Газоразрядные рекомбинационные лазеры на парах металлов

• Автор: Латуш, Евгений Леонидович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 345 с. : ил.

Оглавление
1. Введение
2. Основные процессы и общие принципы накачки уровней и создания инверсии в рекомбинирующей газоразрядной плазме
2.1. Концентрация и температура электронов в плазме газоразрядных рекомбинационных лазеров
2.2. Процессы возбуждения и девозбуждения уровней
2.2.1. Оптические переходы
2.2.2. Взаимодействие с электронами
2.2.3. Взаимодействие с атомами
2.3. Ионизация и рекомбинация
2.3.1. Ионизация электронным ударом
2.3.2. Радиационная рекомбинация
2.3.3. Тройная рекомбинация
2.3.4. Диссоциативная рекомбинация
2.3.5. Тройная рекомбинация с участием атомов
2.4. Удары второго рода между тяжелыми частицами
2.4.1. Нейтрализация (ион-ионная рекомбинация)
2.4.2. Передача возбуждения и Пеннинг-процесс
2.4.3. Процессы перезарядки
2.5. Накачка и инверсия в рекомбинирующей плазме
2.5.1. Общие замечания о рекомбинационной накачке
2.5.2. Требования к расположению уровней для создания инверсии в рекомбинирующей плазме
2.6 ВЫВОДЫ
3. Исследование генерации в парах цинка, кадмия и ртути
3.1. Конструктивные особенности лазерных трубок и блоков питания
3.2. Генерация на переходах ртути, кадмия и цинка
3.2.1. Новые лазерные переходы в спектре Нд!
3.2.2. Генерация на ионных переходах цинка, кадмия и ртути
3.2.3. Механизмы накачки уровней
3.2.4. Роль электронного девозбуждения
3.2.5. Электронное девозбуждение в плазме разряда с полым катодом
3.2.6. Изучение процессов заселения ионных уровней ртути методом
модуляции населенностей
3.2.7. Процессы заселения уровней бейтлеровского спектра НдМ
3.3. Генерация на новых ионных и атомных переходах меди и серебра при
разряде в полом катоде
3.4. ВЫВОДЫ
4. Генерация на ионных переходах щелочноземельных металлов
и некоторых других элементов
4.1. Генерация на ионных переходах стронция и кальция

41.1. Механизм накачки уровней
4.1.2. Механизм создания инверсии
4.1.3. Роль буферного газа
4.1.4. Достижимая частота следования импульсов
4.2. Генерация в спектре иона бария
4.3. Генерация в спектре иона магния
4.4. Генерация в спектре иона бериллия
4.5. Генерация в рекомбинационном режиме на ионных переходах других металлов
4.6.ВЫВОД Ы
5. Исследование генерации на переходах в спектрах газов
5.1. Рекомбинационные газоразрядные лазеры на переходах многозарядных ионов OllluXelV
5.2. Генерация на переходе с Л=585,3 нм атома неона в рекомбинирующей газоразрядной плазме
5.2.1. Генерация в разряде с полым катодом
5.2.2. Генерация в продольном разряде
5.2.3. Механизм накачки уровней и создания инверсии
5.3. Генерация на ионных переходах инертных газов
в разряде с полым катодом
5.4. ВЫВОДЫ
6. Диагностика плазмы и исследование физических процессов
в активной среде лазеров на парах стронция и кальция
6.1. Измерение концентрации и температуры электронов
в послесв ечении плазмы
6.1.1. Зондовая диагностика плазмы
6.1.2. Спектроскопическая диагностика
6.2. Кинетики населенностей уровней и механизмы накачки
6.2.1. Экспериментальное исследование кинетики населенностей
и механизмов накачки уровней
6.2.2. Оценка вклада различных механизмов накачки уровней на основе данных измерений параметров плазмы и концентраций частиц
6.3. Математическое моделирование He-Srлазера
6.4. Обсуждение альтернативных механизмов накачки
6.5. ВЫВОДЫ
7. Оптимизация выходных характеристик и режимов работы
лазеров на парах стронция и кальция
7.1. Увеличение мощности генерации за счет удлинения лазерной
трубки
7.2. Теплофизика He-Sr(Ca) лазеров
7.2.1. Методика расчета тепловых режимов He-Sr(Ca) лазеров
7.2.2. Влияние температуры активной среды на характеристики генерации
7.3. Чернение активных элементов

7.4. Лазеры с принудительным охлаждением
7.5. Увеличение диаметра лазерных трубок
7.6. Увеличение давления гелия
7.7. Совместная генерация на линиях стронция и кальция
7.8. Лазеры с поперечным возбуждением
7.8.1. Лазеры с поперечным разрядом при высоком давлении смеси
7.8.2. Лазеры на парах стронция и кальция при возбуждении в разрядах с электронным пучком
7.9. Качественные характеристики выходного излучения рекомбинационных лазеров
7.9.1. Монохроматичность
7.9.2. Расходимость излучения
7.9.3. Пространственная и временная когерентность
7.10. Отпаянные активные элементы и макеты рекомбинационных лазеров на парах стронция и кальция
7.11. Катафорезные лазеры на парах стронция
7.12. Сводка основных результатов работ по оптимизации выходных характеристик рекомбинационных лазеров
на парах стронция и кальция
7.12. ВЫВОДЫ
8. Применения рекомбинационных лазеров на парах стронция
и кальция
8.1. Генерация на линии 535 нм атома таллия при квазирезонансной оптической излучением Не-Ca лазера
8.2. Квазирезонансная ионизация паров таллия излучением Не-Ca лазера
8.3. Генерация на димерах теллура при накачке He-Sr лазером
8.4. Накачка лазеров на красителях
8.5. Перспективы накачки твердотельных активных средах
излучением He-Sr(Ca) лазеров
8.6. Применение в лазерных проекционных системах
8.7. Другие перспективные применения He-Sr и Не-Ca лазеров
8.8.ВЫВОД Ы
9. Заключение
9.1. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
9.2. Перспективы рекомбинационных лазеров на парах
металлов
Благодарности
Приложение
Математическая модель He-Sr(Ca) рекомбинационного лазера
Литература

2. Основные процессы и общие принципы Если учесть, что Г« 0,07 эВ (« 800 К) для условий активной среды лазеров на парах металлов, когда лазерную трубку требуется нагревать для получения необходимого давления паров до 400 - 700 °С, то уровень Те в раннем послесвечении должен быть в диапазоне 0,2..0,65 эВ.
2.2. Процессы возбуждения и девозбуждения уровней
Эти процессы могут осуществляться при взаимодействии с фотонами, электронами и тя-
желыми частицами (атомами или ионами):
Л* <-> А + /гк; А+* <-» А+ + ку; А** о А* + /гу; (2.10)
А* + е А + е; А** + е <-> А* + е; (2.11)
А* + В-о- А + В; А** + В А* + В. (2.12)
В (2.10) - (2.12) ив дальнейшем будем обозначать А, А*, А** атом, соответственно, в основном, возбужденном и в более высоком по отношению к А состоянии; А+, А+ , А"14- и т.д. - однократные, однократные возбужденные двукратные и т.д. ионы; А - атом рабочего (активного) вещества; В - атом буферного газа. Кратко охарактеризуем эти процессы и роль каждого из них в газоразрядной рекомбинирующей плазме.
2.2.1. Оптические переходы
Коэффициент Эйнштейна А21 для спонтанных электрических дипольных переходов с верхнего уровня 2 на нижний 1 определяется соотношением:
= /ц=43б-10,-ДЕ,11/и с-1; (2.13)
™ес & g2
где е - заряд электрона, ед. СГС; у - частота фотона, Гц ; те - масса электрона, г ; с - скорость света, см/с gi.g2 - статистические веса нижнего и верхнего уровней;
//2 - сила осциллятора в поглощении (/Ь »ОД — 0,5 для разрешенных переходов); ДЕ21 - разность энергий между уровнями, эВ; Отметим, что А21 быстро возрастает с ростом энергетического интервала между уровнями ( се АЕ212).
Вынужденные переходы определяют эффекты усиления и лазерной генерации, а вынужденное поглощение кроме того ответственно за пленение излучения в плазме газоразрядных лазеров (резонансный захват). С учетом последнего, фактические вероятности распада уровней будут
А21=А2/-§ , (2.14)
где g - фактор пленения излучения. Для цилиндрических лазерных трубок у линий с неоднородным доплеровским уширением (гауссовский контур) [14,22]