Диагностика плазмы и анализ физических процессов в рекомбинационном гелий-стронциевом лазере тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

РОСТОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

КОПТЕВ Юрий Васильевич

ДИАГНОСТИКА ПЛАЗШ И АНАЛИЗ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЕКОМБИНАЦИОННОМ ГЕЛИЙ-СТРОНЦИЕВОМ ЛАЗЕРЕ

л

01.04.03.- радиофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ростов-на-Дону 1991

Работа выполнена в Ростовском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете

Научные руководители: докТор физико-математических наук, профессор Сэм М.Ф.,

кандидат физико-математических наук, доцент Латуш Е.Л.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Петраш Г.Г., "

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Иванов И.Г.

Ведущая организация: Институт физики полупроводников, г.Новосибирск СО АН СССР

Защита состоится "26" 1991 г. в -¡Ч часов

на заседании специализированного совета К 063^52.II в Ростовском государственном университете (344104, г.Ростов-на-Дону, пр.Стач-ки, 194, НИИ физики ЕГУ, ауд. 411).

*

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ИУ (Ростов-на-Дону, уд ..Пушкинская, 148).

Автореферат разослан " ¿3 ". _1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета Заргано Г.ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Среда различных типов лазеров ионные лазеры на парах металлов привлекает к себе все большее внимание. Обладая всеми положительными свойствами газовых лазеров (большие активные объемы, возможность реализации высокого уровня энерговклада в среду, однородность лазерного вещества), этот класс лазеров отличается гораздо больпшм числом механизмов создания ян -версии (благодаря использованию различных процессов передачи энергии от атома или иона буферного газа иону металла). Это дает возможность получать генерацию на большем числе длин волн, зклю-чая видимую и УФ-области спектра / I ■/.

Одними из наиболее привлекательных среди этой группы лазе -ров являются ионные лазеры на парах стронция ( Л 430,5 ел) я кальция (373,7 нм) / 2 /, интерес к которым в значительной мере возрос в последнее время. Все увеличивающееся количество работ, посвященных исследованию этих лазеров, объясняется тем, что к настоящему временя они перестали быть лабораторными макетными образцами и уже достигают уровня перспективных коммерческих мо -делей / 3 /. Реализованные средние 4 Вт на А. 430,5 нм 5ЛГ , ' ~ 1,3 Вт на Л 373,7 нч С>]1) и импульсные мощности (соответ -ственно ~ 20 и 10 кВт) делаэт их перспективными в различных областях науки и техники / 4^5 /. Вместе с тем, большое количество уже реализованных и прогнозируемых применений этих лазеров тре -бует дальнейшего улучшения их выходных характеристик, что невозможно без глубокого и точного уяснения механизма их работы.

К началу настоящей работы, медду тем, существовала некото -рая неоднозначность в этом вопросе. Так, наряду с общепринятым рекомбинационным механизмом / 1,2 /, в работе / 6 / был предаю -

ген альтернативный механизм создают инверсии в Не-¿г и Н е-Са лазерах. Проведешше ле до настоящей работы диагностические ис -следования лазеров не всегда были достаточно обоснованными и комплексными.

Целые работа в связи с этим является: '

- обоснование возможности использования различных диагностических мэтодик для определения параметров активной среда He-Sr лазера;

- проведение комплексной диагностики плазмы этого лазера с

целью более глубокого уяснения механизма его работы;

- исследование перспективных (с точки зрения механизма его

работы) схем возбуждения лазера для осуществления генерации на переходах йот стронция. Научная ковззна.

1. Иолучзш калибровочные кривые, позволяющие использовать аондоый ыо?од,дкагноатики в "переходном" и "граничных" областях работг /зонда при числах Кнудсена К«^ 1 , Кг. 7> Í.

2. Проаедона комплексная диагностика Нс-А- лазера, позво-лявгзя шяз„"гь олед^щзче особенности поведения параметров плазмы:

я) В оптимальном реяиме работа лазера к концу импульса тока реализуется значительная ( Ъ 60 %) степень двукратной ионизации атома стронщи». " •

. б) tío и« ишудьса генерации А 430,5 ш концентрации ме-тастаоильацх состояний атома гелия и стронцая достигают соответ -стаеюю Ю13 см"3 и I012 см-3.

в) Электронная температура быстро спадает в послесвечении. Во время имт'ульса гзнецацж; (спустя i ~ 0,1 икс после импульса тот) Т« составляет • 7k л эВ, величина концентрации

г.деглтонов при этс;л достигает ne ~ (4Í2)«I01^ см-3.

5 - .

3. Еперзие экспериментально обнаружен немонотонный характер теплошделения в чистом гелии, связанный с наличием у атома ге -лил Еысокораеположенных метастабильных состояний и малым време -нем релаксации электронной температуры при больших давлениях газа.

4. Впервые получена генерация на сшей линии с Л 430,5 нм, а также на ИК-переходах иона стронция с Л 1,03; 1,0Э; 1,08; 1,1;.1,2 мил в разряде с электронным пучком коаксиальной конст -рукции (в режимах "открытый разряд" и "обратный электронный пу -чок").

5. Показана перспективность использования предыошзации для улучшения характера работы лазера на парах металла в разряде с начал катодом. Впервые получена генерация Я 430,5 ил в "полом катоде" с преднонизацией.

6. Реализовал непрерывный Ж лазер с А 1,1 и 1,08 мхм на переходах иона стронция в ¿>Г-Не-Кг смеси с ЕЧ-^возбуадением активной среды.

Обоснор-анность и достовешость полученных в работе резуль -татов определяется комплексным характером проведенных исследований. Выводы о кинетике параметров плазгш активной лазерной среды сделаны на основе анализа результатов диагностики несколькими

методами. .Значительное место в работе уделено вопросу о примени-

\

мостя используемых методик, Достоверность результатов, кроме того, 'подтверждается непротиворечивостью некоторых из них с данными других авторов, подученными в последнее время.

Практическая ценность. Полученные результаты позволили бо -лее глубоко уяснить механизм работы Не-Йг лазера, выявить аде -альные условия накачки, к который необходимо стремиться, коне*-* -руируя конкретные лазерные установки.

е

Показана перспективность использования пучковых типов разряди для накачки рекомбинационных лазеров.

Основные подоконий, выкосише на защиту:

1. Результаты комплексной диагностики активной среды Не~$г лазера, позволившие проанализировать кинетику населенности ¿осто-яшш атомов и ненов стронция, атомов гелия, параметров плазмы

( ие , Те ) и убедительно подтвердить рекомбинационный механизм его работы.

2. Экспериментально обнаруженный немонотонный характер теп -ловвделения в чистом талия, связанный с наличием у атома гелия выеокорасположеннкх метастабильшх состояний и малым временем релаксации электронной температуры при больших давлениях хаза.

3. Результаты исследования активных сред $г -ионного лазера о накачкой е пупковых типах разряда, в результате которых:

а) .впервые получена генерация на линии с А 430,5 нм, а также на ИК горсудах с 'Л 1,03; 1,08; 1,09; 1,1; 1,2 мкм иона строь-^'л а разряде с электронным пучком коаксиальной конструкции (в "отнгитай разряд" и "обратный электронный пучок");

6} показала перспективность использования предаонизации дая улучшения характера работы лазера на парах металла в режиме "по -лый катод". Впервые подучена генерация с А 430,5 нм'в "полом ка-'<■'Де" о предао^шзацией; • .

и) реашпошн непрерывный Ж лазур о Л 1,1 и 1,08 мкм на переходах иоиа стронция в 5г-Не-Нг су;;он с БЧ-возбуждением ак -средн.

Апробация работы. Основше результаты работы докладывались и обсуядались на Всесоюзных семинарах "Лазеры на парах металлов

1.:: применение" (г.Новороссийск, Т985, 19Б9; Лазаревская, 1991), на Ьсесовзном совещании "Итера,ля заселенность и генерация на

переходах в атомах и молекулах" (г.Томск, 1986), Всесоюзном семинаре "Спектроскопия активных сред газовых лазеров" (г.Таллинн, 1990 г.).

Публикация. Основные материалы диссертации опубликозшш в 3-х печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Она содержит 120 страниц основного текста, Ч3 рисунков, таблиц и список литературы из 149 названий.

- СОДЗЕШМЕ РАШШ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель исследований, дано краткое изложение содержания работы, приведены основные положения и результаты, Еыносимне кз защиту.

В первой главе рассматриваются п анализируются различные методы диагностики плазмы с точки зрения их возможного использова -Ш1я для исследования активных сред лазеров. Ка основе обзора ли -тературн сделан вывод о том, что не существует универсального метода диагностики, подходящего-для,всех лáзepoв, в различных режимах работы. Это связана как со спецификой объекта исследования (активная лазерная среда), так и с особенностью традиционных да -агностических методик, .разработанных, главным образом, для случая высокотемпературной плазмы. Неравновесность, нестациогарность, сложный химический состав, "средние" значения давления газа (па -ра) I0f300 Тор, электронных концентрации и температуры ( "е =

Ю13 см-3, T^ xí I эВ) затрудняют, испсльзов'аниё традиционных *

методов диагностики, требуют использования слабо разработанных математических моделей ("переходный" режим в зондовом методе, "радиационно-столкновительный" - в спектроскопическом). Подчерки- • вается, что в такой ситуации достоверную информацию о характере

поведения параметров плазмы можно получить, во-первых, проводя дополнительный анализ обоснованности используемых методик и, во-вторых, осуществляя комплексное исследование с помощью несколько • методов, сопоставляя все полученные результаты.

Объектам исследования настоящей работы являлась активная среда Н<?-Зг лазера. К моменту начала работы было предложено два механизма создания в нем инверсии. Наряду с общепринятым рекокби-национкш / 1,2 /:

Sr++ + 2е — е (I)

в / 6 / рассматривался механизм накачки за счет реакций ступен -чатой перезарядки (СПЗ):

Sr+++SrfOSr+*+Sr+ ; Ör++ HefM) + He (2)

Механизмы (I) и (2) существенно различаются в требованиях к идеальным условиям для их реализации. Роль же того или иного меха -низма в значительной мере определяется кинетикой поведения параметров Не-$г плазмы. Анализ проведенных ранее диагностических исследований показал необходимость проведения комплексного ис -' следования активной лазерной среда; а также анализа применимости используемых при этом диагностических методик, В конце главы формулируются задачи работы. •

Вторая глава посвящена зовдовой диагностике активной среды Н» - ¡5г лазера. Лазер работает при давлениях буферного газа ^ 30 Тор. Эти рабочие условия соответствуют слабо разработанному, так называемому "переходному" режиму работы зонда (для зон - • дов с радиусами а z IOC мкм). В связи с зтим, в начале главы, исследуется вопрос о применимости зовдовой методики в этом режиме (при числах Кнудсена К«= A/a+d^i) (здесь А - дайна сво -бодного пробега частицы, d - толщина слоя). На основе теорети - -

ческих и экспериментальных исследований делается вывод о значп -телышх искажениях в определегаш параметров плазмы при использовании ленгмюровской и диффузионной моделей в этом случае. Теоретический анализ состоял, во-первых, в расчете водьтамперной ха -рактеристики зонда в "переходном" режиме с использованием алго -ритма "модифицированного приближения холодных конов". Совместно решались уравнения Пуассона и закона сохранен®: энергии для ад -линдрического зонда. Учет столкновений в '.'переходном режиме" осуществлялся путем введения в уравнение закона сохранения онер -гии члена, 'учитывающего треше при столкновениях. Система реша ~ лась численно методом Рунге-Кутта при различных величинах частот соударений ионов (т.е. различных величинах числа Кнудсена). Кроме того, анализировалась возможность использования (погреганость) метода "первой производной" дая определения ФРЭЭ в "переходном ре -жиме"работн зонда для различных параметров А/а+ с( . Экспери -ментальное исследование проводилось с помощью нескольких зондов с радиусами а = 5-1-150 мкм в широком диапазоне варьирования экспе -риментальннх условий: в разряде постсягагого тока и импульсном разряде, в различных'газах, с использованием одно- и двухзондовой методики обрабопси результатов. ,

В результате проведенных исследований получены калибровочные кривые, позволяющие выявить кв только тенденции искажения пара -метров плазмы ( пе ,1ё ) при использовании ленплюровской и диф -фузионной моделей, но и оценить при этом величину озкбки в "пере' ходном режиме" работы зонда. С учетом подученных результатов была проведена зовдовач диагностика активной среда Не-5г лазера. Изучена кинетика параметров плазм пе й Ц в различных режимах его работы. Во времена, соответствующие импульсу генерации Я 430,5 нм 5ГЗГ , как показали измерения, в оптимальных условп-

ях накачки (4±2)*1014 см"3, Те 0,25±0,1 эВ.

В третьей главе исследуется активная среда лазера с

помощью спектральных методов. Основным критерием при использовании спектральных методик является близость плазмы к состоянию термодинамического равновесия. В начале. 1\лавы этот вопрос рассматривается в отношении Ие- Зг плазмы. На основании проведен -ных теоретического анализа и экспериментального исследования выявлены:

а. Значительная неравновесность степени ионизации как во времена импульса тока, так и во времена, соответствующие импульсу генерации Я 430,5 нм, что делает невозможным использование формулы Саха и модели локального термодинамического равновесия для описания параметров плазмы.

б. Отклонение от ыаксвелловской функции распределения электронов по энергиям (и, следовательно, невозможность использования спектральных методов диагностики) во время импульса тока.

в. Существование диапазона изменения рабочих условий лазера ( РНе^ 300 Тор, и, ^ ю13 см-3, Тв 0,2 эВ), в рамках . которого возможно использование модели частичного локального термодинамического равновесия для описания заселенности высоковозбужденных уровней атома гелия. •

С учетом полученных результатов проведена диагностика спектральными методами.активной среды Не.-Йг лазера: измерялась кинетика электронной концентрации (по величине штарковского ушрения линий водорода), температуры (по 'относительной интенсивности спектральных линий гелия) и населенности долгоживущих состояний атомов гелия и стронция и иона стронция (по самопоглсцению, ме -тодом "двух длин"). Измерения проводились в различных режимах работы Не - & лазера. Абсолютные величины ие и Те и их динамика

при изменении рабочих условий в целом согласуются с результатами зовдовой диагностики. Как показали проведенные измерения, во времена, соответствующие импульсу генерации Л 430,5 12л, населен -ность метастабильных уровней атомов стронция и гелия достигает соответственно Ю12 см-3 и Ю*3 см"3. Полученные величины значи -тельно неясз используемых автором СПЗ-мехакизма работы Не-Эр лазера / 6 /.

Экспериментально обнаружен немонотонный ход тепловыделе:<гя в чистом гелии, связанный с наличием у атома гелия высокорасполо -генных метастабильных состояний и мальм временем релаксация электрошюй тешературы в плотной плазме. Изменение текпература после импульса тока происходит настолько быстро, что некоторое время метастабильные состояния оказываются недозаселекннмя отно -сительно существующих в это время и . Лишь через нексто ~ рое Ере?.:я населенность кх начинает соответствовать условиям е плазме и электроны дополнительно подогреваются за счет электрон -ного девозбуядешк ыетастабплей гелия.

3 четвертой главе- описываотся диагностика Ме- Зг плазмы по резонансному поглощению излучения 'перестраиваемого лазера па кра-. сителе..

В начале главы исследуется вопрос о возможном влиянии эонда-рупцего излучения на измеряемые параметры. Теоретически опенива -ется максимальный уровень сигнала, прй котором еще не наблюдается процесс насыщения исследуемых переходов. Далее описывается ис -пользуемый автоматизированный лазерный измерительный комплекс. 'Значительное внимание уделено обсуждению иодбли, устанавливающей .соответствие ослабления зондирующего сигнала абсолютным величинам населенности исследуемых уровней. Расчет населекпостей проводится в приближении гауссового характера уширенпя контура излучения и

фойгтовского контура поглощения. Конструкция лазерной трубки позволяла осуществлять зондирование как вдоль, так и поперек актив -ного объема, что дало возможность производить оптическую накачку в центре контуров поглощения. Контуры поглощения исследуемых пе -реходов рассчитывались теоретически, а также восстанавливались численно из измеренных контуров ослабления зоццирукщего сигнала (при этом исключался эффект насыщения контуров). Исследование обзорного спектра поглощения Не- Зг плазмы позволило выявить наличие £>г -содержащих молекулярных комплексов во время импульса тока. Получена кинетика населенностей состояний атомов стронция и гелия и иона стронция: метастабидышх Ч10£,5*Ро>5!'

Не СМ) - ¿'5, 2 , основных '5.;3г(0)-5г8,/д. Исследована

динамика коэффициента усиления на рабочем переходе 53р=,/г

А 430,5 нм в различных режимах работы Йр-Зг лазера. Выявлено существование радиальных акустических колебаний среды в трубке с периодом ~ 5+7 мкс. Зарегистрировано наличие предварительной ионизации активного объема в частотном режиме. Измеренные абсо -лютные величины населенностей метастабильных состояний атомов гелия и стронция подтвердили сделанный в третьей главе вывод об их

сравнительно низкой.концентрации (*• Ю13 см-3, ~ 10*2 см-3). Полученные данные о населенности долгоживущих состояний атома и

иона стронция, атома гелия позволили сделать вывод о реализуемой значительной ( ^ 80 %) степени двукратной ионизации атомов стронция в режимах, оптимальных для генерации Я 430,5 нм.

Пятая глава посвящена анализу.механизма работы Не ~ Зг лазера. В начале главы систематизируются результаты проведенной комплексной диагностики активной среды. Сопоставление данных, полу -ченных с помощью различных диагностических методик,позволяет сформулировать следующие основные особенности поведения парамет-

ров плазш Йг-Sr лазера во вреда импульса генерации A. 43Ü,5 юл, важные с точки зрения уяснения механизма его раб и г;;:

а) быстрый спад электронной температуры з послесвечении, Во времт импульса генерации (спустя ¿-0,1 мкс после импульса тока)

• Те составляет Te~0,25i'0,ü7 зВ, а величина ко^ентршли элсктро -нов при этом достигает ~ (4Í2)»I0^ см"3;

б) населенность метастабилыдос состояний агомов гелкя и стронция в максимуме импульса генерации составляет соответственно I013 см"3 и Ю12 си"3;

в) к концу импульса тока реализуется значительная (» 80 %) степень двукратной ионизации атомов стронция.

Сравнение на основе полученных данных вклада' -трсхчастичной рекомбинации (I) я ступенчатой перезарядки (2), проведенное га основе выявленных особенностей поЕадеккя параметроэ илязмн опре -деленно указывает па рскоглбгнацискнмй моханизм создания яверсии в We-Sr лазере. Полученные результаты находятся в хорошем соответствии-с результатами теоретического расчета, выполненного по "рекомбикационной" математической модели.работы Не -ár лазера (модель разработана Е.Л.Латушем) / 7 /, а также с работой / 8 /.

Д.1Й более убедительного л нагдвднего выяснения ролл стутег -чатой перезарядки в заселэши верхнего лазерного уровня были проведены эксперимента по исследования отклика генерации Я 430,5 км и спонтанного излучения различный линий атома гелия, атс:.-а к иона стронция на модуляцию населенностей цетастабяльннх состояний атомов гелия и стронция.

Воздействие на населенности мзтастабильннх состояний произ -водилось, во-первых, наложением на послесвечение второго импульса тока, примерно на порядок по амплитуде меньше основного. Этот импульс приводит к некоторому разогреву электронного газа и росту

в несколько раз во время него концентрации метастабильных атомов, что надежно фиксировалось как по реабсорбции линий (методом "двух длин"), так и по возрастанию интенсивности спонтанного из -лучения линии Я 689,2 нм Sri , начинающейся с метастабильного уровня F3P| стронция. Если бы основным в накачке лазерного пе -рехода был механизм ступенчатой перезарядки, то интенсивность спонтанного излучения и генерации на линии 430,5 на SrjT в период второго импульса должна была бы возрасти. Однако, в экспери -менте наблюдается противоположный эффект. В спонтанном излучении и генерации наблюдается провал, что хорошо согласуется с реком -бинационным механизмом.

Еще более селективно можно воздействовать на ыетастабили стронция методом резонансной оптической накачки с использованием перестраиваемого лазера на красителе, при этом воздействие на температуру электронного газа будет минимальным. В экспериментах удавалось добиться насыщения интеркомбинационного перехода с

§

X 689,2 нм, т.е. выровнять населенности основного, и метастабильного состояния (с учетом статистических весов уровней). С помощью лазера на красителе методом резонансного поглощения был измерен временной ход населенностей атомов стронция в основном и метаста-бильном состояниях. Измерения показали, что при оптической накачке населенность метастабилей стронция увеличивается на 1-2 порядка. Однако при этом никаких заметны^ изменений в величине окон -тайного излучения и генерации на линии 430,5 нм ЗгЖ замечено не было. Проводились также эксперименты по оптическому расселению метастабилей стронция. Оптическая накачка с Я = *497,1 нм (эта дайна волны соответствует переходу между метастабальным 5"3 Р° и возбужденным состояниями атома стронция) также не приводи-'

ла к'уменьшению интенсивности лазерной генерации. Таким образом,

проведенные эксперименты подтвердили незначительную роль механизма ступенчатой перезарядки (2) в работе -Н>-$г лазера.

На основании всех полученных дшпшх, а также обсуждения результатов работ других авторов в конце главы подтверждается вывод о рекомбинационном механизме работы Не-3г лазера. ,

В шестой главе исследуется возможность получения генерации рекомбинационного Не-3г' лазера в перспективных с точки зрения механизма его работы "пучковых" типах разряда.

В начале главы описывается Не-3г лазер с разрядом типа по -лнй катод. Попытки получения генерации в полом кат'оде ранее не принесли успеха ввиду недостаточного энерговклада в среду. В данной работе исследовалась возможность использования систем пред-ыснизации для решения этой проблемы. Предыонизация за счет коронного разряда (или дополнительного ВЧ-импульса возбуждения) позволила в используемых конструкциях увеличить плотность тока в 1,5 раза (с j = 6 А/см^ до 9 А/ом2), реализовать однЬродный разряд на активной длине С ~ 25 см и впервые получить в разряде с полым катодом генерацию на синей линии иона стронция А 430,5 нм. Измеренный максимальный уровень электронной концентрации при этом со-, ставил пе*ю14 с«-3.

Генерация А 430,5 пм была получена также и в лазере с электронным пучком коаксиальной конструкции. Она была осуществлена как в режиме "открытого разряда", так и в режиме "обратного электронного пучка".

В Не- Кг смеси была реализована одновремешюя генерация с тремя типами накачки: самоограниченная (Л 1,03; 1,09 шал), генерация с накачкой за счет перезарядки ионов криптона на ионах стронция ( Л 1,08; 1,1; 1,2 мкм) и рекомбинадаошшя ( Л 430,5 км). Приведены таете результаты исследования ионного лазера

1С •

ш парах стронция с ВЧ-возбуждением активной среда, В результате проведенных экспериментов реализовав непрерывная Ж генерация . Л 1,1; 1,08 шеи в Зг-Н<?-Кг .

В заключении сфорлулированы основные результаты диссертационной работы.

ОСНСВШЕ ЕЗЗУЛЬТАЛИ И ВЫВОДИ

I. Исследована применимость различных методов диагностики душ определения параметров активной среда Н^-Зг лазера, в ре -зультатс ч'егс:

а) подучены калибровочные крииие, позводякщие оценивать погрешность применения. зондовога метода диагностики в "переходном режиме" рабсты зонда. Это делает возшышм применение зоцдов для исследования активных сред лазеров, работающих при "средних" дгшлеш:;у газа (пара) Р = 10300 Тор;

о}. а«слод',оЕано отклонение плазмы Йе-Зг лазера от состоя -шы ^^оддауличеокого равновесия, в результате чего выявлены: • - 1^."У!онеше ст максвелловской функции распределения ФРЭЭ ^о враг/.-, шацгдгса тоге.; *

- судесгьоьакио даапаэока изменения рабочих условий лазера ( р.,е £ -300 Тор, СО^'см^5, Ц, ^ 0,2 эВ), в рамках которого ьсамяаио использование модели частичного локального термодинаш-чесл.и о х^аздь&огс для шкеакая гасегснкос^л выссковозбувденных си.^а гелля (6 £ к & 9). '

'¿. Экспериментально обнаружен немонотонный ход Те в чистом е«я&л, связапшй с наличием у атсма гелия внсокорасполокенных мм'четаб^гыда состояний и малик в плотной плазме временем ре ~ -"аератури свобйя^я :*ектронов. 3. ¡роведеиа комплексная ратноетика активной среда

Не - 5г лазера. Исследована кинетика поведения параметров плазмы ( ,Те ), населенности состояний атома и иона стронция, атома гелия в активной лазерной среде с помощью нескольких обоснованных диагностических методик, что позволило выявить следую -щие особенности:

а) реализуется значительная ( > 80 %) степень ионизации атомов стронция в рабочих режимах работы Не-Яг лазера;

б) во времена, соответствующие импульсу генерации, населенность метастабильных состояний атома гелия и стронция достигает ' величины соответственно ~ Ю13 см-3 и ~ 10^ см-3;

в) электроннач температура быстро спадает в послесвечении. Во время импульса генерации (спустя 0,1 »же после импульса тока) она составляет 0,2510,07 эВ, а величина концентрации электронов при этом достигает (412)-10^4 см-3.

4. На основе результатов комплексной диагностики Не - Зг шгазмы, а также экспериментов по исследованию роли ступенчато-перезарядочного канала заселе1шя верхнего лазерного уровня под -твержден вывод о рекомбинационном характере работы Не- ^г лазера.

5. Исследованы перспективные .(с точки зрения механизма ра -боты лазера) "пучковые типы" разряда с целью использования их для накачки ионного лазере на парах стронция, в результате чего:

а) впервые получена генерация на сшей .линии Д 430,5 нм, а также на ИК переходах с Я 1,03; 1,08; 1,09; 1,1; 1,2 мкм иона стронция в разряде с электронным пучком коаксиальной конструкции (в режимах "открытий разряд" и "обратный электронный пучок");

б) показана перспективность использования предаонизации для улучшения работы лазера на парах металла в режиме "полый катод". Впервые получена генерация Я 430,5 нм в режиме "полый гатод" с предыонизацией;

в) реализован непрерывный ИК лазер на переходах иона-стронция с ВЧ-возбуждением активной среди на Л 1,1 и'1,08 мгал в '•

S, - Кг смеси.

ОСНОВНОЙ .МАТЕРИАЛ ДИССЕРТА1Ш ОПУБЛИКОВАН В РАБОТАХ: ,

1. Коптев Ю.В., Латуш Е.Л., Сэм Ы.Ф. Диагностика плазмы Не'Ьс лазера // Тезисы докл. на Всесоюзн.ссзещ. "Инверсная заселенность 'и генерация на переходах в атомах и молекулах". -Томск, 1986, - С. 33-36.

2. Коптев Ю.В., Ла-гуга Е.Л., Сэм М.Ф. Генерация на ионных переходах стронция в разряде с электронным пучком // Квантовая илектронгка. - 1990. - Т.17, й 4. - С. 412-413.

3. Роль сгутнппатых удьроа второго рода з механизме накач1Ш гелий-стронциевого рекшбинационногс лазера / Е.Л.Латуи,

Ю.В,Коптев, М.Ф.Сзм, Г.Д.Чеботарев, Д.А.Корогодин // Кванто -к« ^л^ктро.шка. - 1991. - Т.18, & 12. - С. 1427-1434.

' СШ130Н. Щ'ГИРУЯМОЙ ЛИТЕРАТУРА

1. Мваноз.П.Г., Лигу* Е.Л., Сэм Ы.Ф. Ионные лазеры на парах ме -■•■аллов. - : Енергзагомиздат, 1990. - 255 с. '

2, Лагуа ЕЛ., Сэм И.Ф. Рскомбнвацеоншв лазерные.переходы в.

Й С«1 и ЖЭТЗ. -'1973. - '1.64, Н. - С. 2QI7--20I9.

о. .K'fifflirue aaci.'^iKK шудьских рзкосбаюцйонных• лазеров.на ла -.-ах сргацш: z кальцяк // Л.Ы.В^кящуг, Е.Л.Латуш, Б.Я.Севас1Ь--.зкщ, М.^.Сак // ШО. - 1991. - » 2. - 0. 235.

4. Вынужденное излучение на линии таллия 535 кл при квазирозо -нактюй оптической какачко ci:ecn TF- Не излучением rlf -C« да-зора / С.П.Атамась, Л.М.Б;л:спл!» Ю.В.Коптев и др. // Квантовая электропила. - 1964. ~ Т, II,, / 2. - С.229-231.

Avrir-ncb С.II., Коптев Ю.Б-, Латуи Б.Л. Генерация га переходах

дамеров теллура при оптической накачке излучением рекомбшгаци-онного Не-Зг лазера // Квантовая электроника. - 1985. - Т.12, № 2. - С. 432-433.

6. Гринченко Б.И. Об одном механизме образования инверсии в га -зовых лазерах //ИФ. -.1982. - Т.52, вып. 9. - С.1892-1894.

7. Букшпун Л.М., Латуш ЕЛ. Математическое моделирование газоразрядного рекомбинационного гелий-стронциевого лазера// Препринт ВИНИТИ, № 6298-В87. - Ростов-на-Дону, 1987.

8. Сатмаи /1 ыЦ- ^сх о {очу'ЛиЖпаС ¿{^о^ егс\М Не-Яг тееом(?1мЬон ¥ат Ц ГЕЕЕ У. с{/РиаЛи* М- - - V. 26 , /Г3.— р. Ш-1Ш.

УПЛ Р1У Зак. 360. Т. - 100.