И.С. Александров, Ю.А. Бабейко, А.А. Бабаев, О.И. Бужинский, Л.А. Васильев, А.В. Ефимов, С.И. Крысанов, Г.Н. Николаев, А.А. Сливицкий, А.В. Соколов, Л.В. Татаринцев, В.С. Терещенков

ПОЛУЧЕНИЕ   ГЕНЕРАЦИИ   НА   ПАРАХ   МЕДИ   В   ПОПЕРЕЧНОМ   РАЗРЯДЕ

К настоящему моменту имеется целый ряд работ, в которых получена генерация на парах меди [1—5]. В большинстве из них исследованы лазеры с продольным разрядом. Однако для получения больших практических КПД и мощностей в лазерах на самоограниченных переходах требуются скорости нарастания импульса тока 10¹⁰—10¹⁴ А/ с. При продольном разряде, когда напряжение прикладывается параллельно оси трубки, даже при трубках длиной 50—60 см и амплитуде напряжения 50—60 кВ с фронтом в единицы наносекунд обеспечивается скорость нарастания тока 10¹⁰ А/с, что, очевидно, недостаточно для получения больших КПД и мощностей на многих самоограниченных переходах. Этих ограничений можно избежать, применяя лазер с поперечным разрядом. К преимуществам лазера с поперечным разрядом можно отнести:
1) получение больших скоростей нарастания тока
2) обеспечение однородного по объему поля в разрядном промежутке
3) отсутствие ряда факторов, ограничивающих длину активной среды
4) возможность создания лазера, работающего в режиме бегущей волны.
С целью исследования способов повышения мощности и КПД в лазерах на парах меди была создана установка с поперечным разрядом. Установка (рис. 1) состояла из генератора электрических импульсов и кюветы.

Рис. 1. Схема установки:
1 — от источника питания
2 — от задающего генератора
3 — тиратрон
4 — генератор с двойной формирующей линией
5 — передающий кабель
6 — электроды разрядного промежутка
7 — брюстеровские окна
8— глухое сферическое зеркало
9 — полупрозрачное плоское зеркало.

Генератор наносекундных импульсов выполнен по схеме Блюмлейна на кабельных линиях [6]. В качестве коммутирующего элемента использовался тиратрон ТГИ-1-1000-25 с воздушным охлаждением. Напряжение на линии могло изменяться в пределах 2 - 4 кВ . Кювета установки содержала плоские электроды, цилиндрические теплозащитные экраны и высоковольтные вводы коаксиальной конструкции. Электроды длиной 25 см располагались горизонтально и изготовлялись из вольфрама, пропитанного медью. Расстояние между ними могло меняться от 0 до 8 см. Медь закладывалась кусочками по поверхности нижнего электрода. Медь испарялась в результате омического нагрева электрода. В корпусе кюветы имелись окна с кварцевыми пластинами, расположенными под углом Брюстера, для вывода излучения. Кювета откачивалась до давления 10^-2 мм рт. ст. и затем заполнялась буферным газом (гелием или неоном) до давления 20—100 мм рт. ст. Оптический резонатор состоял из глухого сферического зеркала (R = 99,5 % для λ = 510,6 нм) и полупрозрачного плоского зеркала (R = 67 % для λ = 510,6 нм). Расстояние между зеркалами составляло 1,5 м. Длительность переднего фронта импульса возбуждения равнялась 20 нс. Полная длительность импульса возбуждения была близка к 100 нс, амплитуда тока — 750 А, амплитуда напряжения на разрядном промежутке — около 3 кВ. Объем активной среды составлял 12 см³ . Регистрация импульса тока осуществлялась с помощью пояса Роговского и осциллографа И2-7. Типичная осциллограмма импульсов возбуждения представлена на рис. 2.

Рис. 2. Типичная осциллограмма тока импульса накачки. Цена деления развертки во времени 50 нс. Цена деления величины тока 300 А.

Температура электродов могла изменяться от 1000—2000°С и определялась пирометром типа ОППИР-017 и вольфрам-рениевыми термопарами с точностью до 5 %.
Импульсы генерации регистрировались с помощью ФЭК-14 и двухлучевого стробоскопического осциллографа С7-7. Средняя мощность генерации измерялась калориметрическим методом приборами КИМ и ИМО-2. На длине волны λ = 510,6 нм при частоте следования импульсов 1 кГц и давлении буферного газа 40 мм рт. ст. была получена средняя мощность генерации 100 мВт при длительности генерации по полувысоте импульса 20 нс. Таким образом, в опытах, не ставивших целью оптимизацию параметров установки, получены удельные характеристики (8 мкДж/см³ ), близкие к наибольшим, зафиксированным к настоящему времени.

1. А.А. Исаев, М.А. Казарян, Г.Г. Петраш. «Краткие сообщения по физике», ФИАН, № 2, 27 (1972).

2. W. Wаltеr. Bull. Amer. Phys. Soc, 12, 90 (1967).

3. Г. Расселл, Н. Нерейм, Т. Пивиротто. Экспресс-информация «Квантовая радиотехника», в. 13, 1973.

4. П.А. Бохан, В.И. Соломонов. «Квантовая электроника», под ред. Н.Г. Басова, № 6 (18), 53 (1973).

5. С.J. Chen, N.М. Nerheim, G.R. Russell. Appl. Phys. Letts, 23, 514 (1973).

6. Г.А. Месяц  Генерирование мощных наносекундных импульсов. М., «Сов. радио», 1974.