Способ накачки газового лазера на переходах неона

Способ накачки газового лазера на переходах неона

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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

. 26

„ ) СОЮЗ СОБЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИН (50 4 Н Ol S 3/09

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (46) 30. 04.88. Бюл. У 16 (2I) 3851745/31-25 (22) 02.01.85 (71) Физический институт им.П.Н,Лебедева (72) А.Ю.Александров, Н.Г.Басов, В.А,Данилычев, В.А.Долгих, О.М.Керимов, Ю,Ф Мызников, И.Г.Рудой и А,М.Сорока (53) 621.375.8 (088.8) (56) Фалд P,Ë. Рабочие параметры гелий-неоновых лазеров с накачкой noe"" тоянным током. Приборы для научных исследований, 1967г., 38., У2, с,26.

Справочник по лазерам. Под ред.

Прохоров А.М., М.: Сов.радио, 1978, 1т.l с. 27. (54) СПОСОБ НАКАЧКИ ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА

НА ПЕРЕХОДАХ НЕОНА...Вр„„ щ д д1 (57) Изобретение отйосится к области квантовой электроники, а именно к газовым лазерам. Целью изобретения является увеличение длительности генерации вплоть до непрерывного режима, повышение КПД и уменьшение расходимости излучения. Накачку рабочей смеси, состоящей из гелия, неона и ту-. шащего инертного газа, осуществляют ионизирующим излучением с удельной мощностью накачки не более 14.кВт/см .

Плотность рабочей смеси устанавлива19 -Я ется больше 10 см . Тушащий инертный газ выбирается с потенциалом ионизации меньшим, чем энергия нижнего резонансного лазерного уровня неоЭ на, а его плотность устанавливается больше 3 ° 10 см, но не более 15. Х от плотности рабочей смеси. 1 ип.

1344179

11э0брс l t tlIIr Оч lt<)rптс н к об««с«сти к««а««товой .и ктj)o«rrl«!It и может применятt cB II I с«зс)«)1,«х Jl;lзерах на переxo дах неона. .)

11елью ««зобретс ««пн ягляется унелиЧЕНИЕ ДЛнтЕЛЬПОстн 11««ЕРЦИИ НПЛОтЬ до непрерь«нного режима, повьппение

КПД и умень«<«ение расходимости излучения. 10

На чертеже изображена схема ог.— нонных с ToJII

11а схеме: L p — ионпзируюшие частицы и мелле«пп I< (втор««чн«.«е) злектрон ы ) с1 — с е 0 р О е 7 b p 0 )t

КОПСтапты СКОР<)Ст«1 тРЕХЧаСтИЧНОй РЕt комбинации 11е с «астием двух медг ленных электронов ипи электро««а и г атома гелия; 11 «), с д — энергия и сечение лазерного rtppexoJIa; g f — скорость спонтанного распада верхнего

) <а лазерного уроннн; с, kf — KQHc танты скорости туl)tpnrrlr нерхнегo лазерного уровня Ireonolt и электронами соотнетстне««н«; k — константа ско?5

30 рости туше««пн ttfr)r

JIHPHOI" Иоllа 11 <)Т«1«1 ll«Е ОТ ffP«rl Iof O нозбуждс н»н .:«с к-. )0«tl«llf ударом из основного слете lrrllsl атома. Чрезвычайно c, щеc T:«1,«1<), ч«o при плотности более 10; < пп<>lt< холит резкое уве19 3 ионизация. 1а«сим обр.«зс и, верхний лазерный уровень — 30 rtï 1 Зр состояние Hpotra заселяется «1 рр )у.«ь fÿ fp диссоциатинной рс комбипа«г«п с ипьпосвязанного Мос лекулнр««огс fto«;;I Np., llижний лазер — 4О ный урс) вен ь — 3 н IIJ«lr 3 з явлне те н резонансным (разрешен оптический переход в основное состояние), что позволяет быстро и селектпнно ()- н

10 раз быстрее, чем верхний лазерный 45 уровень) расселить его в процессе столкнове««ин с. 1;«стицей, потенциал ионизации которой меньше энергии этого резонансного уровня.

Испол«.зовапп<: плот««ости активной

)9 — 3

c1)päû большей, че .t 1 0 cM ) и пото ка ионизируюп;1«х чаcòèn позволяе.т ноэбу«сдать Зр — с О< тo««lrrs«1 неона за счет диссоциати«)1«й ре«.с *«б«1111«ции молекулипс:ние эффективности tare«fefrfr» двух

Зр - уровней, которые явля«птся верхцими лазернь«ми. При низком давлении десять Çp — уровней заселяются при диссоциативной рекомбинации Ne, приблизительно одинаково, а при нысоком — до 70% энергии попадает на состояние Зр (1/2j (генерация на — 5852,5Я) и до 30% — на состояние

Зр f3/21 (генерация на Л = 7032 Х), Это обстоятельство позволяет резко повысить КПЛ лаэора.

Г!инимальная концентрация тушащего газа инертного газа fT„„ j offредепяется условием, что нижний лазерный уровень опустошается быстрее, чем заселяется за счет спонтанного излучения. Поскольку частота спонтанн Ix переходон Ус = 7 ° IO с, а

7 константа деэактина«сии k - 2 х х I O см /с, то 1Т,;„) = У /k 3.õ х 10 см . Обнаружено, что при оптимал«»«ой xofrfleftx рации тушащего инерт-.

««1Ф -3 ного газа 10 — 10 см происходит эффе <тинная дезактивация нижнего лазерн згo уровня, а верхнее рабочее состояние опустошается относительно медл «по, что и позволило получить кназчиепрерынный .режим генерации ирак ш«чески без снижения КПД. Кроме того., тяжелые инертные газы при соответствующей концентрации слабо влияют на цепь ионно-молекулярных реакций, приводящих к заселению верхнего лазерного уровня.

Г1ин««мал«.ная плотность активной

-a среды 1 10 см установлена экспериментально и определяется следующими факторами: необходимостью эффектиннс гo торможения ионизирующих частиц; условием, что концентрация Не существенно превосходит концентрации рабочего и особенно тушащего газа, поскольку ионизация тушителя уменьшает КПД, а торможение быстрых части«« в Kr например происходит в

20 раэ быстрее, чем в Не; необходиIfocrf:ю колебательной релаксации молеФ кулнрных ионов Ne> и охлаждения электронов, участвующих в диссоциативной рекомбинации, что и обеспечивает увеличение селективности накачки. Использование двойных смесей, беэ Не, невыгодно, поскольку при воэ" буждении Ne, кроме ионизации, эффекТНВНо заселяются резонансные состояния, которые являются нижними лазерными.

13!! <> 1ощность пака«ки ограни«ивается тушением вторичными электронами ээерх него лазерного уровня в реакциях тиКг па Ne (Зр) + е р Ne(3s) + е и составляет 15 кВт/см для A = 5852,5 A и 80 кВт/см для Я = 7245 А (для этого перехода k, (несколько меньше), Эти величины подтверждены также экспериментально.

Пример 1. Способ реализован на установке, содержащей рабочую камеру с накачиваемым объемом 15л (IOxlOxI50 см). На торцах камеры укреплены плоские диэлектрические зеркала диаметром 5см: глухое с коэффициентом отражения 99,97. и выходное с коэффициентом отражения 757, 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

2 с плотностью тока 0,8 А/см длительностью 0,5 мкс смеси Не:Ne:Kr

30:2:1 суммарной концентрации

l,2 амага была получена генерация о на длине волны 5852,5 A. При удель3. ной мощности накачки 1,5 кВт/см удельная мощность генерации составляла 8 Вт/см (полная мощносгь

9 генерации — 30 кВт). Таким образом, при мощности накачки 1,5 кВт/см и

3 объемной концентрации тушителя

Kr - 37 КПД лазера составил 0,67..

Пример 2. Экспериментальная установка и рабочая смесь аналогичны примеру I, Плотность тока элект2 ронного пучка составляла 3 А/см что соответствует удельной мощности накачки †" 15,5 кВт/см . Удельная

3 мощность генерации 2Вт/см, что соответствует К1Щ лазера 0,047.. Таким образом, увеличение удельной мощности накачки !то значений 15 кВт/см привело не только к резкому падению

КПП лазера, н<> и к уменьшению его удельных характеристик.

I1 р и м е р 3. !3 экс»ериментал«вЂ”

>«10 устано>эке, оп>эслн>«й п примере

lI 1f

1, холодный катод заменен па горячий, что позволило вар>.иропать плотность тока электронного пучка я ин2

Tåðâà«Р 1-50 мА/CM H Jl>>>>TC J>>iH<>CTb

lO-IOO мкс.

При накачке электронным пучком с т

1О плотностью тока 12 мА/гм, длптельнс стью 40 мкс смеси Не: Ne: Кг — 50:.1, 5: 1 суммарной концентрации

1, 5 амага был получен КПД генерации

l,?7, при удельной мощности накачки . — 30 Вт/см, полной мощности )20 кВт

Мощность генерации — 1,45 кВт.

Пример 4. Все условия аналоги««ы примеру 3, только в рабочей смеси криптон заменен аргоном. При

20 этом полу1!ен КПД генерации 1,57, у>>ели«ение КПД, в частности, связано с уменьшением вредного энерговклада в газ-тушитель, Была также измерена расходимость излучения,ко25 торая составила 2 10 рад, что лишь на 407 превосходит дифракционную и в 10-50 раз меньше расходимости известного Не-Ne лазера.

Пример 5. В стационарный

З0 ядерный реактор с потоком нейтронов и я

2 ° 10 см была помещена кювета длиной 100 и диаметром 5 см содержав3 шая 3 амага смеси Не: Ne: Ar

70: 1, 5: 1 . На торцах кюветы укреп35 лены плоские диэлектрические зеркала с коэффициентами отражения 99,9 и 927.. При этом полная мощность накачки составляет 20 кВт (удельная мощность 10 Вт/см ), а мощность

40 лазерного излучения 27 Вт, что соответствует КПЛ 1, 37..

Пример 6. Экспериментальная установка аналогична использованной

45 в примере 7, Использовались зеркала с коэффициентом отражения 99,8 и 727 на длине волны = 7245A. При накачке электронным пучком с плотностью тока 50 мА/см длительностью 60 мкс

50 смеси Не : Kr = 12:7:1 плотностью

2о

1,2 ° 10 см (4,2 амага) был получен

КПЛ генерации 2- 0,47 (удельная мощность накачки 1 кВт/см, удельная мощность генерации 4 Вт/см ) °

Таким образом, изобретение позволяет увеличить дополнительность генерации, повысить К1П и уменьшить расходимость излу«ения.

1344

Формула и з о б р е т е н и я

He He — Н,— 3(е HeNe — NB 3 Ne(3P) Ne(3B) Ne(ee)

8g + He +Же е 2Ие +Ме + е h40 кг 4 къж о 6в К3

П т

1

Ие е

-к - кТ

Составитель А.Кораблев

ТехРед М.Ходанич Корректор В .Бутяга

Редактор О.Филиппова

Тираж 632 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Заказ 3378

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4

Способ накачки газового лазера на переходах неона, включающий возбуждение верхнего лазерного уровня неона в рабочей смеси лазера, содержащей гелий, неЬн и тушащий инертный гаэ с потенциалом иониэации меньшим, чем энергия нижнего резонансного лазерного уровня неона, о т л ° и ч а ю шийся тем> что, с целью увеличе. ния длительности генерации вплоть

179 е до непрерывного режима, повышения КПД и уменьшения расходимости излучения, возбуждение верхнего лазерного уровня неона осуществляют потоком ионизирующих частиц, плотность рабочей

1 -3 смеси устанавливают больше 10. 1см концентрацию тушащего инертного газа устанавливают больше 3 BIO см, но (d не более l5X от плотности рабочей смеси, при этом удельную мощность накачки устанавливают не более

l5 кВт/см