А.И. Федоров, В.П. Сергеенко, В.Ф. Тарасенко

УСТАНОВКА   ДЛЯ   ИССЛЕДОВАНИЯ   ГЕНЕРАЦИИ   НА   ПАРАХ   МЕТАЛЛОВ  С   ИМПУЛЬСНЫМ   СОЗДАНИЕМ   ПАРОВ

В последнее время возрос интерес к лазерам на парах металлов с импульсным созданием паров [1—3]. В этом случае возможно увеличение концентрации рабочего вещества до ~ 10¹⁹ см^-3 и использование источников возбуждения с малой индуктивностью разрядного контура. В данной работе описывается установка для исследования стимулированного излучения на парах металлов при импульсном создании паров и приводятся результаты по исследованию генерации на парах меди.
Конструкция установки приведена на рис. 1. Максимальная длина активной области составляла 20 см, межэлектродный зазор мог изменяться от 0,5 до 4 см, ширина электродов от 0,1 до 1 см. Использовался внешний резонатор из зеркал с диэлектрическим покрытием. Синхронный запуск разрядников 4 и 6 осуществлялся с помощью блока управления.

Рис. 1. Конструкция установки:
1 — металлический корпус
2 — металлические проводники
3 — проходной изолятор генератора паров
4 — управляемый разрядник
5 — накопительный элемент генератора паров
6 — разрядник типа тригатрон
7 — изолятор
8,9 — керамические конденсаторы
10 — лазерный промежуток.

Эксперименты можно было проводить как в буферном газе при давлении до 5 атм, так и в вакууме при остаточном давлении до 10^-5 мм рт. ст. Генератор возбуждения собирался на керамических конденсаторах 8, 9 с высокой диэлектрической проницаемостью [4], что позволяло иметь на лазерном промежутке напряжение от 2 до 20 кВ при величине емкости 9 от 4 до 22 нФ. Металлические проводники располагались на оптической оси резонатора или параллельно ей (во втором случае напыление металла на выходные окна практически не наблюдалось).
При испытаниях установки была получена генерация на парах меди (λ = 510,6 и 578,2 нм). Пары создавались за счет электрического взрыва медного проводника массой до 0,03 г при остаточном давлении (1—2)* 10^-5 мм рт. ст. Режим взрыва проводника описан в [3], энергия, затрачиваемая на создание паров, равнялась 200 Дж. Через 15 мкм после начала пропускания тока через проводник наблюдался импульс света длительностью ~ 15 мкс (время разряда емкости 5 составляло 40 мкс). Стимулированное излучение наблюдалось при задержке t_З между срабатыванием разрядников 4 и 6 более 30 мкс.
В [3] было найдено, что при взрыве проводника, установленного на оптической оси резонатора, излучение имеет форму кольца, что связано с неравномерным заполнением парами лазерного промежутка. Смещение проводника относительно оптической оси резонатора на 1—2 см позволило увеличить мощность стимулированного излучения более чем в два раза, а удельные характеристики — на порядок, при этом выходное излучение имело форму разрядного промежутка.
На рис. 2, а приведена зависимость мощности излучения от t₃, проводник расположен на расстоянии 1 см от оси резонатора (кривая 1). Для сравнения приведена зависимость с проводником на оси резонатора (кривая 2).

Рис. 2. Зависимость мощности излучения от t₃ (а) (напряжение на промежутке U = 9 кВ, величина емкости 9 С = 12,6 нФ) и межэлектродного задора D (б) (С = 20 нФ, U = 9 кВ).

Здесь и далее приводятся суммарные энергия и мощность излучения на λ = 510,6 и 578,2 нм. Видно, что интервал задержек, при которых удается получать стимулированное излучение, также увеличивается (до 120 мкс). Это в принципе позволяет накладывать на однократно полученные пары несколько импульсов возбуждения.
На рис. 2, б представлена зависимость мощности излучения от межэлектродного зазора при ширине электродов Н = 1 мм, начальном напряжении на промежутке 7 кВ и t₃ = 80 мкс. Видно, что имеется оптимальный межэлектродный зазор. Аналогичные результаты были получены нами в [5] при исследовании характеристик N₂- лазера. Увеличение ширины электродов приводило к увеличению полной мощности излучения, но при этом удельные характеристики снижались, что связано с увеличением рабочего объема и уменьшением плотности накачки.
В таблице приведены основные характеристики излучения при С = 20 нФ, U = 7 кВ, t₃ = 80 мкс, ширине электродов 0,1 см и длительности импульса генерации t = 20 нс.

Для межэлектродного зазора 5 мм были получены удельная мощность излучения 32 кВт/см³ и удельная энергия 0,64 мДж/см³, что в 1,5 превышает результаты, полученные в [2]. При этом энергия, затрачиваемая на получение паров, была на порядок меньше, чем в [1, 2].
Невысокие КПД, полученные при поперечном возбуждении на данной установке (до 0,4 % [3]) и в работах [1, 2], указывают на неоптимальные условия возбуждения и необходимость улучшения чистоты и однородности паров. В заключение следует отметить, что подобные установки позволяют получить минимальную паразитную индуктивность разрядного контура, так как температура электродов и изолятора лазерной камеры при импульсном создании паров практически не изменяется.

1. J.F. Asmus, N.K. Moncur. Appl. Phys. Letts, 13, 384 (1972).

2. И.M. Исаков, А.Г. Леонов. «Письма в ЖТФ», 2, 865 (1976).

3. А.И. Федоров, В.П. Сергеенко, В.Ф. Тарасенко, В.С. Седой. «Известия ВУЗов. Сер. Физика», № 2, 136 (1977).

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

5. В.Ф. Тарасенко, А.И. Федоров, В.Ф. Лосев. «Квантовая электроника», 1, 200 (1974).