Способ накачки газового лазера на переходах неона — SU 1344179 (original) (raw)
(71) Физический инсти им,П,Н,ЛеБасов, О.М.Керн" ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ М АВТОРСКОМУ СВИ бедева,т.1, с, 27. 54) СПОСОБ НАКАЧКИ ГАЗОВОГО ЛАЗЕРАНА ПЕРЕХОДАХ НЕОНА(57) Изобретение отйосится к области квантовой электроники, а именно к га" зовым лазерам. Целью изобретения является увеличение длительности генерации вплоть до непрерывного режима, повышение КПД и уменьшение расходи- мости излучения, Накачку рабочей смеси, состоящей из гелия, неона и ту-, шащего инертного газа, осуществляют ионизирующим излучением с удельной мощностью накачки не более 14 кВт/см Плотность рабочей смеси устанавлива 9ется больше 1 О см . Тушащий инертный газ выбирается с потенциалом ионизации меньшим, чем энергия нижнего резонансного лазерного уровня неона, в его плотность устанавливается больше 310 см , но не более 5. Х от плотности рабочей смеси. 1 ип.Изобрс теттттс лэттостттся к области кгтдтттонлй т;и ктрогтттки и может применяться н т лзстгэт,тх лазерах цд переходдх нелнд,,т1 елью ттзобретс тгпя ягляется унеличепце длительности ттгтерции вплоть дс цепрерыннлго режима, повьппение КПД и уменьшение рдсхлдимлсти излучения. 10Нд чертеже изображена схема оснонных стллкттонительных процессов, определятпптих прлггесс ггдкдчки когда н качестве тушдтцегл инертного газа используется Кг нлтт Аг (гптрихдми 15 указаны гтджгтсйгттте пдрдзитные процессы),Нд схеме: 1,е - ионизируюшие частицы и медлегнп тс (пторичные) злектроныс - с ел 1 элтс ть 1 т ожде ния влек т 1 тонв ионных пдр; 1 с. - констднтд склрлсНе+ти иеРездРЯдкп Нс г нд неон ссте гт, констдцты скстрстсттт трехчастичнлй рекомбиндции Не с у тдстием лнух медленных злектрлнстн ипи эггектрлцд и.lатома гелия; Ььт, сд - энергия и сечение лазерттлгст ттс рехлда; )р - скорость спонтанного рдспддд верхнегот. тралазерного урлннн; с , 1 с,. - константы скорости тушецття нерхнего лазерного уровня ггес ггтлг и электронами соотнетстгэеттгто, 1 с - константа ско 5 30 рости тушегтия цггжпего лдэерцого уровня чдс тицдмтг с ттпжпттм плтенцидгтлм. 35 ЛЯРНОГО ИОЦД Н тПГтт тттЕ От ГГРЯЬГОГа нозбуждс ня э:гск-,ровным ударом из основного со с. то я ттття д тома, Чре звычдйно с,щестг.т,тго, чт О при плотности более 1 О; т пп тпс холит резкое увет 9 3 иониздцпи,1 дгсиьт обр т эсти, верхний лазерныйуровень - Згэ ггпг Зр состояние неоназаселяется гт ре.ту. ть гдте дисслциатинной рсклмбипдтгтп сипьнлсвяздннлгл лтослекулярггогс иот;д Ге., 11 ижнии лдзер - 4 лный уровень - Зн илгт Зз являетея резонансным (разрешен оптический переход в основное состояние), чтл позволяет быстро и селектттвно ( т- н1 О рдз быстре, чем верхний лазерныйуровень) расселить его в процессестолкновегтия с. г;тстицей, потенциалиониздции которой меньше энергии этого резлцдцснлгл уровня,Нсполт.зсвднит: плотности актитэнойт 9 - 3СрЕдЫ бОЛЬШЕй, тГЕЬт 1 0 СМ и ПОТО"кд илнизируюпптх частиц позволяет возбуждать Зр - с ос:тллттия неона за счетдиссоцидтигтттой ротомбицдции молекулипс ице эффективности эдееггеггитэ двухЗр - уровней, которые янлятптся верхцими лазерными. При низком давлениидесять Зр - уровней заселяются придиссоцидтивцой рекомбинации Г 1 е,приблизительно одинаково, а при нысоком - до 70% энергии попадает на состояние Зр 11/21 (генердция на- 5852,5 гэ) и до 30% - нд состояниеЗр 3/2" (генерация на Л = 7032 А),Это обстоятельство позволяет резкоповысить КПЛ лазора.Ггтгэимдльная концентрация тугтгащего газа инертного газа Т) определяется условием, что нижний лазерный уровень опустошается быстрее,чем заселяется за счет спонтанногоизлучения. Поскольку частота спонтдннях переходон У = 710 с , а7константа дезактиндтсии 1 с . 2 хх 10 см тгс, то Т,;Д = У ВЗ хх 10 см. Обнаружено, что при оптималгтой концентрации тушдщего инерт-,гг г -3ного газа 10 - 10 см происходитэффе стивцдя дезактивация нижнего лазерного уровня, а верхнее рабочеесостояние опустошается относительномедленно, что и позволило получитьгснсэз тпепрерывцый,режим генерациипрдк шгчески без снижения КПД, Крометого., тяжелые инертные газы при соотгэетствугстщей концентрации слабовлияют на цепь ионно-молекулярных реакций, приводящих к заселению верхнего лазерного уровня.Гггггггмалт.ггсгя плотность активнойсреды 1 10 см установлена экспериментально и определяется следующими Факторами: необходимостью эффективнс го торможения ионизирующих частиц; условием, что концентрация Несущественно превосходит концентрациирдботтего и особенно тушащего газа,поскольку ионизация тушителя уменьшает КПД, а торможение быстрых частитс в Кг, например происходит в20 раэ быстрее, чем в Не; необходимостью колебательной релаксации молекулярных ионон Г 1 е и охлажденияэлектронов, участвующих в диссоциативной рекомбинации, что и обеспечивает увеличение селективности накачки, Использование двойных смесей,без Не, невыгодно, поскольку при воэ"буждении Ме, кроме ионизации, эффективно заселяются резонансные состояния, которые являются нижними лазерными, 13441791 оццость накачки ограничцваетсдтушением вторичиымц электронами верхнего лазерного уровня в реакциях ти (па Хе (Зр) + е еНе(3 з) + е и составляет - 15 кВт/см для Я = 5852,5 Аи80 кВт/см для Я = 7245 А(для этого перехода 1.,(цесколькоменьше), Эти величины подтвержденытакже экспериментально,П р и м е р 1,Способ реализованна установке, содержащей рабочую камеру с накачиваемым объемом 15 л(1 ОхОх 50 см), На торцах камеры укреплены плоские диэлектрические зеркала диаметром 5 см: глухое с коэффициентом отражения 9997. и выходное с коэффициентом отражения 757,таким образом оптический объем составлял а л. Система напуска рабочейсмеси и ее откачки обеспечивала остаточное давление 0,01 Тор, Возбуждение активной среды осуществлялосьэлектронным пучком от ускорителя схолодным катодом, пучок вводился врабочую камеру через разделительнуюфольгу толщиной 50 мкм. Энергид быстрых электронов оставляла200 кэВ,длительность импульса - 0,5 - 1 мкс;плотность тока пуска варьироваласьв интервале 0,2-5 А/смПри накачке электронным пучком2с плотностью тока 0,8 А/см длительностью 0,5 мкс смеси Не:Ме:Кг30:2:1 суммарной концентрации1,2 амага была получена генерацияона длине волны 5852,5 А. При удель 3,ной мощности накачки - 1,5 кВт/смудельная мощность генерации составляла - 8 Вт/см (полная мощносгь3генерации -" 30 кВт), Таким образом,при мощности накачки 15 кВт/см и3объемной концентрации тушителя"Кг л 37 КПД лазера составил0,67 П р и м е р 2. Экспериментальная установка и рабочая смесь аналогичны примеру 1, Плотность тока электронного пучка составляла 3 А/см что соответствует удельной мощности накачки в " 15,5 кВт/см . Удельнаяэмощность генерации 2 Вт/см , что соответствует К 1 Щ лазера 0,047 Таким образом, увеличение удельной мощности накачки о значений 15 кВт/смфпривело не только к резкому падениюКПП лазера, ц и к уменьшению егоудельных характеристик,11 р и м е р .1. В эсеИменталь -ой установке оиэслцй в примереи1, холодный катод заменен ца гордчий, что позволило варьировать плотность тока электроццого пучка д ицз.тевале 1-50 мА/см и длительность10-ОО мкс.При накачке электронным пучком ст э плотностью тока 12 мЛ/гм , длительностью 40 мкс смеси Не : Не : Кг- 50:.1,5:1 суммарной концентрации1,5 амага был получен КПД генерации1,7., ири удельной мошности накачки 15 . 30 Вт/см , полной мощности 120 кВтМошцость генерации - 1,45 кВт,П р и м е р 4, Все условия аналогичны примеру 3, только в рабочейсмеси криптон заменен аргоном, При 20 этом нолу 1 ен КПД генерации1,57,увеличение КПЛ, в частцости, связано с умецьшеццем вредного энерговклада в газ-тушцтель, Была такжеизмерена расходимость излучения,ко торая составила 2 10 рад, что лищьна 407 превосходит дифракционную ив 10-50 раз меньше расходимости известного Не-е лазера.П р и м е р 5, В стационарный ЗО ядерный реактор с потоком нейтронов210 см была помещена кювета длиной 100 и диаметром 5 см содержавшая 3 амага смеси Не : Ие ; Лг70:1,5:. На торцах кюветы укреп лены плоские диэлектрические зеркала с коэФфициентами отражения 99,9и 927 При этом полная мощность накачки составляет 20 кВт (удельнаямощность10 Вт/см ), а мощность340 лазерного излучения27 Вт, что соответствует КПЛ 1,37 П р и м е р 6. Экспериментальнаяустановка аналогична использованной 45 в примере 7, Использовались зеркалас коэффициентом отражения 99,8 и 727на длине волны= 7245 А. При накачке электронным пучком с плотностьютока 50 мА/см длительностью 60 мкс250 смеси Не : Кг = 12:7:1 плотностью2 о1,2 10 см (4,2 амага) был полученКПЛ генерации ь 0,47 (удельная мощность накачкикВт/см , удельнаямощность генерации 4 Вт/см )3 55Таким образом, изобретение позволяет увеличить доиолццтельность генерации, повысить КП и умецьшить расходимость излучения.Формула изобретения не Не Ж Ме Нее - Юе-ф Ме 1 ЗР - ЮеИ) -МеОВо)6 Ь + ЬНе +Же + 2 Ие +Зе + е Ъы Г1 ф 1К"о 6 МКк11Ие е кме квф Т Составитель А.Кораблев Техред М.ХоданичКорректор В,Бутяга Редактор О.Филиппова Тираж 632 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д.4/5Заказ 3378 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4 Способ накачки газового лазера на переходах неона, включающий возбуждение верхнего лазерного уровня неона в рабочей смеси лазера, содержащей гелий, неЬн и тушащий инертный гаэ с потенциалом иониэации меньшим, чем энергия нижнего резонансного ла эерного уровня неона, о т л и ч а ю щ и й с я тем что, с целью увеличе. ния длительности генерации вплоть 179едо непрерывного режима, повышения КПДи уменьшения расходимости излучения,возбуждение верхнего лазерного уровня неона осуществляют потоком ионизирующих частиц, плотность рабочей1 У -3смеси устанавливают больше 10 1 смконцентрацию тушащего инертного газаустанавливают больше 3 10 см , нофне более 153 от плотности рабочейсмеси, при этом удельную мощностьнакачки устанавливают не более15 кВт/см