Непрерывный эксиплексный источник УФ-излучения с накачкой в плазменной струе

• Автор: Костенко, Олег Федотович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Г лава 1. Непрерывные и квазинепрерывные эксиплексные источники УФ-излучения

1.1. Непрерывные и квазинепрерывные эксиплексные источники спонтанного УФ-излучения с высокой средней мощностью
1.2. Исследования возможности получения непрерывной лазерной генерации в эксиплексных активных средах

1.3. Исследования образования эксиплексных молекул в плазменной

струе

Выводы к главе

Глава 2. Условия эксперимента и методы определения

экспериментальных параметров

2.1. Экспериментальный измерительный стенд
2.2. Спектральная и яркостная калибровка оптического измерительного тракта
2.3. Магнитоплазмодинамический ускоритель
2.4. Ионный состав и температура электронов на начальном
участке плазменной струи МИДУ
2.5. Методы определения параметров неоднородного непрерывного эксиплексного источника спонтанного УФ-излучения на основе спектральных и яркостных измерений
Выводы к главе
Рисунки и таблицы к главе
Г лава 3. Непрерывный эксиплексный источник спонтанного УФ-излучения на основе динамического смешения плазменной струи
ксенона с газом ББв
3.1. Выбор галогеноносителя и реакции образования эксиплексных молекул в сильноионизованной струе инертного газа низкой плотности
3.2. Экспериментальное исследование излучения ХеР(5-»Х)
из области смешения сильноионизованной струи Хе с газом БРб
3.3. Кинетические процессы в области смешения плазменной струи
Хе или Кг с газом БРб
Выводы к главе
Рисунки к главе
Глава 4. УФ-излучение эксиплексных молекул при инжекции паров галогенидов щелочных металлов в плазменную струю инертного газа
4.1. Поиск новых галогеносодержащих веществ и реакции образования
эксиплексных молекул для создания мощного источника
УФ-излучения
4.2. Исследование излучения ХоС(В—>Х) при инжекции паров ЫаС
в плазменную струю ксенона
4.3. Исследование излучения эксиплексных молекул из области
смешения плазменной струи Хе или Кг с парами галогенидов
щелочных металлов
4.4. Анализ результатов эксперимента
Выводы к главе
Рисунки и таблицы к главе
Заключение
Литература
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Активные среды на основе галогенидов инертных газов исследуются не только при разработке мощных эксиплексных лазеров, генерирующих излучение в ультрафиолетовой области спектра, но и при создании новых эффективных источников спонтанного узкополосного УФ-излучения. Они находят разнообразное применение там, где требуется обработка больших поверхностей и не нужна когерентность излучения. Возможность технологических применений ламповых эксиплексных источников определяется их мощностью, КПД, спектральной яркостью, диапазоном параметров среды и накачки, особенностями конструкции. Так, для создания информационных систем в космосе требуются узкополосные источники УФ-излучения со средней мощностью более 100 Вт, обладающие высокой спектральной яркостью и компактной областью излучения.
Открытым остаётся вопрос о возможности достижения порога лазерной генерации на переходах эксиплексных молекул в непрерывном режиме.
Наибольшие средние мощности спонтанного УФ-излучения 25-ьбО Вт получены в микроволновом, тлеющем и импульсно-периодическом продольном разрядах в непрерывном и квазинепрерывном режимах. Высокие КПД 8ч-14% достигались при низких давлении и удельной мощности накачки активной среды. При этом основным каналом образования эксиплексных молекул являлась бинарная гарпунная реакция между возбужденным атомом инертного газа и молекулой галогена. Достигнутый коэффициент усиления непрерывного излучения Хе¥(В-±Х) и ХеС1(5—>У) в продольном тлеющем разряде составил
£я~(0,2-ь1)-1СГ5 см-1.
Непрерывное излучение эксиплексных молекул наблюдалось при вводе галогенидных молекул в плазменную струю инертных газов, источником которой служил плазмотрон постоянного тока или магнитоплазмодинамический ускоритель (МПДУ), однако мощность, спектральная яркость и коэффициент уси-

Зависимость температуры электронов от Л на оси струи и для радиусов г=й?/4, <И2 измерялась при 1=2 кА и А=1 г/с (рис. 2.6). На оси струи Те уменьшалась от «3 до «1,5 эВ при увеличении Л от 1-ьЗ до 7 см. При Ь«1 центральные области струи имели более высокую температуру, чем периферийные. При Ь>с1 Те выравнивалась по сечению струи диаметром <7.
Для определения отношения концентраций ионов Хе++ и Хе+ пу'п2 (2.8) использовались линии Хе А|,-462,428 нм (£)„=10,99 эВ, 1„=,Ъ9 эВ, g]n=5, ^1„=2,2'106 с'1) [90, 91] и Хе+ Л2*=440,688 нм (табл. 2.2). При увеличении 1. от 1 з-4 до 7 см относительная концентрация ионов Хе44- а2=пу'(п2+п2) на оси струи падала от 225-25% до 2%. При Л-45-6 см её центральным областям соответствовали более высокие значения щ, чем периферийным. При Л=7 см щ выравнивалась по сечению струи диаметром <Л
Температуре электронов 7(«3 эВ и концентрации ксенона «о<5-1014 см"3 вблизи анода МПДУ при 1=2 кА и 7?=1 г/с (2.5) соответствовала равновесная полная двукратная ионизация, что следует из уравнений Саха с учетом сохранения числа частиц и заряда [151]. Следовательно, плазменная струя на начальном участке была ионизационно-неравновесной.
Скорости фоторекомбинации
К * 2,7-10-пг2Т~*4 см3/с (2.9)
и тройной ударно-радиационной рекомбинации двукратных ионов [97]
р < 8,75- ХО-27г*т;9,2пе см3/с (2.10)
вблизи анода одного порядка величины. Эти процессы, однако, не могут вызвать понижение относительной концентрации ионов Хе++ с удалением от анода на расстояние Л=7 см при уменьшении температуры электронов до »1,5 эВ, поскольку соответствующая их протеканию длина сопоставима с размером барокамеры.
На ионный состав плазмы может оказывать влияние азот, находящийся в вакуумной камере из-за неполной её герметрчности [79]. Когда азот с расходом 0,28 г/с дополнительно подавался в барокамеру, среда, в которую происходило истечение струи при 11= I г/с и 1=2 кА, состояла из 57%Ы2: 43% Хе при давлении