М.А. Алаев, А.И. Баранов, Н.М. Верещагин, И.Н. Гнедин, Ю.П. Жеребцов, В.Ф. Москаленко, Ю.М. Цуканов

ЛАЗЕР   НА   ПАРАХ   МЕДИ   С   ЧАСТОТОЙ   ПОВТОРЕНИЯ  ИМПУЛЬСОВ   ИЗЛУЧЕНИЯ   100 кГц

В последние годы достигнуты значительные успехи в создании лазеров на парах меди [1]. Определенный интерес представляют лазеры, работающие с большой частотой повторения импульсов. Такие лазеры могут найти применение, например, для записи информации в вычислительной технике, для лучевого фрезерования с большой производительностью тонкопленочных изделий в микроэлектронике. До сих пор была реализована частота повторения 20 кГц [1, 2], однако косвенно показана принципиальная возможность достижения частоты повторения 100 кГц [3—5].
В данном сообщении приводятся результаты исследования генерации в парах меди с частотой повторения 20—100 кГц. Исследования проводились с активным элементом, конструкция которого аналогична описанной в работе [1] с той лишь разницей, что в качестве разрядного капилляра использовалась керамическая трубка из окиси бериллия длиной 500 мм с внутренним диаметром 7 мм (объем 19 см³). Рабочая температура трубок 1500° С достигалась за счет разогрева теплом, выделяемым разрядом в буферном газе [1], в качестве которого использовался неон при давлении 10—15 мм рт. ст. Резона­тор лазера был образован сферическим зеркалом с коэффициентом отражения 99,9 % на линии с длиной волны 510 нм и плоской кварцевой пластинкой.
Схема возбуждения (рисунок) аналогична описанной в работе [4], но в качестве коммутаторов были использованы два таситрона с водяным охлаждением, запускаемые попеременно. Основным достоинством этой схемы является то, что коммутаторы исключены из цепи разряда конденсаторов на активный элемент. Применение таситронов вместо традиционных тиратронов позволило резко поднять верхнюю границу частот повторения без существенного уменьшения номинальных величин рабочего напряжения и тока, которые составляют 11—12 кВ и 100—200 А при длительности импульса тока 20—50 нс.
Средняя мощность генерации измерялась образцовым измерителем мощности ИМО-2. Частота повторения и длительность импульсов генерации определялись по осциллографу С1-11, электрический сигнал на который поступал с фотоприемника ФЭК-14. Длительность импульсов тока измерялась с помощью осциллографа С1-8.

Рис. 1. Принципиальная схема возбуждения лазера:
1 — зарядные диоды
2 — зарядный дроссель
3 — электроды
4 — навеска меди
5 — теплоизоляция
6 — зарядные конденсаторы
7 — таситроны
8 — калиброванные индуктивности перезаряда.

В течение всех экспериментов рабочая температура разрядного канала поддерживалась приблизительно постоянной, что обеспечивало примерно равные условия генерации по давлению паров меди на всех частотах повторения импульсов возбуждения. При этом приходилось уменьшать величину разрядной емкости и толщину теплозащитного слоя с увеличением частоты повторения импульсов.
В описанных условиях эксперимента получена генерация на переходах меди с частотами повторения 20, 50 и 100 кГц. Основные результаты приведены в таблице.

Как видно из таблицы, объемная плотность импульсной мощности на частоте повторения 20 кГц примерно соответствует достигнутой в работе [1] на частоте повторения 15—18 кГц. Однако с ростом частоты повторения объемная плотность импульсной мощности, а также средняя и импульсная мощности генерации падают.
Экстремальная зависимость средней мощности от частоты повторения отмечалась еще в работе [1], где при изменении частоты повторения до 20 кГц наибольшая средняя мощность получена в трубке объемом 35 см³ при частотах повторения 18 кГц, а в трубке объемом 125 см³ при частотах повторения 15 и 18 кГц, и при напряжении соответственно 21 и 19 кВ. Резкое падение импульсной мощности в наших условиях эксперимента можно объяснить несколькими причинами, главными из которых, на наш взгляд, являются три.
Во-первых, как уже указывалось, с ростом частоты повторения приходилось уменьшать зарядную емкость, а следовательно, и энергию накачки, чтобы сохранить постоянными рабочую температуру и давление меди в режиме саморазогрева. Во-вторых, с ростом частоты повторения может увеличиваться концентрация метастабильных атомов меди [4—5], что также должно приводить к уменьшению мощности генерации, особенно на частоте повторения свыше 50 кГц. В-третьих, условия генерации не являлись оптимальными, в частности, не были оптимизированы давление и род буферного газа, электрические режимы возбуждения, тепловые режимы и др.
В заключение следует отметить, что даже частичное устранение некоторых из указанных причин позволяет рассчитывать на значительное увеличение импульсной и средней мощностей генерации на частотах повторения 50—100 кГц.

1. А.А. Исаев, М.А. Казарян, Г.Г. Петраш. «Письма в ЖЭТФ», 16, 40  (1972).

2. П.А. Бохан, В.Н. Николаев, В.И. Соломонов. «Квантовая электроника», 2, 159 (1975).

3. А.А. Исаев, М.А. Казарян, Г.Г. Петраш. «Краткие сообщения по  физике», №2 (1973) .

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

5. С.М. Ferrаr. IEEE J. Quantum Electronics, QE-10, 655 (1974).