RU2653567C1 - Method of creation of laser radiation and laser implementing this method - Google Patents
Method of creation of laser radiation and laser implementing this method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2653567C1 RU2653567C1 RU2017107794A RU2017107794A RU2653567C1 RU 2653567 C1 RU2653567 C1 RU 2653567C1 RU 2017107794 A RU2017107794 A RU 2017107794A RU 2017107794 A RU2017107794 A RU 2017107794A RU 2653567 C1 RU2653567 C1 RU 2653567C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- ion
- ion beam
- discharge chamber
- optical system
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к области квантовой электроники, и, более точно, к области лазерной техники, и может быть использовано для создания лазерного излучения на основе различных возбужденных атомов и для построения лазеров, позволяющих существенно снизить длину волны лазерного излучения и вследствие этого повысить энергию лазерного излучения. Это является весьма важным для многих применений лазеров, где является критической длина волны лазерного излучения, например, при изготовлении микро- и нано-интегральных схем.The invention relates to the field of quantum electronics, and, more precisely, to the field of laser technology, and can be used to create laser radiation based on various excited atoms and to build lasers that can significantly reduce the wavelength of laser radiation and thereby increase the energy of laser radiation. This is very important for many laser applications where the wavelength of laser radiation is critical, for example, in the manufacture of micro- and nano-integrated circuits.
Уровень техникиState of the art
Известны способы создания лазерного излучения с использованием возбужденных атомов и реализующие эти способы газовые лазеры, содержащие газоразрядную камеру и лазерный резонатор (см., например, патент на полезную модель RU 104785 от 2010 г., опубликованный в 2011 г., МПК H01S 3/00, автор Привалов В.Е.). В известных газовых лазерах на возбужденных атомах газоразрядная камера установлена в лазерном резонаторе. Вследствие этого общий недостаток этих лазеров состоит в том, что рабочие уровни возбужденных атомов оказываются настолько широкими, что требуется высокая мощность для возбуждения атомов.Known methods for creating laser radiation using excited atoms and implementing these methods gas lasers containing a gas discharge chamber and a laser resonator (see, for example, patent for utility model RU 104785 from 2010, published in 2011, IPC
В качестве способа-прототипа и реализующего его лазера-прототипа выбираем известные способ и лазер, являющиеся наиболее близкими к предлагаемым способу и лазеру и не содержат никаких второстепенных признаков, которые могли бы в чем-то улучшить эти прототипы. Такими способом-прототипом и способом-лазером являются способ и лазер, описанные в статье Javan A., Benneett W.R., Herriott D.R. "Population Inversion and Continious Optical Maser Oscillation in a Gas discharge Containing a He-Ne Mixture. - "Physical Review Letteres", 1961, v. 6, No. 3, pp. 106-110. Способ-прототип и лазер-прототип, представленные в этой статье, описаны также в статье A.M. Леонтовича «Оптический генератор» в «Физическом энциклопедическом словаре», 1963 г. в 5-ти томах, М.: «Советская энциклопедия», 1963 г., том 3, С. 528-530, рис. 6, на котором лазер-прототип назван «оптическим генератором Джавана». Недостаток способа-прототипа и лазера-прототипа заключается в том, что они не обеспечивают низкую длину волны лазерного излучении.As the prototype method and the laser prototype implementing it, we select the known method and laser, which are closest to the proposed method and laser and do not contain any secondary features that could improve these prototypes in some way. Such a prototype method and a laser method are the method and laser described in the article by Javan A., Benneett W.R., Herriott D.R. "Population Inversion and Continious Optical Maser Oscillation in a Gas discharge Containing a He-Ne Mixture. -" Physical Review Letteres ", 1961, v. 6, No. 3, pp. 106-110. Prototype method and laser prototype, presented in this article are also described in AM Leontovich’s article “Optical Generator” in the “Physical Encyclopedic Dictionary”, 1963 in 5 volumes, M .: “Soviet Encyclopedia”, 1963,
Раскрытие (сущность) изобретенияDisclosure (essence) of the invention
Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения лазерного излучения на основе возбужденных атомов и лазера, реализующего этот способ, которые по сравнению с прототипом обеспечили бы технический результат в виде одновременного достижения следующих целей:The objective of the invention is to develop a method for producing laser radiation based on excited atoms and a laser that implements this method, which, in comparison with the prototype, would provide a technical result in the form of simultaneously achieving the following goals:
- получение лазерного излучения на высокоэнергетических уровнях, например, водорода и гелия,- obtaining laser radiation at high energy levels, for example, hydrogen and helium,
- получение лазерного излучения на атомных линиях, которые ранее невозможно было использовать для обеспечения необходимой длины волны излучения.- obtaining laser radiation on atomic lines, which previously could not be used to provide the necessary radiation wavelength.
Это позволяет существенно снизить длину волны и повысить энергию лазерного излучения.This can significantly reduce the wavelength and increase the energy of laser radiation.
Этот технический результат достигается, во-первых, благодаря тому, что в способе создания лазерного излучения на основе возбужденных атомов, состоящем в использовании газоразрядной камеры и лазерного резонатора, на выходе газоразрядной камеры устанавливают ионно-оптическую систему для формирования ускоренного пучка ионов, причем размещают эту камеру и ионно-оптическую систему вне лазерного резонатора, в котором устанавливают узел перезарядки, представляющий проводящее геометрическое тело, одна из границ которого является гладкой плоской поверхностью, а затем из ионов, поступающих из газоразрядной камеры, в ионно-оптической системе формируют ускоренный пучок ионов, падающий на указанную плоскую поверхность, и осуществляют перезарядку этого пучка ионов в пучок возбужденных атомов, исходящих из указанной плоской поверхности, установленной под таким малым углом к пучку ионов, чтобы пучок возбужденных атомов, выходящих из указанной поверхности, находился внутри лазерного резонатора.This technical result is achieved, firstly, due to the fact that in the method of creating laser radiation based on excited atoms, which consists in using a gas discharge chamber and a laser resonator, an ion-optical system is installed at the output of the gas discharge chamber to form an accelerated ion beam, and this a camera and an ion-optical system outside the laser resonator, in which a recharge unit is installed, which represents a conductive geometric body, one of the boundaries of which is smooth a surface, and then from ions coming from the gas discharge chamber, an accelerated ion beam is incident on the specified flat surface in the ion-optical system, and this ion beam is recharged into a beam of excited atoms emanating from the specified flat surface mounted under such a small angle to the ion beam so that the beam of excited atoms emerging from the indicated surface is inside the laser cavity.
Этот же технический результат достигается благодаря тому, что в лазере на возбужденных атомах, содержащем газоразрядную камеру и лазерный резонатор, на выходе газоразрядной камеры установлена ионно-оптическая система для формирования и ускорения пучка ионов, причем газоразрядная камера и ионно-оптическую система установлены вне лазерного резонатора, в котором установлен узел перезарядки, представляющий проводящее геометрическое тело, одна из границ которого является гладкой плоской поверхностью, предназначенной для перезарядки пучка ионов, падающего на эту поверхность, в пучок возбужденных атомов, причем эта поверхность установлена под таким малым углом к пучку ионов, чтобы пучок возбужденных атомов, исходящих из этой поверхности, находился внутри лазерного резонатора.The same technical result is achieved due to the fact that in an excited-atom laser containing a gas discharge chamber and a laser resonator, an ion-optical system is installed at the output of the gas-discharge chamber to form and accelerate the ion beam, the gas-discharge chamber and the ion-optical system being installed outside the laser resonator , in which a reloading unit is installed, representing a conductive geometric body, one of the boundaries of which is a smooth flat surface, designed to recharge the beam of ions incident on this surface into a beam of excited atoms, and this surface is set at such a small angle to the ion beam so that the beam of excited atoms emanating from this surface is inside the laser cavity.
Получение технического результата в предлагаемом изобретении обеспечивается благодаря предложенной перезарядке ускоренного пучка ионов в пучок возбужденных атомов, которая реализуется при помощи описанных аппаратных средств.Obtaining a technical result in the present invention is provided due to the proposed recharging of an accelerated ion beam into a beam of excited atoms, which is implemented using the described hardware.
Перезарядка ионов происходит при их отражении от проводящей гладкой поверхности с участием части электронов твердого тела, находящихся над этой поверхностью и обладающих той же скоростью, что и ионы. Причем перезарядка ионов в возбужденное состояние атомов происходит с высокой эффективностью. Физика этой перезарядки, называемой резонансной, описана в обзоре H. Winter «Collisions of atom and ions with surfaces under grazing incidence» в журнале «Physics Reports», 2002, vol. 367, p.p. 387-582 и в статье P.A. Alexandrav, V.V. Beloshitsky «Charge exchange at grazing Reflection of swift ions from a solide surface» в журнале «Radiation Effect and Defects in Solids», 1991, vol. 117, p.p. 95-98. Однако предложенная в данном изобретении перезарядка пучка ионов в пучок возбужденных атомов на проводящей гладкой поверхности ранее для создания лазерного излучения не предлагалась. Указанная перезарядка дает преимущественное заселение возбужденного атомного состояния и, следовательно, возникновение усиления излучения, необходимое для работы лазера.Ion recharging occurs when they are reflected from a smooth conducting surface with the participation of a part of the electrons of the solid located above this surface and having the same speed as the ions. Moreover, the recharging of ions to the excited state of atoms occurs with high efficiency. The physics of this recharging, called resonance, is described in H. Winter's review “Collisions of atom and ions with surfaces under grazing incidence” in Physics Reports, 2002, vol. 367, p.p. 387-582 and in article P.A. Alexandrav, V.V. Beloshitsky, “Charge exchange at grazing Reflection of swift ions from a solide surface” in the journal Radiation Effect and Defects in Solids, 1991, vol. 117, p.p. 95-98. However, the recharging of the ion beam to the beam of excited atoms on a conductive smooth surface proposed in this invention has not previously been proposed to create laser radiation. The indicated recharging gives the predominant population of the excited atomic state and, therefore, the appearance of radiation amplification necessary for the operation of the laser.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фигуре показана схема предлагаемого лазера.The figure shows a diagram of the proposed laser.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Предлагаемый лазер содержит газоразрядную камеру 1 (ионный источник) со щелью 2 для выхода ионов, ионно-оптическую систему («ионную оптику») 3, представляющую собой пластину с отверстием 4 для выхода ускоренного пучка 5 ионов, лазерный резонатор 6 с зеркалами 7 и 8 и установленный в лазерном резонаторе 6 узел 9 перезарядки, представляющий проводящее геометрическое тело, одна из границ которого является гладкой плоской поверхностью 10, предназначенной для перезарядки пучка 5 ионов, падающего на эту поверхность 10, в пучок 11 возбужденных атомов, причем эта поверхность 10 установлена под таким малым углом α к пучку 5 ионов, чтобы пучок 11 возбужденных атомов, исходящих из этой поверхности 10, находился внутри лазерного резонатора 6. Этот малый угол α составляет примерно 2°-5°.The proposed laser contains a gas discharge chamber 1 (ion source) with a
Узел 9 перезарядки может быть выполнен, например, в виде плоской пластины, одна из поверхностей которой является гладкой плоской поверхностью 10.The
Корпус газоразрядной камеры 1 и невзаимодействующая с пучком 5 ионов часть корпуса узла 9 перезарядки заземлены. А на корпус ионно-оптической системы 3 подан потенциал Е.The body of the
Предлагаемый лазер работает следующим образом. Из газоразрядной камеры 1 через щель 2 ионы поступают в ионно-оптическую систему 3, которая формирует и ускоряет пучок 5 ионов. Ускоренный пучок 5 ионов через отверстие 4 в системе 3 падает на проводящую гладкую плоскую поверхность 10 узла 9 перезарядки, в результате чего в узле 9 происходит перезарядка пучка 5 ионов в пучок 11 возбужденных атомов, исходящих из поверхности 10. Поскольку поверхность 10 установлена под соответствующим малым углом α к пучку 5 ионов, то пучок 11 возбужденных атомов, выходящих из поверхности 10, находится внутри лазерного резонатора 6.The proposed laser operates as follows. From the
Предлагаемый способ создания лазерного излучения состоит в том, что на выходе газоразрядной камеры 1 устанавливают ионно-оптическую систему 3 для формирования ускоренного пучка 5 ионов, причем размещают эту камеру 1 и ионно-оптическую систему 3 вне лазерного резонатора 6, в котором устанавливают узел 9 перезарядки, представляющий проводящее геометрическое тело, одна из границ которого является гладкой плоской поверхностью 10, и затем из ионов, поступающих из газоразрядной камеры 1 через щель 2, в ионно-оптической системе 3 формируют ускоренный пучок 5 ионов, падающий на указанную плоскую поверхность 10, и осуществляют перезарядку этого пучка 5 ионов в пучок 11 возбужденных атомов, исходящих из указанной плоской поверхности, 10 установленной под таким мальм углом α к пучку 5 ионов, чтобы пучок 11 возбужденных атомов, выходящих из указанной поверхности 10, находился внутри лазерного резонатора 6.The proposed method of creating laser radiation consists in the fact that an ion-
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017107794A RU2653567C1 (en) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | Method of creation of laser radiation and laser implementing this method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017107794A RU2653567C1 (en) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | Method of creation of laser radiation and laser implementing this method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2653567C1 true RU2653567C1 (en) | 2018-05-11 |
Family
ID=62152706
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017107794A RU2653567C1 (en) | 2017-03-10 | 2017-03-10 | Method of creation of laser radiation and laser implementing this method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2653567C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1987001873A1 (en) * | 1985-09-19 | 1987-03-26 | Hughes Aircraft Company | Radiation source |
US4771430A (en) * | 1985-07-24 | 1988-09-13 | Princeton University | Enhancement of soft X-ray lasing action with thin blade radiators |
SU1143279A1 (en) * | 1983-08-12 | 1992-09-23 | Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте | Ion beam-pumped laser |
US5487078A (en) * | 1994-03-14 | 1996-01-23 | Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Apparatus and method for generating prompt x-radiation from gas clusters |
US6268560B1 (en) * | 1999-05-04 | 2001-07-31 | Neokismet, L.L.C. | Pre-equilibrium chemical reaction energy converter |
RU2452056C1 (en) * | 2010-12-13 | 2012-05-27 | Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН) | Method for production of beam of atoms or molecules in glow discharge and device for method implementation |
-
2017
- 2017-03-10 RU RU2017107794A patent/RU2653567C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1143279A1 (en) * | 1983-08-12 | 1992-09-23 | Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом институте | Ion beam-pumped laser |
US4771430A (en) * | 1985-07-24 | 1988-09-13 | Princeton University | Enhancement of soft X-ray lasing action with thin blade radiators |
WO1987001873A1 (en) * | 1985-09-19 | 1987-03-26 | Hughes Aircraft Company | Radiation source |
US5487078A (en) * | 1994-03-14 | 1996-01-23 | Board Of Trustees Of The University Of Illinois | Apparatus and method for generating prompt x-radiation from gas clusters |
US6268560B1 (en) * | 1999-05-04 | 2001-07-31 | Neokismet, L.L.C. | Pre-equilibrium chemical reaction energy converter |
RU2452056C1 (en) * | 2010-12-13 | 2012-05-27 | Учреждение Российской академии наук Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН) | Method for production of beam of atoms or molecules in glow discharge and device for method implementation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5394411A (en) | Method for producing high intensity optical through x-ray waveguide and applications | |
Boichenko et al. | Exciplex rare-halide lasers | |
Zvorykin et al. | Self-focusing of UV radiation in 1 mm scale plasma in a deep ablative crater produced by 100 ns, 1 GW KrF laser pulse in the context of ICF | |
RU2653567C1 (en) | Method of creation of laser radiation and laser implementing this method | |
Vinogradov et al. | Repetitively pulsed X-ray laser operating on the 3p—3s transition of the Ne-like argon in a capillary discharge | |
Oliva et al. | Self-regulated propagation of intense infrared pulses in elongated soft-x-ray plasma amplifiers | |
KR102075625B1 (en) | A Method for stabilizing a plasma and an improved ionization chamber | |
Purohit | Overview of lasers | |
Nakajima | Particle acceleration by ultraintense laser interactions with beams and plasmas | |
Yan et al. | Investigating instabilities of long, intense laser pulses in plasma wakefield accelerators | |
US3898587A (en) | Multiple-source plasma-overlap laser | |
Tarasenko et al. | Ultraviolet and infrared lasers with high efficiency | |
Watari et al. | Progress of a DPSSL based R&D facility TERU for IFE technology and industrial applications | |
Shlapakovski et al. | Operation of a microwave pulse compressor with a laser-triggered plasma switch at different laser beam directions | |
Mesyats | Russian Physics Journal (Former Soviet Physics Journal) and its Contribution to the Development of High-Current Pulse Electronics and Electrophysics | |
Babin et al. | Interaction of superstrong laser fields with matter: hypotheses, effects, and applications | |
Ivanov et al. | High-Power Laser Systems of UV and Visible Spectral Ranges | |
Ivanov et al. | XeCl laser system with a 25 cm× 25 cm output aperture | |
Shiyanov et al. | Metastable states relaxation in the active medium of metal vapor lasers | |
Masud et al. | A Raman FEL at 2 mm wavelength | |
Losev et al. | High-power XeCl laser system MELS-4k with a 25X25-cm output aperture | |
RU2267842C2 (en) | Method and device for producing electromagnetic radiation from optical spectrum | |
Losev et al. | High Quality Beam Formation In Wide Aperture XeCl Laser System" MELS-4K" | |
Fletcher et al. | Optimization of coupled confocal cavities for an injection-seeded, discharge-excited KrF laser system | |
Kato et al. | X-ray laser development at Advanced Photon Research Center |