Импульсные перестраиваемые молекулярные лазеры среднего ИК диапазона с электроионизационной накачкой

• Автор: Синицын, Дмитрий Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 с. : ил

Глава 1. Обзор литературы

1.1. СОг лазеры на изотопически модифицированных

молекулах углекислого газа

1.2. N20 лазеры

1.3. Перестраиваемые СО лазеры

1.4. Применения частотно селективных ПК лазеров

Глава 2. Экспериментальные установки, системы контроля

и измерения лазерных параметров

2.1. Экспериментальные установки

2.2. Система контроля параметров накачки

2.3. Система контроля параметров лазерного излучения

Глава 3. Электроионизационные импульсные лазеры на изотопах СОг
3.1. Введение
3.2. Схемы экспериментов
3.3. Режим свободной генерации
3.3.1. СО2 лазер на природном углекислом газе
3.3.2. СО2 лазер на смеси, обогащенной изотопом 1К0
3.3.3. СО2 лазер на смеси, обогащенной изотопом 13С
3.4. Частотно-селективный режим
3.5. Поглощение излучения 12С1602-, пС!802- и 13С1602 лазеров атмосферными парами воды
3.5.1. Введение
3.5.2. Методика измерений
3.5.3. Поглощение излучения С02 лазеров парами воды
3.6. Выводы
Глава 4. Электроионизационный импульсный N20 лазер
4.1. Введение
4.2. Схемы экспериментов
4.3. Режим свободной генерации импульсного ЭИ N20 лазера
4.3.1. Оптимизация состава лазерной смеси
4.3.2. Влияние начальной температуры смеси на энергосъем
и КПД неселективного импульсного ЭИ N20 лазера
4.3.3. Форма импульса излучения и спектр свободной
генерации ЭИ N20 лазера

4.4. Коэффициент усиления в активной среде
импульсного ЭИ N20 лазера
4.4.1. Расчетная модель
4.4.2. Пиковые значения КУ
4.4.3. Временная динамика КУ
4.5. Частотно-селективный режим генерации импульсного ЭИ N20 лазера
4.6. Выводы
Глава 5. Частотно селективный ЭИ СО лазер с модуляцией добротности
резонатора
5.1. Введение
5.2. Схемы экспериментов
5.3. Одночастотный режим работы ЧС ЭИ СО лазера с МДР
5.3.1. Радиационное заселение и расселение лазерных уровней
5.3.2. Режим генерации серии импульсов
5.4. Частотно селективный ЭИ СО лазер с МДР, работающий на высоко расположенных колебательно-вращательных переходах,
и взаимодействие его излучения с полимерными материалами
5.4.1. Постановка задачи
5.4.2. Концентрация энергии излучения частотно селективного
ЭИ СО лазера с МДР в заданных интервалах длин волн
5.4.3. Взаимодействие излучения ЧС ЭИ СО лазера с МДР с полимерными материалами
5.5. Поглощение излучения СО лазера атмосферными парами воды
5.6. Выводы
Заключение
Список литературы
Список публикаций с участием автора,
в которых содержатся основные результаты настоящей работы

Одним из важных направлений развития квантовой электроники является поиск и изучение физических принципов и механизмов, позволяющих управлять спектральными, временными и энергетическими характеристиками различных лазеров. Необходимость исследований в этом направлении диктуется обилием фундаментальных и прикладных задач, решение которых напрямую связано с широтой диапазонов возможного выбора лазерных параметров. Практически на всем спектральном интервале от УФ до дальнего ИК диапазонов к таким актуальным задачам, в частности, относятся: лазерная спектроскопия; лазерное разделение изотопов; лазерное зондирование неравновесных сред и определение констант различных протекающих в них кинетических процессов; лазерное селективное инициирование и стимулирование химических реакций; лазерная локация, связь и зондирование атмосферы; селективное силовое воздействие на различные поглощающие вещества и материалы и т.д.
Спектральный интервал Х~5-11 мкм выделен в этом смысле особо, благодаря существованию лазеров на колебательно-вращательных переходах основных полос молекул СО (7,~4.8-8.0 мкм) [1] и СОг (А.-9-11 мкм) [2]. Самые мощные и эффективные - СО и СО2 лазеры высокого давления (в особенности с элекгроионизационным (ЭИ) возбуждением активной среды [3]) - обладают высокими удельными энергетическими характеристиками и широкими спектрами генерации. Для СО и СОг лазеров детально проработаны теоретические модели и методы численных расчетов их параметров [4-7], экспериментально исследованы различные режимы лазерной генерации: от
непрерывного, с мощностью, достигающей десятков [8, 9] и сотен [10, 11] киловатт, до импульсного, с длительностью импульсов в микросекундном [12, 13], наносекундном [14, 15] и пикосекундном [16] диапазонах. Несмотря на это, интерес к дальнейшим исследованиям как собственно лазеров, так и их применений нисколько не ослабевает, и вплоть до настоящего времени ежегодное количество научных публикаций, так или иначе связанных с СО и СОг лазерами, исчисляется сотнями.
Поле возможных применений мощных ЭИ СО и СОг лазеров в качестве исследовательских или технологических инструментов с рабочей длиной волны в диапазоне -5-11 мкм очень широко. Однако, типичные лазерные параметры часто не соответствуют требованиям, которые возникают при попытках использования потенциальных преимуществ ЭИ СО и СОг лазеров (широкие спектры генерации, высокие энергетические характеристики) в различных областях науки, техники и

позволяет "зафиксировать" генерацию на этом колебательно-вращательном переходе (1Р(20) основной полосы) в течение всего импульса накачки.
Рис. 12. Временная зависимость разрядного тока 1р (а) и интенсивности излучения 1гш (б) лазера на природном изотопе 12С16С>2. Смесь 12С1602: N2: Не = 1 : 4 ; 5. Генерация сосредоточена на одной колебательно-вращательной компоненте 1Р(20),
X =10.59 мкм.
3.3.2. СО; лазер на смеси, обогащенной изотопом 18 О.
Спектральные характеристики.
Спектр генерации лазера на молекуле 12С1802 (в активной среде - тройная равновесная смесь 12С1б02-12С160180-12С1802 с максимальным обогащением по изотопу 180) показан на Рис. 13а. Для неселективного резонатора генерация на этой молекуле происходит на Р-переходак более коротковолновой полосы 00°1—>02°0, так как вероятность вынужденных переходов в ней примерно в 2.5 раза больше, чем в полосе 00°1—>10°0 [99]. В спектре генерации присутствуют две линии, ПР(18) и ПР(20),