SU1674299A1

SU1674299A1 - Лазер на 3Р - 3 S-переходах неона

Info

Publication number: SU1674299A1
Application number: SU874186717A
Authority: SU
Inventors: Андрей Юрьевич Александров; Виктор Александрович Долгих; Олег Мовсумович Керимов; Игорь Георгиевич Рудой; Алексей Юрьевич Самарин; Аркадий Матвеевич Сорока
Original assignee: Научно-исследовательский центр по технологическим лазерам АН СССР
Priority date: 1987-01-28
Filing date: 1987-01-28
Publication date: 1991-08-30
Also published as: JPH01502067A; IN168628B; WO1988005971A1; US4841537A; CN88100332A; EP0301106A1; EP0301106A4

Abstract

Изобретение относитс к области квантовой электроники, а именно к газовым лазерам, может найти применение в технологии, фотохимии, средствах оптической св зи, голографии. Целью изобретени вл етс увеличение КПД и удельной мощности излучени лазера на 3 P - 3 S-переходах неона с ионизирующей накачкой. Рабоча среда состоит из гели , неона и тушащего газа. В качестве тушащего газа использован аргон или криптон. Дополнительно в состав рабочей среды введен ксенон или водород в концентрации не менее 10¹⁵ см^-3, но не более 20% от концентрации тушащего газа. 2 ил.

Description

(Л

С

Изобретение относитс к квантовой электронике и может быть использовано при разработке газовых лазеров на неоне.

Цель изобретени - увеличение КПД и удельной мощности излучени .

На чертеже изображена схема лазера.

Кинетическа схема процесса расселени нижнего лазерного уровн следующа :

н,;-й-м. С,,)(«)-

jxtjt

--VtXtju

. « АгЛе . е/ гАгЛг , KWi Аг Аг- Afj- lAf

HIV

J-Xe 51H jte .-Si-Xe .., I

Лазер содержит рабочую камеру 1, глухое зеркало 2, выходное зеркало 3, систему 4 откачки и напуска газа 4,ускоритель 5, катод 6 и разделительную фольгу 7.

Лазер работает следующим образом.

Рабочую камеру заполн ют газовой смесью, плотность которой больше 10 см . Смесь содержит гелий, неон, Аг или Кг, а также Хе либо Нг (HD.D2) с концентрацией не менее 1015 см , но не более 20% от концентрации Аг(Кг). Затем осуществл ют возбуждение указанной газовой смеси электронным пучком от ускорител . Электронный пучок ввод т в рабочую камеру через разделительную фольгу.

Введение в состав активной среды ксенона или водорода (изотопозамещенных) позвол ет уменьшить величину нерезонансного поглощени в лазере и, как следствие, повысить эффективность вывода излучени

О

l ±

Ю Ю

о

из резонатора rjp. При оптимальной прозрачности (коэффициенте отражени выходного зеркала) tjp (1 - Vfi/Ov ) 2: где OQ- ненасыщенный коэффицент усилени ; /3- коэффициент распределенных нерезонансных потерь. Дл оптимального состава трех- компонентной активной среды и А 5852, 5Аоо «9/3, поэтому /р 0,45. Введение Хе или На (HD.D2) в концентрации не менее 1015см3, но не более 20% от концентрации тушащего газа позвол ет, практически не измен Оо, уменьшить/3 в 4 и более раз, т.е. увеличить цр до 0,7 и более, что эквивалентно повышению КПД в 1,5 раза и более. Уменьшение св зано с пониже- нием концентрации поглощающих лазерное излучение димеров Ага (Кгг ), которое образуетс в процессе расселени нижнего лазерного уровн дл Аг в качестве основного тушител и Хе в качестве четвертого компонента. Образующиес в этом случае диаметры Хеа существенно меньше поглощают лазерное излучение, в частности из-за приблизительно на пор док большей скорости спонтанного распада (при посто нной удельной мощности накачки концентраци Хеа в 10 раз меньше, чем Аг2 в отсутствие ксенона).

В случае использовани водорода эволюци ионов Н /1 происходит по схеме

. Н2е

Н2 - Нз - и поглощение лазерного излучени на всех этапах вообще отсутствует .

Минимальна концентраци Хе. H2(HD,D2) определ етс тем, что за счет протекани процессов I-IY (см. схему) стационарна концентраци Аг2 уменьшаетс не менее чем в 1,2 раза (в типичных услови х это соответствует увеличению Г)Р на 10%). Максимальна концентраци определ етс условием малого уменьшени заселени верхнего лазерного уровн в результате конкуренции диссоциативной рекомбинации Ne2 с его перезар дкой в тройных столкновени х (штрихова лини на схеме) и установлена экспериментально.

Пример. Лазер на Зр-Зз-переходах неона бы реализован на установке, схема которой приведена на чертеже. Объем рабочей камеры 1 составл ет 1 л (8 -4-34 см3). На торцах камеры укреплены плоские диэлектрические зеркала размером 3 2 см2 - глухое зеркало 2 с коэффициентом отражени 99,9% на длине волны генерации и выходное ЗеркадеЗ, коэффициент отражени которого подбирают из услови получени максимальной выходной энергии лазера. Таким образом, оптический объем лазера

составл ет 200 см3. Система 4 напуска рабочей смеси и ее откачки обеспечивает остаточное давление не более 0,001 Торр. Возбуждение активной среды осуществл ют электронным пучком от ускорител 5 с холодным катодом б, пучок ввод т в рабочую камеру через разделительную титановую фольгу 7 толщиной 50 мкм. Энерги быстрых электронов составл ет 150 кэВ

за фольгой; длительность импульса с 1 мкс, плотность тока пучка 1 А/см2.

При накачке активной среды в составе 1520 Торр Не, 120 Торр Ne, 60 Торр Аг при близком к оптимальному коэффициенте отражени зеркала 3R - 26% получают энергию генерации на Я 5852, sA(E0)-4,2 мДж, что соответствует КПД-0,4%. Введение в активную среду 1 Торр Хе и использование R 14% (уменьшение оптимальной прозрачности обусловлено уменьшением /3) позвол ет ПОЛУЧИТЬ EI 8.5 мДж и КПД 0,8%. Уменьшение концентрации Хе до 0,1 Торр (3 101Ь ) приводит к снижению энергии лазера практически до Е0, а увеличение концентрации Хе до 10 Торр приводит к падению энергии генерации до 3,5 мДж. Аналогичные результаты получены и дл Н2. П р и м е р 2. Экспериментальна установка аналогична установке по примеру 1.

Пои накачке активной среды в составе 760 Торр Не, 1140 Торр Ne, 190 Торр Кг и коэффициенте отражени выходного зеркала 20% получают энергию генерации 5 мДж, что соответствует КПД -0,2%. Введение в состав активной среды 2 Торр Хе и уменьшение R до 11% позвол ет обеспечить Ei 12 мДж, что соответствует КПД - 0,5%. При оптимальной концентрации Н2 1 Торр получают энергию излучени около 11 мДж А 7245А).

Пример 3. В экспериментальной установке, описанной в примере 1, холодный катод заменен на гор чий (накаливаемый ), который генерирует электронный

пучок с плотностью тока 40 мА/см2 длительностью 30 мкс.

При накачке активной среды в составе 1520Торр Не, бОТорр Ne, 20Topp Arи коэффициенте отражени выходного зеркала

14% получают энергию генерации на А §852,5А около 16 мДж, что соответствует КПД-1,1% (вложенна в газ энерги ,4 Дж). Введение в .состав активной среды 0,4 Торр Хе (1,3 1016 ) при R v 8% позвол ет

повысить энергию лазера до -73 мДж, т.е. достигнуть КПД 1,6%. Использование 0,3 Торр Н2 позвол ет получить мДж (КПДа 1,8%). Уменьшение концентрации ксенона в 10 раз (1,3 1015 ) приводит к снижению

энергии генерации до 17 мДж, т.е. практически до первоначальной величины, а увеличение концентрации Хе до 5 Торр приводит к снижению энергии лазера до 13 мДж.

П р и м е р 4. Экспериментальна установка аналогична описанной в примере 3. При накачке активной среды в составе 760 Торр Не, 760 Торр Ne, 60 Торр Аг на Я 7245 А получают энергию генерации1 10 мДж. что соответствует КПД-0,35%. Введение в активную среду 1 Торр Хе позвол ет увеличить выходную энергию лазера до 22 мДж и КПД до 0,7%, т.е. КПД и удельна мощность генерации возрастают приблизительно вдвое.

Таким образом, лазер согласно изобретению позвол ет по сравнению с известными увеличить в 1,5-2 раза и более КПД и удельную мощность генерации на 3p-3s-ne- реходах неона.

QJ

Claims

Формула изобретени

Лазер на Зр-Зз-переходах неона, содержащий источник ионизирующих частиц и ра- бочую камеру, заполненную рабочей смесью, плотность которой больше 1019 см , состо щей из гели , неона и тушащего инертного газа в концентрации, большей 3 1016 , но не более 15% от плотности рабочей смеси, и потенциалом ионизации меньшим, чем энерги нижнего резонансного уровн неона, отличаю- щ и-й с тем, что, с целью увеличени КПД

и удельной мощности излучени , в качестве тушащего газа рабоча смесь содержит Аг или Кг и в ее состав дополнительно введен Хе или Hg.HD или Da в концентрации не менее 10 , но не более 20% от коицентрации тушащего газа.

U1IMMIIIIIMIIIIIMIIII1

X