Экспериментальное исследование эффектов кулоновских столкновений в трехуровневой спектроскопии плазмы

• Автор: Каблуков, Сергей Иванович
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 117 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава I. Основные положения теории кулоновского ушире-ния и экспериментальная техника
§1 Предварительные оценки и план эксперимента
§2 Экспериментальная техника
Глава II. Параметры метастабильных и верхних лазерных уровней [25, 27, 28, 30]
§3 Генерация в сине-фиолетовой области спектра
§4 Генерация на интеркомбинационных переходах
§5 Измерение населенностей долгоживущих уровней
§6 Кривая насыщения и константы тушения метастабильных
уровней
Выводы
Глава III. Кулоновское рассеяние и генерация комбинационного ионного лазера [27, 29, 30]
§7 Гигантское уширение провала Беннета на метастабильном
уровне
§8 Расчет параметров комбинационного лазера в Л-схеме с ме-
тастабильными нижними уровнями
§9 Влияние столкновений на генерацию комбинационного лазера
Выводы

Глава IV. Нелинейные интерференционные резонансы в ион-
ных спектрах [26, 30]
§10 Численный расчет усиления на смежном переходе в Л-схеме
в сильных полях накачки
§11 Расчет профиля нелинейного интерференционного резонанса 92 §12 Наблюдение нелинейного интерференционного резонанса при
магнитном сканировании
Выводы
Заключение
Литература

Введение
Благодаря своей высокой чувствительности методы нелинейной спектроскопии широко применяются в исследованиях атомных и молекулярных переходов в условиях большого допплеровского уширения [1, 2, 3, 4]. Исследование нелинейных спектров ионов в плазме усложняется дальнодей-ствующей природой кулоновского взаимодействия. Поскольку для характерных параметров ионного лазера радиус Дебая превышает межатомные расстояния, приближение парных столкновений, обычно работающее для нейтральных атомов, нарушается и ион постоянно испытывает влияние плазмы. Флуктуации плазменного микрополя приводят к смещениям энергетических уровней оптического электрона, проявляющиеся в так называемом штарковском уширении. Учет штарковского уширения возможен в рамках модели релаксационных констант в виде добавки к однородной ширине. Изменения скорости иона в результате взаимодействия с ионами в основном состоянии приводят к уширению нелинейных резонансов, не описываемому моделью релаксационных констант [5].
Находясь в рамках теории возмущений по сильному полю, нелинейные эффекты можно связать с переносом населенности (эффект насыщения), полевым расщеплением уровней и нелинейным интерференционным эффектом (НИЭФ), включающими двухфотонные переходы [2, 3]. Наиболее известным примером, отражающим первый эффект, является провал Лэмба в частотной зависимости мощности генерации лазера, характеризуемый в модели релаксационных констант [2] однородной шириной линии. Двухфотонные переходы дают возможность получения узких резо-

ветствуюгцие комбинации магнитных подуровней (см. рис. 22). Такое представление удобно при изучении магнито-оптических эффектов. И наоборот, большую вероятность квартет-квартетных переходов можно использовать для реализации схемы комбинационного лазера с оптической накачкой с квартетных метастабильных уровней (см. рис. 3).
К моменту выполнения работы были известны две линии интеркомбинационной генерации: 528.7 нм (переход 4р4Д]/2 —» 4.? 2 Piß), 514.5 (4p4_D5/2 —► 46'2Рз/2). В предыдущем параграфе описана реализация непрерывной генерации на линии 438.4 нм (4р45з/2 —► 4s 2Рз/2)- Из них хорошо исследована только линия 514.5 нм, имеющая на порядок больший коэффициент Эйнштейна по сравнению с двумя другими. Поэтому мы дополнительно провели измерения насыщения усиления на линиях 528.7 и 438.4 нм, чтобы оценить характеристики верхних уровней (впервые исследование влияния параметров разряда на скорости распада уровней по измерениям интенсивности многочастотной генерации проводилось для He-Ne-лазере в работе [51]). Эксперименты проводились в разных условиях разряда. В одной серии измерялись параметры линий
528.7 и 514.5 нм в трубке диаметром 5 мм, длиной 50 см на токе 100 А в оптимуме по давлению для 528.7 нм. В другой серии - линий 514.5 и 438.4 нм и соответствующие значения были следующие: 7 мм, 50 см, 140 А. Линия 528.7 нм, как и две другие, характеризуется сдвигом оптимума генерации в сторону больших давлений (см. рис. 4 и обсуждение к нему). Вместе с равенством параметра jR (где j - плотность тока, R -радиус разрядного канала) это позволяет говорить о малости различия параметров плазмы в указанных экспериментах [52].
Характер насыщения в многомодовом режиме генерации зависит от степени перекрытия провалов Беннета, соответствующих разным модам генерации [53]. В аргоновом лазере допплерова ширина (Аvp — 5 -г 10 ГГц) много больше лорентцевой (Aul ~ 0.5 ГГц) [7], а межмо-