Создание мощных лазеров, работающих в ультрафиолетовой и вакуумной ультрафиолетовой области спектра, сопряжено с рядом трудностей. Ввиду того, что в коротковолновой части оптического диапазона отсутствуют материалы с достаточно большим коэффициентом отражения, представляется целесообразной разработка лазеров, способных генерировать большие мощности в режиме бегущей волны. Для этого необходимо создание источников, обусловливающих высокую интенсивность накачки, большие потоки мощности и хорошее согласование разрядной камеры с источником. Одним из вариантов такого источника является плоская двойная формирующая линия [1].

Созданные в настоящее время такие линии имеют скорость нарастания тока до 10¹⁴ А/с, ток разряда до 1-2 МА и напряжение 1-2 MB. Использование твердых диэлектриков в таких линиях позволяет получить потоки мощности, достигающие 10¹⁰ Вт/см². Длительность электрического импульса может лежать в пределах 10^-9—10^-7 с, а запасаемая энергия достигает I0⁵—10⁶ Дж. Таким образом, указанная линия является одним из наиболее эффективных источников накачки газовых лазеров.

В данной работе приводится описание устройства и результаты исследования газового лазера с поперечным разрядом на основе плоской двойной формирующей линии.

Схема установки приведена на рис. 1.

схема лазера

Рис. 1. Схема измерения параметров лазера, питающегося от плоской двойной формирующей линии:
1 - полиэтиленовый изолятор
2,3 - нижняя и верхние пластины линии
4 - разрядная камера
5 - вакуумный монохроматор BMP-2
6 - твердотельный разрядник
7 - коаксиальный фотоэлемент ФК-09
8 - выходное окно, покрытое люминофором
9 - вакуумный вывод излучения.

Волновое сопротивление линии равнялось 0,2 Ом, рабочее напряжение 30 кВ, разрядный ток при работе на согласованную нагрузку достигал 75 кА. Длительность импульса тока составляла 6* 10^-9 с, а скорость нарастания тока 10¹⁴ А/с. Линия выполнена из дюралюминиевых пластин размерами 600 x 800 x 18 мм. В качестве диэлектрика использовался набор полиэтиленовых листов общей толщиной 0,4 мм. Электрическая прочность полиэтилена и определяла рабочее напряжение линии. Для предотвращения пробоев диэлектрика у краев линии верхние пластины имели меньшие размеры, чем нижняя, и их краям придавалась специальная форма. Линия заряжалась от высоковольтного выпрямителя УРС-70.
Эффективность работы лазера в сильной степени зависит от параметров коммутирующего устройства линии. Эти требования особенно высоки для коммутаторов в линиях с длительностью импульса ~10^-9 с. В качестве коммутатора нами использовался твердотельный разрядник, помещаемый между пластинами линии. Разрядник состоял из поджигающего электрода, выполненного в виде алюминиевой фольги толщиной 5 мкм, помещенной между двумя диэлектрическими пленками с соотношением толщин 3:1.
C омического делителя на электрод подавалось напряжение, равное 1/3 зарядного напряжения линии; таким образом сохранялась однородность поля между пластинами. Коммутация осуществлялась подачей к электроду импульса от генератора импульсных напряжений с амплитудой + 80 кВ и временем нарастания 12 нс. Так как заряд линии имел отрицательную полярность, то происходило сильное искажение поля между пластинами, что вызывало пробой верхнего диэлектрика, после чего нижний лист полиэтилена пробивался напряжением, приложенным к линии.
Нагрузкой линии служила разрядная камера размером 700 х 10 х 0,3 мм, склеенная из двух стеклянных пластин толщиной 3 и 8 мм. Электродами служила латунная мелкоячеистая сетка, плетенная из проволоки толщиной 30 мкм. Использование такой сетки позволяло при хорошей работе разрядника получить равномерный разряд по всей камере. К торцам камеры приклеивались окошки из сколов кристалла LiF.
На описанной установке была получена генерация на переходах второй положительной системы N₂ с длинами волн 337,1; 357,7; 315,9 нм. Энергия излучения измерялась с помощью прибора ИКТ-1М, а длительность генерации — с помощью скоростного фотоприемника с временным разрешением 5х 10^-10 с, сигнал с которого подавался на осциллограф 6ЛОР-02М с полосой пропускания 1 500 МГц. Измеренная мощность, генерируемая с каждого конца, достигала 5х10⁵ Вт. Осциллограмма, иллюстрирующая импульс генерации, приведена на рис. 2.

осциллограмма импульсов

Рис. 2. Осциллограмма шести импульсов генерации (λ = 337,1 нм) на N₂ (нижний луч) и калибровочного импульса длительностью 15 нc (верхний луч)

На этой же установке была получена генерация на переходах в полосе Лаймана (B^t∑_u⁺→X¹∑_g⁺)с длиной волны 158,0—164,0 нм, предсказанная авторами [2] и ранее наблюдавшаяся в работах [3, 4]. Измерение длины волны генерации проводилось с помощью вакуумного монохроматора ВМР-2, калиброванного по источнику реперных линий. Мощность генерации в этой области измерялась с помощью калиброванного фотоприемника. Калибровка проводилась следующим образом. Скоростным фотоприемником регистрировалась люминесценция салициловокислого натрия под действием излучения N₂-лазера с известной мощностью. При этом в ближайшей области работы фотоприемника амплитуда выходного сигнала пропорциональна мощности падающего на люминофор излучения с длиной волны 337,1 нм. Так как квантовый выход салициловокислого натрия слабо меняется в диапазоне 140—400 нм [5], то можно утверждать, что проведенная калибровка для λ = 337,1 нм останется справедливой и для области 158—164 нм. Однако следует отметить, что при таком методе измерения мощности неизбежна погрешность, обусловленная временем послесвечения люминофора. Измеренная таким образом мощность генерации на N₂ достигала 10⁴ Вт. Абсолютное значение мощности не было стабильным и сильно зависело от эффективности работы разрядника. При плохой работе разрядника уменьшалась крутизна разрядного тока и разряд в камере локализовался в нескольких местах, что приводило к резкому уменьшению мощности генерации или вообще к ее срыву.
Дальнейшее совершенствование плоской двойной формирующей линии позволит, по-видимому, получить еще более коротковолновое излучение и увеличить мощность генерации на известных переходах. В настоящее время уже разработаны газовые разрядники для линии, коммутирующие токи до 500 кА при напряжении 500 кВ, что обеспечит перевод лазеров на основе таких линий в частотный режим работы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. J.D. Shiрman, jr. Appl. Phys. Letts, 10, 3 (1967).

2. П.Л. Бажулин, И.М. Князев, Г.Г. Петраш. ЖЭТФ, 47, в. 4,1590(1964).

3. R.Т. Ноdgsоn. Phys. Rev. Letts, 25, 494 (1970).

4. R.W. Wауnant, J.D. Shipman, R.C. Elton,A.W. Ali. Appl. Phys. Letts,17, 383 (1970).

5. A. H. Зайдель, E.Я. Шрейдер. Спектроскопия вакуумного ультрафиолета. М., «Наука», 1967, стр. 200.

Конструктор сайтов - uCoz