Г.Б. Бубякин, Ю.М. Васьковский, Н.Н. Воробьева, В.К. Орлов, Р.Е. Ровинский, А.К. Седов

ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЙ   ЛАЗЕР   НА   ДВУОКИСИ   УГЛЕРОДА   С ПРЕДИОНИЗАЦИЕЙ   РАБОЧЕГО   ОБЪЕМА ВСПОМОГАТЕЛЬНЫМИ   ИСКРОВЫМИ   РАЗРЯДАМИ

В последнее время появились сообщения о создании лазеров с поперечным разрядом в смесях СО₂ с азотом и гелием при атмосферном давлении, в которых предварительная ионизация рабочего газа осуществляется с помощью вспомогательных искровых разрядов [1—3]. Предполагается, что механизмом предварительной ионизации в этих случаях служит процесс фотоионизации газа излучением искрового разряда. Принципиальная возможность фотоионизации подтверждается экспериментами с использованием излучения импульсных ламп для предварительной ионизации рабочего газа [4]. В таких ОКГ получены высокие удельные энергосъемы выходного излучения, достигающие 50 Дж/л при вкладываемой энергии до 500 Дж/л.
Нами создана лабораторная установка, схема которой представлена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема СО₂ -лазера со вспомогательными искровыми разрядами:
С₁ — емкость одного плеча батареи, 0,14 мкФ
С₂ — развязывающие емкости на вспомогательных разрядниках, 470 пФ каждая
Р — газонаполненный управляемый разрядник.

Основной разрядный промежуток образуется между двумя плоскими полированными электродами. Рабочий объем разрядного промежутка 0,4 л. Основные электроды крепятся в плексигласовом каркасе, с боковых сторон которого располагаются парные игольчатые электроды. Развязка искровых промежутков, образуемых игольчатыми электродами, обеспечивается конденсаторами С₂ емкостью 470 пФ каждый. Каркас с электродами помещен в герметичную кювету из оргстекла, внутрь которой после откачки воздуха напускается рабочая смесь газов при давлениях от нескольких сот до 760 мм рт. ст. В торцах кюветы установлены внутренние зеркала, образующие оптический резонатор. «Глухое» зеркало имело радиус 15 м. Плоское выходное зеркало изготовлено из плоскопараллельной полированной германиевой пластины.
Питание лазера осуществляется от «быстрой» батареи малоиндуктивных конденсаторов, вмонтированных в формирующую линию. Зарядка батареи до 40 кВ производится от высоковольтного выпрямителя, а коммутация осуществляется управляемым газонаполненным разрядником высокого давления.
Наблюдавшееся пятно генерации имело прямоугольную форму и по своим размерам совпадало с размерами разрядного промежутка. След пятна на термобумаге показан на рис. 2.

Рис. 2. Пятно на термобумаге от выходного излучения.

Наибольшая выходная энергия (9 Дж) получена при составе смеси CО₂ : N₂ : Не = 1 : 1 : 2 и полном давлении ~ 600 мм рт. ст. Это соответствует удельному энергосъему более 20 Дж/л. Длительность импульса генерации порядка 100 нс. При добавлении к смеси газов небольшого количества паров легкоионизуемой органики, в частности, ксилола, наблюдалось некоторое улучшение равномерности разряда по сечению и повышение его устойчивости. Заметного увеличения выходной энергии излучения при этом не обнаружено.

1. Н. Sеguin, J. Тulip. Appl. Phys. Letts, 21, № 9, 414 (1972).

2. O. Judd. Appl. Phys. Letts, 22, № 3, 95 (1973).

3. M. Richardson et al. IEEE J. Quantum Electronics, QE-9, № 2, 236   (1973).

4. A. Javan, J. Levine. IEEE J. Quantum Electronics, QE-8, № 11, 827  (1972).