Плазменный лазер Советский патент 1988 года по МПК H01S3/22 

Изобретение относится к квантовой электроника и может быть использовано при создании плазменных лазеров в коротковолновой области спектра.

Целью изобретения является расширение спектрального диапазона генерации в коротковолновую область.

На фиг,1 изображена схема устрой- cTBaj на фиг.2 - схема хода лучей в лазере о

Плазменный лазер содержит последовательно расположенные на одной оптической оси лазерньй источник 1 накачки, фокусирующее устройство в виде аксикона 2, камеру 3, состоящую из газового 4 и вакуумного 5 отсеков разделенных перегородкой 6, из металлической фольги или полимерной пленки, прожигающее устройство 7, уста- новленное в газовом отсеке и состоящее из аксикона 8, аналогичного аксико- ну фокусирующего устройства 2, и сферической линзы 9. Перегородка 6 расположена в фокальной плоскости линзы

9на расстоянии Z от аксикона 2, равном длине образующейся лазерной искры.

Газовый отсек 4 заполнен плазмооб 2

разующим газом до давления 10 10атм, зависящего от типа газа и используемого лазерного переходад а ва куумньй отсек 4 откачивается до давления 10 - 10 атм. Кроме того в аксиконе 8 и линзе 9 выполнены центральные цилиндрические отверстия радиусом

г (f«-l) tg arcsin(n sinoO-oiJ.

Лазер работает следующим о бразом Световой пучок радиусом R от лазерного источника 1 накачки попадая на аксикон 2 с преломляющим углом ci и показателем преломления п, фокусируется в фокальный отрезок длиной Z R/tg. Угол наклона лучей к оси V находится из выражения

f 90°-arcsin(n sinoi)+90 + i arcsin(n sini)-od.

При превышении интенсивности сфокусированного лазерного излучения над порогом пробоя газа по длине фокального отрезка формируется цилиндрический плазменный шнур - сплошная лазерная искра 10. Расходящиеся лучи 11, прошедшие область фокусировки до момента пробоя, преобразуются в параллельный пучок аксикопом 8, ана

0

0

5 0 5

5

0

логичным аксикону 2. Затем они фокусируются сферической линзой 9 на перегородку 6, расположенную в фокальной плоскости этой линзы. Сходящиеся лучи 12 благодаря отверстиям в линзах 8 и 9 беспрепятственно фокусируются вдоль фокального отрезка аксикона 2. Лучи, сфокусированные линзой 9 до момента образования лазерной искры, прожигают отверстие в перегородке 6. Диаметр отверстия порядка диаметра каустики сферической линзы 9, После возникновения лазерной искры 10, состоящей из многозарядной неравновесной плазмы, в ней происходит усиление спонтанного излучения, распространяющегося вдоль оси. Усиленное излучение 13 выходит через отверстие в перегородке 6 в вакуум- ньм отсек 5, после чего может быть использовано для облучения объекта.

В качестве примера конкретного исполнения рассмотрим плазменный лазер, где как плазмообразующее вещество используется СО. При пробое происходит полная ионизация атомов углерода и лазерное излучение с длиной волны 18,2 нм возникает на переходе 3-2 водородоподобного иона углерода CVI, Лазерным источником накачки служит лазер на неодимовом стекле с длиной волны 1,06 мкм, радиусом пучка 2,2 см, мощностью Вт и длитель- ностью импульса не. Фокусирующим .устройством может служить аксикон из стекла (п 1,5) с преломляющим углом 0 15 . Давление СО, заполняющего, газовьй отсек, атм. В таких условиях при фокусировке излучения лазерного источника накачки возникает искра длиной

Z

R

tg{ arcsin(n ainoL)oi

2,2

tg arcsin(1,5sin15 -)-15°J

2,2 см.

Если в прожигающем устройстве использовать сферическую линзу с фокус3 см и аксикон и 1 1 см, то г отверстий в них равен ным расстоянием f из стекла с oi 15°

радиус

r(f+l)tg arcsin(n sino.)oi

-{3+1)tg arcsin(1 ,5sin15 )-15°J 0,4 см.

В качестве перегородки можно использовать полимерную пленку толщиной 20-40 мкм. На фронте лазерного импульса, когда интенсивность света на оси фокусировки еще не достаточна для оптического пробоя газа, происходит прожигание отверстия в перегородке 6, Затем достигается пороговая для пробоя интенсивность и на фокальном отрезке фокусирующего ак- сикона 2 образуется сплошная протяженная лазерная искра 10. Если перегородка 6 расположена на расстоянии Z 6 22 см от аксикона 2, слой холодного .газа, поглощающийкоротковолновое излучение между искрой и отверстием, отсутствует. Поэтому лазерное излучение 13 с длиной волны 18,2 нм, сформированное в искре, имеет возмож ность выхода в вакуумный отсек 5 и может быть использовано.

Таким образом, использование пред лагаемого плавменного , лазера позволит по сравнению с известным расширить диапазон рабочих длин волн в коротковолновую область. Так, если в известных решениях длина волны лазерного излучения на переходах молекулярного азота составляет 337 нм, то в плазменном лазере можно получить лазерное излучение с дпинами волн короче границы пропускания воздуха ( 200 нм). Формула изобретения

Плазменньш лазер, содержаш ш последовательно расположенные на одной

оптической оси лазерный источник па- качки, фокусирующее устройство в виде аксикона, камеру с плазмообразую- щим веществом, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью расширения спектрального диапазона генерации в коротковолновую область, в камеру полнительно введена перегородка, разделяющая камеру по ,ходу излучения на газовый и вакуумнь1е отсеки и расположенная на расстоянии Z от фокусирующего устройства, равном

Z

R

tg arcsin(n )

где R - радиус пучка лазерного источника накачки,

о, и п - преломляющий угол и показатель преломления аксикона фокусирующего устройства, а также прожигающее устройство в виде аксикона, идентичного аксикону фокусирующего устройства, и сферическая линза с центральными цилиндрическими отверстиями радиуса г, равного

r(f+1) tg arcsin(n sinoi)-6ij,

где f - фокусное расстояние сферической линзы

1 - максимальная толщина аксикона прожигающего устройства, причем прожигающее устройство расположено в газовом отсеке так, что перегородка находится в фокальной плоскости сфэри еской линзы.

Изобретение относится к области квантовой электроники, более конкретно, к плазменным источникам когерентного излучения с рабочими длинами волн в диапазоне вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена. Цель изобретения - расширение спектрального диапазона генерации в коротковолновую область. Лазер содержит последовательно расположенные на одной оптической оси лазерный источник накачки, фокусирующее устройство в виде аксикона, камеру, состоящую из газового k вакуумного отсеков, разделенных перегородкой. В газовом отсеке установлено прожигающее устройство, состоящее из аксикона, аналогичного аксикону фокусирующего устройства, и сферической линзы. Перегородка расположена в фокальной плос-g кости линзы. Излучение выводится через отверстие, образующееся в перегородке. Установка перегородки на расстоянии от аксикона, равном длине образзтащейся лазерной искры, исключает поглощение коротковолнового из- лзгчения. 2 ил. , (Л

Ф{/А/

Фиг, 2