В.Ф. Тарасенко, Ю.А. Курбатов, Ю.И. Бычков

ИМПУЛЬСНЫЙ   ОКГ   НА   АЗОТЕ  С   ДЛИНОЙ   ВОЛНЫ  ИЗЛУЧЕНИЯ   3371

ОКГ на азоте с длиной волны 3371 Ǻ относятся к лазерам на самоограниченных переходах [1—4]. В силу того, что нижний уровень метастабильный, генерация имеет место только в импульсном режиме, с длительностью импульса ~ 10 нсек. Для получения большой мощности излучения к системе питания предъявляются серьезные требования, заключающиеся в следующем: малое время нарастания импульса тока (менее ~ 10  нсек), большая амплитуда тока, малое волновое сопротивление контура.
Для удовлетворения указанным требованиям в работах [2, 3] лазерная камера с поперечным разрядом питается от полосковых линий, диэлектриком в которых служит майларовая пленка, а в качестве коммутатора используются несколько параллельно включенных искровых разрядников на твердом теле. Такие конструкции очень сложны и имеют большие габариты.
В настоящей работе проведены исследования ОКГ на N₂, система питания которого собрана на керамических конденсаторах, а коммутатором служат искровые газовые разрядники. Принципиальная конструкция лазерной камеры и накопительного элемента представлены на рис. 1.

Рис. 1. Конструкция лазерной камеры и накопительного элемента.

Накопительный элемент включает 12 конденсаторов 1 типа К15-4, которые расположены по 6 штук с двух сторон разрядной камеры 2. Нижняя пластина 3 является потенциальной. Она служит общей шиной для всех конденсаторов и одновременно является электродом в лазерной камере. Верхняя пластина 4 находится под потенциалом земли.
Все конденсаторы необходимо заряжать от импульсного источника за время, равное времени запаздывания разряда в лазерной камере. Разряжаются конденсаторы через плазму в камере. Номинальное напряжение равно 30 кВ, суммарная емкость 12 конденсаторов 6 000 пф, сопротивление разрядного контура 47 Ом. Ток с максимальной амплитудой ~ 60 кА протекает через камеру, активная длина которой 15 см.
Поскольку импульсная зарядка емкости большой величины за малые времена представляет сложную техническую задачу и трудности возрастают тем больше, чем за более короткое время требуется произвести зарядку, то необходимо было выяснить время запаздывания в лазерной камере. Как оказалось, время запаздывания составляет 30—50 нсек. За такое время накопительные конденсаторы можно зарядить до номинального напряжения через несколько искровых разрядников, расположенных вдоль лазерной камеры, от конденсаторной батареи с малым волновым сопротивлением. Принцип работы схемы питания лазера ясен из рис. 2.

Рис. 2. Схема питания лазерной камеры

Каждый из 12 конденсаторов С₂, составляющих батарею, имеет емкость 1 нФ и номинальное напряжение 40 кВ. Конденсаторы расположены вдоль лазерной камеры Л с накопительной емкостью C₁. Через 4 трехэлектродных искровых разрядника Р, включенных параллельно, конденсатор С₂ разряжается на емкость C₁ и заряжает последнюю до напряжения 25—33 кВ за время 20—30 нсек.
На описанной установке были проведены исследования мощности излучения в зависимости от давления в камере и величины приложенного напряжения. Камера имела длину 150 мм, высоту (расстояние между электродами) 24 мм, ширину 6 мм. Осциллограммы импульса напряжения на электродах и импульсы излучения представлены на рис. 3.

Рис. 3. Осциллограммы импульса напряжения на накопительном элементе (а) и импульса излучения (б). Период дискретной градуировки 10 нсек.

На рис. 4 показана зависимость мощности излучения от давления азота в камере и от приложенного напряжения. Мощность излучения измерялась с помощью калиброванного фотодиода ФЭК 09.

Рис. 4. Зависимость мощности излучения от давления при различных напряжениях U на разрядном промежутке.

С одной стороны камеры устанавливалось зеркало. При работе без зеркала форма светового импульса сохранялась, а его амплитуда была в 3 раза меньше.
Экспериментами установлено, что плазма разряда не является согласованной нагрузкой, ее активное сопротивление остается меньше волнового сопротивления контура, поэтому в газ перелается только часть энергии от накопительного элемента. Для лучшего согласования необходимо увеличивать сопротивление плазмы. Было замечено, что активное сопротивление плазмы возрастает с увеличением давления, однако согласно рис. 4 мощность имеет максимальное значение только при определенном давлении. Второй путь увеличения сопротивления плазмы — это уменьшение ширины разрядной камеры.
Описанная конструкция системы питания лазера на N₂ имеет низкое волновое сопротивление, допускает применение лазерной камеры длиной более 1 м и дает возможность работать в режиме бегущей волны. Принципиальная схема позволит изготовить лазер мощностью 0,1—1 МВт, который будет иметь ряд преимуществ по сравнению с лазерами, описанными в [1—4].

ЛИТЕРАТУРА

1. Leonard D.A. Laser Focus, 1967, № 3, p. 3.

2. Shipman J. D. IEEE J. Quantum Electronics, 1966, vol. QE-2, p. 8.

3. Shipman J.D., Jr. Appl. Phys. Letts, 1967, vol. 10, p. 1.

4. Geller M., Altman D.E., De Temple T.A. Appl. Optics, 1968, vol. 7, p. 11.