И зпГ)р(м «MiMf (j l iini-итг я к oOjiacTvi г.паитоноГ .vnf KT ролики и может приме- ипться п .пляерах па переходах не ,
Целью изобретения япляется упели- чение длительности инерции вплоть до иепрсрыг)ного режима, повьппение КПД и умемы шние расходимости иялуче- и и я,
Ид чертеже изображена схема ос- нопных столкиопитальиых процессов, определяющих пронесс накачки, когда в качестве тушащего инертно1 О газа используется Кг и.гш Лг (штрихами указаны пажнеГимие паразитные процессы) .
На схеме: i.g ионизирующие частицы и медлепш к- (пторичпые) электроны; (g - CKfipofTb рождения электрон- ионных пар; k - константа скорости перезарядки Пе. на не.он; ot, Ht константы скорости трехчастичной рекомбинации Het, с участием двух медленных электроио н ипя электрона и атома гелия; h и, djt энергия и сечение лазерного перехода; Osp скорость спонтанного распада иерхиего лазерного уровня; к , k - константы скорости тушения аерхнего лазерного уровня неоном и электронами соответственно, k - константа скорости тушения нижнего лазерного уровня частицами с нижним потенциалом ионизации.
Таким o6iia U)M, верхний лазерный уровень - Зр гти Зр состояние неона заселяется п результате диссоцнативмоной рекомби {ал.чи сильнпсвязанного лекулярног о иопл Ne п , Нижний лазерный уровень - 3s или Зз является резонансным (разрешен оптический переход в основное состояние), что позволяет быстро и селективно ( -т- в 10 раз быстрее, чем верхний лазерный уровень) расселить его в процессе столкновения с частицей, нотенциал ионизации которой меньше энергии этого резонансного уровня.
Использование плотности активной
/ - Ч
среды большей, чем 0 см , и потока ионизируюпиг/с частиц позволяет возбуждать Зр - состояния неона за счет диссоциативной рск омОинации молекулярного иона 1 отличие от прямого возбу кдс ння :1лс-кт)онным ударом из ос- нопног о состояния атома. Чрезвычай- 410 при плотности
резкое увено с% 1цестт«м ио .
I - 3
более 10 гм кг оигколит
личсч ие эффективности заселения двух Зр - уровней, которые являются верхними лазерн,1ми. При низком давлении
десять Зр - уровней заселяются при диссоциативной рекомбинации Не прибпиз Ительно одинаково, а при высоком - до 70% знергии попадает на сос- тояпие Зр /2 (геттерация на Я
0 5852,5Л) и до 30% - на состояние Зр 3/2 (генерация на А 7032 X). Это обстоятельство позволяет резко повысить КПД лазора.
Минимальная концентрация ryi jauie5 го газа инертного газа оп- редепяется условием, что нижний лазерный уровень опустошается быстрее, чем заселяется за счет спонтанного излучения. Поскольку частота спон
таннлх переходов V 7 10 с , а
константа
X
Sf
дезактиватсии k
-f -.
2 X
X
10
Vc, то , /kp3.x , Обнаружено, что при оптимальной концентрации тушащего инерт-,
5 ного газа происходит эффечтивна я дезактивация нижнего лазерного уровня, а верхнее рабочее состояние опустошается относительно медленно, что и позволило получить
0 кваз;1непрерывн1-1й .режим генерации практически без снижения КПД, Кроме того,, тяжелые инертные газы при соответствующей концентрации слабо влияют на цепь ионно-молекулярных ре5 акций, приводящих к заселению верхнего лазерного уровня.
Минимальная плотность активной
(и - 3
среды 1-10 см установлена экспериментально и определяется следую0 щими факторами: необходимостью эффек- ТИВНС1ГО торможения ионизирующих частиц; условием, что концентрация Не существенно превосходит концентрации рабочего и особенно тушащего газа,
5 поскольку ионизация тушителя уменьшает КПД, а торможение быстрых частиц Q Кг, например происходит в 20 раз быстрее, чем в Не; необходимостью колебательной релаксации моле-.
50
кулярных ионов Ne
2 и охлаждения
электронов, участвующих в диссоциативной рекомбинации, что и обеспечивает увеличение Селективности накачки. Использование двойных смесей, gg без Не, невыгодно, поскольку при возбуждении Ne, кроме ионизации, эффективно заселяются резонансные состояния, которые являются нижними лазерными ,
тун1еиием вторичными электронами перх него лазерного уровня в реакциях ти К
па Ne (Зр) + eg- Ne(3s) -t- е и составляет i 15 кВт/см для А 5852,5 Л и 80 кВт/см для Л 7245 А (для этого перехода k(несколько меньгае), Эти величины подтверждены также экспериментально.
Пример 1 . Способ реализован на установке, содержащей рабочую камеру с накачиваемым объемом 15л (10x10x150 см). На торцах камеры укреплены плоские диэлектрические зеркала диаметром 5см: глухое с коэффициентом отражения 99,9% и выходное с коэффициентом отражения 75%, таким образом оптический объем составлял - 4л. Система напуска рабочей смеси и ее откачки обеспечивала остаточное давление 0,01 Тор, Возбуждение активной среды осуществлялось электронным пучком от ускорителя с холодным-катодом, пучок вводился в рабочую камеру через разделительную фольгу толщиной 50 мкм. Энергия быстрых электронов оставляла - 200 кэВ длительность импульса - 0,5 - 1 мкс плотность тока пуска варьировалась в интервале 0,2-5 А/см ,
При накачке электронным пучком с плотностью тока 0,8 А/см длительностью 0,5 МКС смеси He:Ne:Kr 30:2:1 суммарной концентрации 1,2 амага бьша получена генерация на длине волны 5852,5 А. При удельной мощности накачки 1,5 кВт/см удельная мощность генерации составляла 8 Вт/см (полная мощность генерации 30 кВт). Таким образом при мощности накачки 1,5 кВт/см и объемной концентрации тушителя Кг Т 3% КПД лазера составил о 0,6%
П р и м е р 2. Экспериментальная установка и рабочая смесь аналогичны примеру 1. Плотность тока электронного пучка составляла 3 А/см , что соответствует удельной мощности накачки i 15,5 кВт/см . Удельная мощность генерации 2Вт/см , что сооветствует КОД лазера 0,04%. Таким образом, увеличение удель.ной мощности накачки До значений 15 кВт/см привело не только к резкому падению КПД лазера, н и к уменьщению его удельных характеристик.
Hoi i установке, опислннсп п примере 1 , холодный катод заменен на г-орячий, что позволила варт-иропать плотность тока злектро1ПК1Го пучка в интервале 1-50 мА/см и длительность - 10-100 МКС.
При накачке электронным пучком с
гиштностью тока 1 2 мА/гм , длитель- ьюстыо 40 МКС смеси Не : Ne : Кг 50:1,5:1 суммарной концентрации ;5 амага был получен КПД генерации 1,2% при удельной мопщости накачки
30 Вт/см , полной мопщости 120 кВт У-юшность генерации - 1,45 кВт.
П р и м е р 4. Все условия аналогичны примеру 3, только в рабочей смеси криптон заменен аргоном. При
этом полу чен КПД генерации 1,5%, увеличение КПД, в частности, связано с уменьшением вредного энерго- иклада в газ-тушитель. Была также измерена расходимость излучения,которая составила 2-10 рад, что лишь на 40% превосходит дифракционную и р 10-50 раз меньше расходимости известного He-Ne лазера.
Приме р5. В стационарный
ядерный реактор с потоком нейтронов
If 2
2-10 см была помещена кювета длиной 100 и диаметром 5 см, содержавшая 3 амага смеси Не : Ne : Аг 70:1,5:1. На торцах кюветы укреплены плоские диэлектрические зеркала с коэффициентами отражения 99,9 и 92%. При этом полная мощность накачки составляет 20 кВт (удельная мощность 10 Вт/см )i а мощность
лазерного излучения - 27 Вт, что соответствует КПД 1,3%.
Приме р 6. Экспериментальная установка аналогична использованной
в примере 7. Использовались зеркала с коэффициентом отражения 99,8 и 72% на длине волны 7245А. При накачке электронным пучком с плотностью тока 50 мА/см длительностью 60 мкс
смеси Не : Кг 12:7:1 плотностью
ОО Ч
1,2-10 см (4,2 амага) был получен КПД генерации Ог 0,4% (удельная мощность накачки I кВт/см- , удельная мощность генерации 4 Вт/см ).
55
Таким образом, изобретение позволяет увеличить дополнительность генерации, повысить КОД и уменьшить расходимость излучения.
13A4
Формула изобретения
Способ иакачки газового лазера на переходах неона, включающий воз- бужденне верхнего лазерного уровня неона в рабочей смеси лазера, содержащей гелий, неЬн и тушащ11Й инертный газ с потенциалом ионизации меньшим, чем энергия нижнего резонансного ла- ю зерного уровня неона, о т л-и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения длительности генерации вплоть
Неш ne A Nel3p) ) («Во) Ч. I v Neо I 6.i t
г
К
6u t
КК.
HeU AtHli slls H/,
Не
rte
Редактор О.Филиппова Заказ 3378
Составитель А.Кораблев
Техред М.Ходанич Карректор В.Бутяга
Тираж 632Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР
по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5
Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4
796
до непрерывного режима, повышения КПЛ и уменьшения расходимости излучения, возбуждение верхнего лазерного уровня неона осуществляют потоком ионизирующих частиц, плотность, рабочей смеси устанавливают больше 10 |см , концентрацию тушащего инертного газа устанавливают больше 3 10 см , Ко не более 15% от плотности рабочей смеси, при этом удельную мощность накачки устанавливают не более 15 кВт/см.
ЖСЗЗ) 6.i t
6u t
КК.
L liL A,j
.He
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
Лазер на 3Р - 3 S-переходах неона | 1987 |
|
SU1674299A1 |
Газовый лазер на переходах второй положительной системы молекулы азота с возбуждением электронным пучком | 1990 |
|
SU1836762A3 |
АКТИВНАЯ СРЕДА ДЛЯ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОГО СО-ЛАЗЕРА ИЛИ УСИЛИТЕЛЯ И СПОСОБ ЕЕ НАКАЧКИ | 2007 |
|
RU2354019C1 |
Лазер на самоограниченных переходах | 1978 |
|
SU764026A1 |
ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР | 2007 |
|
RU2330364C1 |
СПОСОБ НАКАЧКИ АКТИВНОЙ СРЕДЫ НЕПРЕРЫВНОГО ГАЗОРАЗРЯДНОГО ЛАЗЕРА С ЭЛЕКТРОДАМИ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПОКРЫТИЯМИ | 2000 |
|
RU2189679C2 |
ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР С ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ | 2008 |
|
RU2380805C1 |
ЭКСИМЕРНЫЙ ЛАЗЕР | 2007 |
|
RU2357339C1 |
ФОКОННЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЙ ЛАЗЕР | 2013 |
|
RU2541417C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ИМПУЛЬСНОГО CO - ЛАЗЕРА АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ | 1988 |
|
SU1840808A1 |
Изобретение отйосится к области квантовой электроники, а именно к газовым лазерам. Целью изобретения является увеличение длительности генерации вплоть до непрерывного режима, повьппение КПД и уменьшение расходимости излучения. Накачку рабочей смеси, состоящей из гелия, неона и туг шащего инертного газа, осуществляют ионизирующим излучением с удельной мощностью накачки не более 14 кВт/см . Плотность рабочей смеси устанавливается больше 10 см . Тушащий инертный газ выбирается с потенциалом ионизации меньшим, чем энергия нижнего резонансного лазерного уровня неона, а его плотность устанаяливается больше 3«10 см , но не более 15 % от плотности рабочей смеси. I ил. с 9 (Л : iU
Фалд Р.Л | |||
Рабочие параметры гелий-неоновых лазеров с накачкой постоянным током | |||
Запальная свеча для двигателей | 1924 |
|
SU1967A1 |
Справочник по лазерам | |||
Под ред | |||
Прохоров A.M., М.: Сов.радио, 1978, |Т.1, с | |||
Прибор с двумя призмами | 1917 |
|
SU27A1 |
Авторы
Даты
1988-04-30—Публикация
1985-01-02—Подача