22, 40,146 - 149, 166 - 199], где проводилось его теоретическое изучение.
Под действием источника накачки происходит наработка ионов и возбужденных состояний Аг+, Кг+, Аг*, Кг*. В силу того, что криптон обладает меньшим потенциалом ионизации, чем аргон, в результате релаксационных процессов происходит эффективная наработка ионов Кт+, Кг2+. Ионы Аг+ в реакциях конверсии
Аг+ +2Аг -¥ Аг2+ + Аг к = 2.5 10'31 см 6/с
переходят в молекулярные ионы Аг2+. Далее молекулярные ионы аргона перезаряжаются на атомах криптона
Аг2+ + Кг -» Кг+ + 2Аг к=1.5 10‘Ю см^/с
В свою очередь, в активной среде происходит наработка ионов Р" в реакциях прилипания электронов к молекулам ¥2
?2 + е —> Р- + Р
Сечение данной реакции приведено в [22]. Там же приведена и скорость данной реакции как функция температуры электронов, полученная в предположении максвелловской ФРЭЭ. Величина данной скорости в диапазоне электронных температур температур 0 - 5 эВ составляет 10‘8 - 10'9 см^/с.