Приветствую Вас Гость | Вход
Меню сайта
Главная
Азотный ТЕ лазер
Азотный ТЕА лазер
Азотный ТЕА лазер. Блюмляйн
Азотный ТЕА лазер. Блюмляйн в рулоне
Блок питания
Искровой разрядник
Разрядный резистор
Измерение напряжения
Высоковольтный конденсатор
Лампа-вспышка
Вакуумные насосы
Самодельное зеркало
Научные публикации
Литература
Обратная связь
Видеоролики
Лазер на воздухе 1
Лазер на воздухе 2
Лазер на воздухе 3
Лазер на воздухе 4
ТЕА лазер на воздухе
ТЕА лазер на воздухе. Блюмляйн
Насос " ДРОЧУН "
Насос из шприца
Мембранный насос
Насос " Z 1,2 BW "
Насос фирмы " ТАКО "
Вход на сайт
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Самодельный лазер

В. С. Антонов, И. Н. Князев, В. Г. Мовшев

 

 

ВОДОРОДНЫЙ   ЛАЗЕР   ВАКУУМНОГО   УЛЬТРАФИОЛЕТА  В  РЕЖИМЕ   ЧАСТЫХ   ПОВТОРЕНИЙ   ИМПУЛЬСОВ   ИЗЛУЧЕНИЯ

 

 

Для возбуждения водородного лазера вакуумного ультрафиолета (ВУФ) в газовом разряде в настоящее время используются системы с коммутаторами на твердом диэлектрике [1—3]. Относительно большой интервал времени, необходимый для замены диэлектрической пленки в коммутаторах такого типа, ограничивает среднюю мощность генерации до величины в несколько микроватт при частоте повторений не выше 10-1—10-2 Гц. Практически для многих применений, особенно в области лазерной фотохимии ВУФ, требуется более высокий уровень средней мощности при высокой частоте повторений. Переход к режиму частых повторений в данном случае затруднен в связи с необходимостью обеспечения эффективного ввода энергии накачки в активную среду за время около 1 нс.
В настоящей работе сообщается о генерации водородного лазера в режиме частых повторений вспышек на группе линий в области 161 нм при средней мощности генерации до 0,4 мВт.
Режим частых повторений достигнут при возбуждении сверхузкого плоского волноводного канала лазера сечением 0,006 х 1 см и длиной 30 см [3] в накопительной линии с разрядником на сжатом элегазе (SF6) (рис. 1).

 

 

 

Схема лазера

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Схема экспериментальной установки:
1 — плоский волноводный лазерный канал объемом 0,006 х 1х 30 см
2 — буферный объем с окнами из LiF, наполненный водородом при давлении 1 атм
3 — вакуумный термостолбик
4 — газовый разрядник
5 — окошко и линза из LiF
6 — патрубки связи с системой откачки и наполнения газом
7 — входная щель спектрографа
8 — пластины линии, заряженные противоположным по знаку напряжением ±V/2.

 

 

 

Средняя мощность генерации измерялась с помощью вакуумного термостолбика, калиброванного по банд-лампе в непрерывном и импульсном режимах. Для устранения пробоев термостолбик отделялся от лазерного объема промежутком, наполненным водородом при давлении 1 атм. Спектр генерации регистрировался с помощью спектрографа ВМС-1 во втором порядке решетки с 1200 штрих/мм. Одновременно по спектрам, получаемым в первом порядке решетки, контролировалось отсутствие ультрафиолетовой генерации на примеси молекулярного азота. Измеренное время коммутации разрядника при давлении элегаза 9 атм в режиме самопробоя составляло 1 нс. Средняя частота повторений определялась с помощью счетчика импульсов и регулировалась путем изменения напряжения линии и зарядного сопротивления.
Средняя мощность генерации водородного лазера возрастает при увеличении напряжения и уменьшении давления газа и линейно увеличивается с ростом частоты повторений (рис. 2).

 

 

Зависимость мощности лазера от давления водорода и частоты импульсов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Зависимость средней мощности генерации от давления Н2 (а) и частоты повторения f (б):
а) 1— V = 65 кВ; 2— 55 кВ; 3— 45 кВ; 4— 35 кВ; частота повторения f = 20 Гц
б) р = 0,1 атм, V = 50 кВ.

 

 

При давлениях, меньших 0,05 атм, измерения не проводились из-за пробоев на вакуумную систему. Мощность генерации падает при увеличении толщины изоляции линии. Уменьшение длины накопительного участка линии начинает сказываться при L ≤ 8 см (рис. 3).

 

 

 

Зависимость мощности лазера от толщины изоляции линии и длины накопительного элемента

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Зависимость средней мощности генерации Н2 от толщины изоляции линии (а) и длины накопительного элемента (б). Давление 0,1 атм, напряжение 45 кВ, частота повторения f = 20 Гц.

 

 

В спектре генерации наблюдаются линии РЗ и Р1 наиболее сильных полос системы Лаймана молекулярного водорода (рис. 4).

 

 

 

 

Микрофотограмма спектра генерации водородного лазера

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. Микрофотограмма спектра генерации водородного лазера в режиме частых повторений импульсов (V = 30 кВ, f = 20 Гц).

 

 

Лазерные переходы молекулярного азота в области 337,1 нм в спектрах отсутствуют. Максимальная мощность генерации составляет 0,4 мВт при средней частоте повторений 45 Гц и КПД около 0,03 %. Аналогичные параметры имеет лазер на молекулярном дейтерии.
Уменьшение мощности генерации при увеличении давления связано с уменьшением приведенного поля Е/р и с соответствующим снижением параметра <σν>, определяющего скорость возбуждения рабочих уровней. При фиксированном Е/р, по-видимому, оптимальным является давление около 0,1 атм. При более высоком давлении вероятность молекулярного тушения возбужденных электронных состояний становится сравнимой с вероятностью радиационного распада (эффективное сечение молекулярного тушения по порядку величины, по-видимому, равно газокинетическому [4] (Примечание: тушением можно пренебречь при длительности импульса генерации меньше столкновительного времени жизни верхних электронных состояний [3, 5]). Область высоких давлений нежелательна также еще но одной причине. Интервал времени t, в течение которого в разрядном промежутке существует высокое электрическое поле, обратно пропорционален давлению газа. В течение этого интервала времени в разряде поддерживается высокая величина средней энергии электронов и осуществляется эффективное возбуждение лазерных состояний. В области высоких давлений интервал t становится меньше длительности лазерного импульса и эффективность возбуждения лазерных состояний падает.
Из рис. 3, б следует, что эффективная длительность лазерного импульса составляет около 0,5 нс. Соответствующая пиковая мощность лазера равна 20 кВт. Для системы с газовым разрядником энергия лазерного импульса примерно на порядок меньше, чем с использованием разрядника с твердым диэлектриком. Это связано с двумя факторами. Фронт импульса напряжения на кювете при использовании газового разрядника имеет большую длительность, что эквивалентно значительному снижению эффективного поля в разрядном промежутке. Кроме того, газовый разрядник имеет более высокое сопротивление, что приводит к резкому снижению плотности тока в лазерной кювете, к уменьшению коэффициента усиления, а в конечном итоге — к снижению лазерной энергии.
Энергетические характеристики лазера могут быть существенно улучшены за счет увеличения напряжения зарядки линии, объема лазерной кюветы, а также уменьшения волнового сопротивления линии и разрядника. Наибольшие возможности связаны с увеличением частоты повторений. Дезактивация нижних рабочих уровней происходит за счет диффузии на стенки за весьма короткое время tд = (h/π)2 /D) ≈ 3*10-7 с (h = 5* 10-3 см для данной кюветы; D ≈ 10 см2/с при давлении 0,1 атм). Реально достижимая частота повторений в системах без прокачки газа ограничивается скоростью поверхностной рекомбинации атомов водорода, образующихся в результате диссоциации молекул. Соответствующее время рекомбинации равно tр γ ≈ 10-4 (γ = 10-2 — вероятность рекомбинации атома водорода при столкновении со стенкой стеклянной кюветы), а максимальная частота повторения fmax≈ 10 кГц. При частоте повторений 1 кГц в усовершенствованных лазерных системах, по-видимому, достижима средняя мощность до 0,1 Вт. Относительно малая величина энергии ~ 1 Дж, коммутируемой в импульсе, облегчает создание разрядников с требуемыми параметрами.

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

 

1  R.W. Wауnant, J.D. Shiрman, R.С. Eltоn, A.W. Ali. Appl. Pfiys, Letts,  17, 383 (1970).

2  R.T. Hodgson. Phys. Rev. Litts, 25, 494 (1970).

3   В.С. Аптонов, И.H. Князев, В.С. Летохов. «Письма в ЖЭТФ», 17,  545 (1973).

4  Е.Н. Fink, D.L. Akins, С.В. Moore. J. Chem. Phys., 56, 900 (1972).

5  И.Н. Князев. ЖЭТФ, 61, 72 (1971).

Конструктор сайтов - uCoz