Излучающие среды низкопороговых лазеров и источников спонтанного излучения на основе инертных газов, возбуждаемых жестким ионизатором

• Автор: Феденев, Андрей Валентинович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 358 с. : 12 ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1.0 возможности экспериментального моделирования условий ЛЯ Н при возбуждении пучками электронов малой плотности и большой длительности

1.2. Генерация на переходах иона Сё' и Ъп

1.3. Лазер высокого давления на ИК переходах атома ксенона

1.4. Обзор работ по пеннинговскому плазменному лазеру на переходах неона

1.5. Широкополосное излучение в инертных газах

1.5.1. Первый и второй континуумы

1.5.2. Третьи континуумы
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ
2.1. Схемы и системы накачки газофазных активных сред
2.1.1 .Ускорители электронов с плазменным эмиттером
2.1.2. Ускорители электронов с длительностью тока пучка в наносекундном диапазоне
2.1.3. Установки с электронно-пучковой накачкой и большим активным объемом
2.1.4. Установки для накачки газовых смесей пучком ионов, электронным
пучком с малой энергией и рентгеновским излучением
2.2. Методы определения энерговклада пучка электронов и его распределения
2.3. Методики определения временных, энергетических и спектральных характеристик излучения
2.4. Методика определения коэффициентов усиления и поглощения
3. ЛАЗЕРЫ 11А ПАРАХ КАДМИЯ И ЦИНКА
3.1. Результаты экспериментального исследования Не-Сс1 лазера в видимом диапазоне спектра
3.2. УФ генерация при возбуждении Не-Сб смеси электронным пучком
3.3. Генерация в смеси Нс-2п при накачке пучком электронов
3.4. Механизм создания инверсии и моделирование работы Не-Сб лазера с
накачкой жестким ионизатором
3.5. Интерпретация полученных результатов

Выводы к главе
4. МНОГОВОЛНОВАЯ ГЕНЕРАЦИЯ НА ПЕРЕХОДАХ КСЕНОНА ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ ПУЧКАМИ ЭЛЕКТРОНОВ ДЛИТЕЛЬНОСТЬЮ ОТ НАНО- ДО МИЛЛИ- СЕКУНД
4.1. Процессы формирования инверсии и конкуренция переходов в лазере на атомарном ксеноне
4.1.1. Конкуренция переходов при наносекундной накачке. Схема кинетических реакций в Хе-лазере
4.1.2. Конкуренция переходов при возбуждении миллисекундными пучками малой плотности
4.1.3. Влияние буферного газа на спектральный состав генерации и конкуренцию переходов
4.2. Влияние добавок ССЬ, N2, Н2 на выходные параметры и спектральный состав генерации Хе-лазера
4.2.1. Накачка пучком наносекундной длительности
4.2.2. Накачка пучком субмиллисекундной длительности
4.2.3. Накачка пучком субмикросскундной длительности
4.2.4. О вреде и пользе молекулярных добавок
4.3. Влияние температуры газовой смеси на характеристики генерации Хе-лазера
4.4. КПД Хе-лазера при накачке пучком электронов
4.5. Масштабирование лазера на переходах атома ксенона
4.5.1. Эксперименты на установке с активным объемом 600 л
4.5.2. Полная оптимизация мощного широкоапертурного лазера на атомарных переходах ксенона
Выводы к главе
5. ПЕННИНГОВСКИЙ ПЛАЗМЕННЫЙ ЛАЗЕР НА ПЕРЕХОДАХ АТОМА ЫЕ ПРИ МАЛЫХ МОЩНОСТЯХ И ЭНЕРГИЯХ ВОЗБУЖДЕНИЯ
5.1. Генерация на переходах атома Ие в послесвечении наносекундного пучка электронов
5.2. Генерация на Х,=585.3 нм неона в припороговых условиях по мощности возбуждения
5.3. О механизме формирования инверсии на переходах Ие при накачке объемным ионизатором

5.4. О максимальном КПД пеннинговского плазменного лазера на переходах
атома неона
5.5. Увеличение коэффициента усиления и снижение порога генерации на Х
нм неона в четырехкомпонентной смеси
Выводы к главе
6. ШИРОКОПОЛОСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ В ИНЕРТНЫХ ГАЗАХ
6.1. Молекулярно-ионные континуумы в инертных газах
6.1.1. Влияние примесей инертных газов на излучение третьих континуумов
6.1.2. Исследование зависимостей интенсивности третьих континуумов инертных газов от давления
6.1.3. Третий континуум в аргоне и криптоне при накачке пучком электронов
и разрядом, инициируемым пучком электронов
6.1.4. Эффективность широкополосного УФ излучения в Хе и Кг при накачке наносекундным пучком электронов
6.1.5. Динамика широкополосного излучения в аргоне при накачке пучком электронов и ионов наносекундной длительности
6.1.6. Сравнение молекулярно-ионных континуумов в инертных газах при накачке рентгеновским излучением, ионным и электронным пучками
6.2. Широкополосное излучение в Ne при возбуждении пучком электронов и разрядом
6.3. ВУФ континуумы легких инертных газов при накачке пучком электронов
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ: ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРОВ И ИСТОЧНИКОВ СПОНТАННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, РАЗРАБОТАННЫХ В ПРОЦЕССЕ ВЫПОЛНЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ 300 П.1. Корреляция адгезии с процессом абляции тонких пленок импульсным лазерным излучением
П.2. Формирование микроскопических цветных оксидных точек на
поверхности Ті при воздействии лазерного излучения
П.З. Исследование воздействия ИК лазеров на поверхность стали
П.4. Использование источников широкополосного излучения на основе плазмы инертных газов для определения поглощения в дальнем ВУФ диапазоне
ЛИТЕРАТУРА

объясняемый превышением критической концентрации электронов при нагреве газа. Разбавление смеси более легким газом гелием позволило увеличить ее теплоемкость и получить большую выходную энергию генерации за счет удлинения импульса излучения [133].
В работе [134] показана и исследована возможность использования излучения импульсного ядсрного реактора для предыонизации газовой смеси Хе-лазера.
Теоретический анализ и эксперименты, проведенные в работе [8] показали, что при использовании изотопа 210Ро плотности мощности накачки в 3-5 раз превышают пороговые мощности (0.02 Вт/см3 для 0.25 атм АпХе =400:1). Следовательно возможно создание непрерывного лазера на смеси Аг-Хе (>=2.03 мкм) с радиоизотопной накачкой, имеющего мощность излучения ~ 1 Вт, при длине 1 м, КПД - 1% и ресурсе работы около 100 дней.
Исследование спектрального состава генерации Хе-лазера с ЭП и ЭИ накачкой, проведенные в [104] при плотностях тока от 10 до 500 мА/см3 показали, что увеличение мощности накачки за счет увеличения как плотности тока пучка при ЭП накачке, так и зарядного напряжения на конденсаторной батарее при ЭИ накачке сказывается на характере спектральных зависимостей выходного излучения одинаково. То есть независимо от способа возбуждения интенсивность накачки является основным фактором, определяющим состав выходного излучения. Исследовались также смеси с другими буферными газами. Так, в работе [135], при накачке пучком электронов (350 кэВ, 1.7 А/см2, активный объем 10 л) в смеси Не:Хе=1000:1 (р=3.5 атм) получена выходная энергия генерации 1.95 Дж с КПД ~ 1.6%. Спектр излучения состоял из четырех линий >=2.03, 2.65, 3.43, 3.65 мкм. с максимумом на >=2.03 мкм.
Почти одновременно и независимо разными авторами [120,136-138] было показано, что увеличение доли генерации на >.=2.03 мкм при наличии в смеси гелия обусловлено большей скорочтью столкновительной очистки гелием уровня 6р[3/2]]°, нижнего для этого перехода. Измеренная константа процесса (7.4910.32)-10"11 см3с"' в 12 раз больше, чем константа скорости тушения гелием уровня 6р[5/2]г0 - нижнего для >,= 1.73 мкм. Но, из-за тушения гелием и верхнего уровня 5б[3/2]1° [138], максимальная энергия на >=2.03 мкм в смеси Не-Аг-Хе в условиях оптимальной для Аг-Хе смеси накачки составляет только половину энергии на >=1.73 мкм в двойной смеси с аргоном. Однако, как показано в [137], тройные смеси с гелием могут быть использованы для получения эффективной генерации на >=2.03 мкм. Кроме того, использование смесей типа Не-Аг-Хе при миллисекундных длительностях возбуждения, когда удельные энерговклады, превышающие