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

МОЩНЫЙ   АЗОТНЫЙ   ЛАЗЕР

Для получения излучения на переходах второй положительной системы азота с длиной волны 337,1 нм требуются наносекундные генераторы, имеющие малое волновое сопротивление и формирующие импульсы напряжения в несколько десятков киловольт. В работах [1—3] описаны азотные лазеры, имеющие мощность в единицы МВт. Системы питания этих лазеров, собраны на полосковых линиях, диэлектриком в которых служат пленки с малой диэлектрической проницаемостью и высокой электрической плотностью (майларовые пленки и др.). Нами был сконструирован азотный лазер, в котором система питания собрана на керамике с высокой диэлектрической проницаемостью [4], что позволило упростить конструкцию установки. Электрическая схема, подобная описанной в работе [5], приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема питания азотного лазера.

От источника постоянного напряжения заряжаются емкости четырех полосковых линий С₁, С₂, С₃, С₄. Емкость С₅ заряжается через разделительное сопротивление R₂. После срабатывания разрядника Р₂ (от синхроимпульса или на самопробое), емкость С₅ разряжается на 10 параллель­но включенных кабелей р, от которых с точностью до ± 1 нс запускаются 10 разрядников Р₁. После срабатывания Р₁ полосковые линии С₂, С₄ начинают перезаряжаться через Р₁ и L. Величина индуктивности L подбирается экспериментально таким образом, чтобы пробой рабочего газа происходил при максимальном напряжении на лазерной камере.
На рис. 2 приведена конструкция лазера, на рис. 3—десятиканального коммутатора.

Рис. 2. Конструкция азотного лазера:
1 — конденсаторы полосковых линий, каждая из которых состоит из 80 конденсаторов К15-4 (470 пФ, 30 кВ), расположенных в два ряда
2 — электроды
3 — индуктивности, изготовленные из медной проволоки диаметром 1 мм
4 — воздушный разрядник типа тригатрон
5 — металлический корпус
6 — ввод для запуска разрядника 4 от десятиканального коммутатора.

Рис. 3. Десятиканальный разрядник:
1 — конденсатор К15-4 (2200 пФ, 30 кВ)
2— выводы для запуска десяти тригатронов
3 — металлический корпус
4 — ввод постоянного высокого напряжения
5 — ввод синхроимпульса
6 — разрядный промежуток.

Коммутатор работал при давлении 5 атм. Активная длина лазерной камеры 104 см, ширина электродов 3 мм, межэлектродное расстояние 22 мм. Конструктивно лазерная камера выполнена таким образом, что боковые стенки из диэлектрика удалены от электродов. Это обеспечило равномерный разряд в области между электродами и, соответственно, равномерное распределение мощности излучения по площади выходного луча. В противном случае максимальная плотность излучения находилась бы у боковых стенок. Расположение конденсаторов, показанное на рис. 2, является оптимальным для данной конструкции. Волновое сопротивление разрядного контура составляло 0,1 Ом, зарядное напряжение равнялось 15 кВ. Применение брусков из той же керамики вместо конденсаторов позволит снизить волновое сопротивление системы питания и увеличить мощность излучения. Следует отметить, что настройка тригатронных разрядников производилась очень тщательно, так как последние должны срабатывать с точностью ~ 1 нс.
В данной конструкции можно получить бегущую волну возбуждения за счет определенного подбора величины емкости конденсаторов, образующих полосковые линии.
Вывод излучения осуществлялся через кварцевое стекло, с противоположной стороны лазерной камеры было установлено алюминиевое зеркало. На длине волны 337,1 нм получена мощность излучения 2,1 МВт при длительности светового импульса на полувысоте 5 нс и энергии в импульсе 0,011 Дж. Измерения проводились измерителем мощности ИМО-2 и вакуумным фотодиодом ФЭК-9, сигнал с которого подавался на измеритель временных интервалов И2-7. Оптимальное давление азота составляло 30 мм рт. ст. Наблюдалась некоторая нестабильность формы импульса излучения, что, видимо, связано с неодновременным пробоем рабочего газа по всей длине лазерной камеры.
В заключение следует отметить компактность данного лазера — габариты без источника постоянного высокого напряжения были 120 х 30 х 10 см³.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. J.D. Shipman. Appl. Phys. Letts, 10, № 1, 3 (1967).

2. M. Geller, D.E. Altman, Т.A. De Temple. Appl. Optics, 7, № 11, 2232  (1968).

3. D. Вasting, F.P. Schafer, B. Steyer. Opto-Electronics, 4, № 4, 43  (1972).

4. В.Ф. Tapасeнко, Ю.А. Курбатов, Ю.И. Бычков. «Квантовая электроника», под ред. Н.Г. Басова, № 2 (8), 84 (1972).

5. В.Ф. Тарасенко, Ю.И. Бычков. «Приборы и техника эксперимента», №. 1, 183 (1973).