Флюоресценция и нестационарное поглощение во фторсодержащих эксимерных лазерных смесях при накачке электронным пучком

• Автор: Левченко, Алексей Олегович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Оглавление
Введение

Обоснование актуальности темы диссертации

Цели работы

Научная новизна

Практическая ценность

Характеристика методов исследования

Краткое содержание работы по главам

Защищаемые положения

Сведения об апробации результатов работы

1 Обзор литературы

1.1 Мощные лазерные системы для термоядерного синтеза и усиления
ультракоротких импульсов
1.2 Усиление лазерного излучения на эксимерных молекулах КгР
1.3 Флюоресценция, нестационарное поглощение и усиление на переходах
тримеров Кг2Р
1.4 Кинетические процессы в эксимерных лазерных средах
1.4.1 Образование КгР
1.4.2 Образование Кг2Р
1.5 Флюоресценция и нестационарное поглощение в смесях благородных
газов
1.5.1 Нестационарное поглощение в чистых аргоне, криптоне и неоне
1.5.2 Нестационарное поглощение в бинарных смесях благородных газов
2 Флюоресценция и динамика возбужденных молекул КгР и Кг2Р в эксимерной смеси Аг/Кг/Р2
2.1 Эксимерный лазер «Бердыш» с электронно-пучковой накачкой
2.2 Обзорный интегральный спектр флюоресценции
2.3 Методика измерений флюоресценции с калиброванной относительной
спектральной чувствительностью
2.4 Сравнение флюоресценции КгР и Кг2Р при разных длинах активной
среды. Расчет концентраций этих молекул
2.5 Пробные эксперименты по измерению нестационарного поглощения
2.6 Временная динамика и эффект подавления флюоресценции Кг2Р
2.7 Выводы

3 Зондирование активных сред с использованием широкополосного источника на основе лазерной эрозионной плазмы
3.1 Введение
3.2 Методика эксперимента
3.3 Спектры флюоресценции благородных газов
3.4 Спектры нестационарного поглощения благородных газов
3.4.1 Поглощение в чистых аргоне и криптоне и в смесях Аг/Кг
3.4.2 Поглощение в чистом неоне и в смеси Ne/Kr
3.4.3 Оценка сечения фотопоглощения Rg2+
3.4.4 Оценка константы тушения Ne2+ криптоном
3.5 Выводы
3.6 Спектры флюоресценции и нестационарного поглощения смесей
благородных газов с донорами фтора и добавками азота
3.6.1 Смесь Kr/F2
3.6.2 Смесь Ar/F2
3.6.3 Смесь Ar/Kr/F2
3.6.4 Смесь Ne/Kr/F2
3.6.5 Смесь Ar/Kr/F2 + Не
3.6.6 Замена F2 HaNF2 и SFö
3.6.7 Смеси Ar/Kr/F2 + N2
3.6.8 Смеси Ar/N2, Kr/N2 и Ar/Kr/N2
3.7 Выводы
4 Зондирование активной среды излучением лазера на красителе
4.1 Схема зондирования с внешними зеркалами
4.2 Эффект наведенного поглощения в оптических элементах
4.3 Схема зондирования с внутренними зеркалами
4.4 Измерение усиления на переходе 42Г—>1,22Г молекулы Kr2F
4.5 Лазерная генерация на переходе 42Г—П,22Г молекулы Kr2F
4.6 Обсуждение результатов
4.7 Перспективы применения перехода 42Г—>1,22Г молекулы Kr2F для
усиления УКИ
4.8 Выводы
Заключение
5 Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Обоснованно актуальности темы диссертации
Актуальность работы обусловлена тем, что мощные КЕ и КггБ усилители обладают рядом преимуществ перед твердотельными системами, и могут составлять им реальную конкуренцию в ряде применений. Преимущества и недостатки КЕ и КггБ усилителей подробно рассматривается в главе «Обзор литературы», здесь же уместно кратко перечислить лишь наиболее важные из них.
Несмотря на давшою историю исследований эксимерных лазеров, в частности криптон-фторовых, (см. например [1, 2, 3, 4] и ссылки в них), остается ряд неясностей и противоречий в кинетике их активных сред, влиянии наведенного нестационарного поглощения в активной среде па различных возбужденных компонентах и т.д. Новые экспериментальные данные важны для численного моделирования крупномасштабных КЕ лазерных драйверов для лазерного термоядерного синтеза (ЛТС) [5, 6, 7, 8] и мощных КБ лазерных систем [9, 10, 11], где они могут составить реальную конкуренцию, а по некоторым параметрам и превосходить твердотельные лазеры.
В контексте ЛТС преимуществами КЕ лазеров по сравнению с твердотельными системами являются высокий коэффициент полезного действия, короткая длина волны излучения и возможность работать с частотой повторения импульсов до нескольких Гц с достаточно большим ресурсом непрерывной работы [5]. Быстрое восстановление инверсии населенностей в КЕ' усилителях позволяет усиливать цуги импульсов, следующих друг за другом с периодом от 2 не, что, например, делает возможным применение схем углового мультиплексирования усиливаемых пучков. Цуги УКИ с периодом в нескольно не также перспективны для создания в атмосферном воздухе протяженных проводящих плазменных каналов и коммутации длинных электрических (молниевых) разрядов [12], а также направленной передачи СВЧ-нзлучения по плазменному волноводу [13, 14, 15].
Преимуществами КггБ усилителей, помимо уже упомянутой возможности работы с частотой повторения, являются большая ширина спектра усиления и высокая энергия насыщения, сравнимая с энергией насыщения твердотельных усилителей, позволяющие эффективно усиливать УКИ. Полоса усиления тримера КггБ расположена в видимой (410460 нм) части спектра, где на сегодняшний день нет мощных твердотельных усилителей. В перспективе возможно получение УКИ петаваттного уровня мощности при использовании КггБ усилителей относительно небольшого объема [11]. Однако главным препятствием для практического использования таких усилителей являются малые коэффициенты усиления излучения и наличие в активной среде нестационарного

Ml и М2 использовались только в экспериментах по исследованию подавления флюоресценции перехода Kr2F (42Г—>1,2 2Г) излучением перехода KrF (В—»X), которые описаны ниже, а при калибровке и измерениях флюоресценции демонтировались. Чтобы иметь возможность измерять временную динамику различных полос флюоресценции, в данных экспериментах вместо ПЗС-камеры использовался фотоприемник с временным разрешением. Излучение, прошедшее сквозь монохроматор, регистрировалось 7-ми каскадным ФЭУ марки 14 ЭЛУ-ФС с временным разрешением 1,2 не, коэффициентом усиления 6*105, и линейным током до 2 А. Сигналы ФЭУ регистрировались цифровым осциллографом Tektronix TDS2024 с полосой 200 МГц и частотой оцифровки 2 Gs/s. В монохроматоре использовалась решетка 1200 штрихов/мм, с углом блеска, соответствующим длине волны 500 нм, при этом его обратная линейная дисперсия составляла 2,4 нм/мм. При различных измерениях входная и выходная щели монохроматора варьировались в диапазоне, соответствующем спектральному разрешению от 0,2 до 8 нм. Второй порядок дифракции отсекался с помощью соответствующих фильтров. Шкала длин волн монохроматора была откалибрована с помощью ртутной лампы.
Отклик ФЭУ на излучение ИСИ-1 в зависимости от длины волны и относительная спектральная чувствительность схемы, рассчитанная с учетом Планковского спектра излучения ИСИ-1 приведены на Рис.7.

Длина волны, нм
Рис.7. Отклик ФЭУ на излучение ИСИ-1 (1), и относительная спектральная чувствительность схемы, рассчитанная с учетом Планковского спектра излучения ИСИ-1 (2).