Электрофизические процессы накачки и оптические свойства активных сред мощных лазеров и усилительных систем тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

На правах рукописи

Курунов Роман Федорович

ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НАКАЧКИ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АКТИВНЫХ СРЕД МОЩНЫХ ЛАЗЕРОВ И УСИЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

01.04.13 - Электрофизика, электрофизические установки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

1 О ЛЕК ¿003

Санкт-Петербург 2009 г.

003487694

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д.В.Ефремова», г.Санкт-Петербург

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук Гарнов Сергей Владимирович, Институт общей физики им. A.M. Прохорова РАН, г.Москва;

Доктор физико-математических наук, профессор Стариков Анатолий Демьянович, Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико- электронных приборов и систем, г. Сосновый Бор;

Доктор физико-математических наук Туманов Игорь Алексеевич, Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им.Д.В.Ефремова, г.Санкт-Петербург.

Ведущая организация: Российский Федеральный Ядерный Центр Всероссийский научно - исследовательский институт экспериментальной физики, г. Саров

Защита состоится 23 декабря 2009 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д.201.006.01 при Научно-

исследовательском институте электрофизической аппаратуры им.Д.В,Ефремова в помещении Дома ученых НИИЭФА (196641, г.Санкт-Петербург, п.Металлострой, ул.Полевая, д. 12)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЭФА им.Д.В.Ефремова

Автореферат разослан_; /-У /tv'' ^/ «о 2009 г.

Учёный секретарь доктор технических

диссертационного совета ) наук, профессор

Шукейло И.А.

Актуальность проблемы

Мощные лазеры и усилительные системы на их основе представляют собой крупные электрофизические установки, способные генерировать и усиливать интенсивные пучки лазерного излучения с малым углом расходимости. Современные тенденции развития лазеров направлены в сторону увеличения энергетики лазерных установок и повышения качества лазерного излучения и обусловлены как фундаментальными, так и прикладными задачами, к которым, прежде всего, относятся проблемы инерциального термоядерного синтеза, взаимодействия мощного лазерного излучения с веществом, разработки новых технологий и специальных лазерных систем. При решении этих задач лучшие результаты достигнуты с использованием электроразрядных газовых лазеров и твердотельных лазеров с накачкой импульсными газоразрядными источниками оптического излучения. Будущий прогресс в области лазерной физики и техники, с точки зрения повышения эффективности лазерных систем (более 10%), связывают с созданием мощных линеек и матриц лазерных диодов и на их основе систем накачки мощных твердотельных лазеров, обладающих высокими удельными характеристиками и надежностью.

В Советском Союзе, после того как Басовым Н.Г. и Крохиным О.Н. была высказана идея о возможности осуществления нагрева плотной плазмы до термоядерных температур с помощью высокоэнергетичного лазерного излучения, в ведущих научных центрах, в первую очередь, таких, как ФИАН, ФИАЭ (ТРИНИТИ), ВНИИЭФ, ГОИ им.С.И.Вавилова, НИИЭФА им.Д.В.Ефремова, были начаты работы по созданию экспериментальных установок для проведения исследований процессов взаимодействия высокоэнергетичного излучения с веществом и решения проблем лазерного термоядерного синтеза (ЛТС). В дальнейшем эти знания позволили начать исследования, направленные на повышение эффективности применения мощных лазеров в различных технологических процессах и стимулировали создание лазеров импульсно-периодического и непрерывного действия.

В России новый шаг в развитии экспериментальной базы для ЛТС был сделан в 2002 г., когда в РФЯЦ ВНИИЭФ ввели в строй лазерную установку на неодимовом стекле «Луч», являющуюся прототипом более мощной установки «Искра-6». Расчетная выходная энергия лазерного излучения установки «Искра-6» составляет ~700 кДж на длине волны 0,35 мкм (третья гармоника).

Первые системы в мире для ЛТС были разработаны и созданы на базе СО2 лазеров и на твердотельных лазерах на неодимовом стекле в США. В настоящее время в рамках национальных программ в США создана установка NIF на неодимовом фосфатном стекле, а во Франции завершается строительство аналогичного по своим выходным характеристикам лазерного комплекса LMJ. Планируемая на этих установках выходная энергия лазерного излучения составляет ~ 2 МДж на третьей гармонике (Х= 0,35 мкм). В США и Японии действуют программы по созданию термоядерного реактора, использующего принципы ЛТС. В этих проектах в качестве кандидатов рассматриваются твердотельные лазеры с диодной накачкой и эксимерные лазеры с накачкой электронным пучком.

К началу исследований автора, работа большинства научных коллективов, участвующих в разработке мощных лазеров, была направлена на изучение возможности организации газовых разрядов в больших объемах при атмосферном давлении. Были реализованы системы накачки СОг лазеров на основе несамостоятельного разряда атмосферного давления, поддерживаемого электронным пучком, и достигнуты рекордные энерговклады на уровне 0,5 Дж/см3. Разработаны экспериментальные образцы лазеров на самостоятельном разряде с ультрафиолетовой (УФ) предыонизацией и самостоятельном разряде с прокачкой рабочей смеси. Однако получение лазерных пучков с предельно высокой мощностью и яркостью ограничивалось рядом эффектов и явлений, связанных с процессами накачки и оптико-физическими свойствами активных сред. В связи с этим актуальными явились комплексные исследования физических закономерностей и механизмов воздействия систем накачки на уровень и однородность возбуждения и оптическую однородность лазерных сред. Необходимость этих исследований охватывала все известные в то время способы накачки, в том числе на основе несамостоятельного разряда атмосферного давления, поддерживаемого электронным пучком в смеси газов C02:N2:He, самостоятельного разряда с УФ предыонизацией в смесях C02:N2:He и HF газов, самостоятельного тлеющего разряда в потоке газовой смеси C02:N2:He, электронно-пучковой накачки активной среды ХеС1 лазера. Важно было исследовать процессы срыва объемных разрядов в дуговой режим, а для лазеров, работающих в импульсно-периодическом режиме, изучить механизмы послеразрядных пробоев разрядного промежутка, влияющих на возможность работы с частотой повторения импульсов.

Переход от экспериментальных макетов лазеров к действующим полномасштабным лазерным установкам импульсного, импульсно-периодического и непрерывного действия, открыл ряд новых проблем, связанных с газодинамическими процессами, происходящими в газоразрядной камере, которые влияли на режим работы и выходные характеристики лазерного излучения. Необходимы были детальные исследования динамики, масштаба и характера газодинамических возмущений в активных средах электроразрядных СО2 лазеров.

Для решения всех перечисленных выше актуальных проблем и задач потребовались адекватные методы визуализации состояния активной среды в процессе накачки и снятия инверсии. К моменту начала исследований было показано, что одной из наиболее информативных и универсальных диагностик плазменных объектов является голографическая интерферометрия. Однако в тот период голография применялась для диагностики плазмы на небольших лабораторных установках. Поэтому для исследования топографическими методами активных сред мощных электроразрядных лазеров, в условиях многообразия возмущающих активную среду факторов и больших габаритов установок, потребовалось разработать методики и схемы исследования оптических неоднородностей сложной формы и структуры, различных масштабов и градиентов плотности.

Организация эффективной накачки мощных электроразрядных газовых лазеров и твердотельных лазеров с накачкой импульсными газоразрядными лампами ограничивается совокупностью различных по своей природе процессов. В то же время, такие важные показатели накачки, как уровень и пространственная однородность запасенной энергии в лазерной среде, являются общими для всех типов лазеров, поскольку они определяют качество и энергию выходного лазерного излучения.

Лазерные установки, предназначенные для решения проблем инерциального термоядерного синтеза, представляют собой крупные электрофизические комплексы. В состав основных систем комплексов мегаджоульного уровня входят широкоапертурные дисковые усилители с ламповой накачкой и крупногабаритные вакуумные пространственные фильтры, емкостной накопитель с энергией в несколько сотен МДж для дисковых усилителей и ряд других систем. Для получения выходного излучения с высокими энергетическими и пространственно-временными характеристиками необходимо обеспечить эффективную и однородную накачку активных элементов в дисковых усилителях и организовать пространственную фильтрацию нарастающих в результате самофокусировки мелкомасштабных возмущений излучения с помощью пространственных фильтров.

Современная концепция крупных многоэлементных установок предполагает построение многопроходных систем, где ключевыми элементами являются многоканальные дисковые усилители, в которых сосредоточена практически вся энергетика установки. Поэтому исследование и разработка дисковых усилителей и усилительных систем, в состав которых входят также крупногабаритные вакуумные пространственные фильтры, является актуальной задачей.

К моменту начала исследований в СССР (России) функционировали и до настоящего времени успешно работают установки со стержневыми оконечными усилителями. Исследовались одноканальные дисковые усилители с апертурой 15x15 см2 и макеты усилителей 20x20 см2. Поэтому исследования элементов и систем накачки многоканальных дисковых усилителей, разработка архитектуры и конструкции двухканальных (1x2) и четырехканальных (2x2) дисковых усилителей с апертурой каждого канала 20x20 см2 и многопроходных усилительных систем на их основе стали также предметом данной работы.

После принятия решения о создании в РФЯЦ ВНИИЭФ установки «Искра-6» необходимо было разработать и изготовить установку «Луч», для апробации оптической схемы, конструкторских решений и элементной базы будущей установки. Уникальность установки «Искра-6» предопределила актуальность подобных исследований и разработок. Потребовалось разработать и создать дисковые усилители установки «Луч», провести расчеты и исследовать характеристики основных компонентов осветителей восьмиканальных дисковых усилителей с апертурой каждого канала 30x30 см2 , разработать конструкцию вакуумных пространственных фильтров и дисковых усилителей.

Повышение эффективности накачки мощных лазеров требует новых подходов и решений, поэтому разработка систем накачки на базе лазерных линеек и матриц является важной задачей. В связи с этим актуальными являются вопросы, рассмотренные в последнем разделе диссертации, в котором представлены результаты исследований излучательных характеристик линеек лазерных диодов в зависимости от режима работы и методика исследования излучения линеек лазерных диодов, основанная на регистрации в динамике энергетических и спектральных характеристик отдельных эмиттеров линейки.

Цель и задачи работы

Основной целью работы являются проведение исследований физических закономерностей и механизмов воздействия систем и процессов накачки на лазерные среды газовых электроразрядных и твердотельных лазеров и их оптико-физические свойства; исследования эффективности осветителей и обоснование принципов конструирования многоканальных дисковых усилителей и многопроходных усилительных систем мощных лазеров на неодимовом стекле.

В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:

-разработать методики исследования активных сред мощных крупногабаритных газоразрядных лазеров на основе современных диагностических средств и методов, основанных на голографических принципах;

- исследовать структуру разрядов и распределение энерговклада в активных средах С02 и НБ лазеров на самостоятельном разряде с УФ предыонизацией и электроионизационных С02 лазеров, а также однородность энерговклада в эксимерном ХеС1 лазере с накачкой электронным пучком;

исследовать устойчивость объемных самостоятельных и несамостоятельных разрядов и процессы, стимулирующие послеразрядные пробои разрядного промежутка;

- исследовать динамику и масштаб газодинамических возмущений в активных средах электроразрядных С02 лазеров в условиях импульсного, импульсно-периодического и непрерывного энерговклада;

- провести расчеты и разработать конструкции многоканальных многопроходных усилительных систем на неодимовом стекле, включающие пространственные фильтры и дисковые усилители;

- разработать и создать четырехканальные дисковые усилители установки «Луч» и прототип секций восьмиканального дискового усилителя с апертурой каждого канала 30x30 см2;

- провести численное моделирование разряда в крупногабаритных импульсных лампах накачки и экспериментально исследовать спектральный состав излучения ламп, исследовать эффективность отражателей и распределение энергии излучения накачки в плоскости дискового активного элемента;

- разработать методику и провести измерения спектральных и энергетических характеристик излучения лазерных диодов и линеек.

Научная новизна

1. На базе топографических методов и средств разработаны методики исследования физических процессов накачки, влияющих на оптико-физические свойства и однородность активных сред мощных крупногабаритных электроразрядных лазеров с импульсным, импульсно-периодическим и непрерывным возбуждением .

2. С помощью разработанных диагностических средств и методик обнаружены и исследованы новые эффекты, возникающие в объеме активных сред ССЬ, НР/Т)Р, ХеС1 лазеров, обусловленные пространственной неоднородностью предыонизации УФ излучением и электронными пучками, а также неоднородностью накачки электронным пучком, что стимулирует развитие мелкомасштабных структур и крупномасштабных возмущений показателя преломления активных сред.

3. Впервые визуализированы и детально изучены процессы формирования и развития неустойчивостей в виде прорастающих токовых шнуров в объемном несамостоятельном разряде атмосферного давления, поддерживаемом электронным пучком. Получены новые данные о структуре токовых шнуров, концентрации электронов в канале и параметрах периферийной ударной волны на разных стадиях развития неустойчивости. Установлены физические механизмы послеразрядных пробоев разрядного промежутка.

4. Получены новые сведения о газодинамических процессах, происходящих в активных средах газоразрядных лазеров в условиях импульсного и импульсно-периодического и непрерывного вклада энергии с прокачкой газовой смеси, в том числе:

- выявлены особенности зарождения и распространения в газоразрядном объеме приэлектродных ударных волн, ударных волн на границе разрядной области, волн плотности и разряжения, которые формируются на границе зоны генерации, вследствие эффекта самовоздействия;

- определены условия формирования и характеристики тепловых полей в разрядном промежутке проточных лазеров с поперечным разрядом и развития турбулентности газового потока и показано, что важным фактором, влияющим на температуру ядра потока, оказывается процесс турбулентной теплопроводности при передаче тепла от сильно разогретой катодной платы ядру потока, что приводит к дополнительному нагреву газа.

5. Предложены и экспериментально обоснованы конструкции дисковых усилителей на неодимовом фосфатном стекле с размером апертуры в каждом канале 20x20 см2, с конфигурацией активных элементов 1x2 и 2x2, предназначенных для работы в многоканальных, многопроходных усилительных системах, в том числе и установки «Луч».

6. Разработан технический проект экспериментальной восьмиканальной лазерной установки с двухпроходной усилительной системой на базе четырехканальных дисковых усилителей и пространственных фильтров с размером апертуры в каждом канале 20x20 см .

7. Предложена методика расчета фазовых и поляризационных искажений лазерного излучения, проходящего через оптические элементы усилительной системы (линзы пространственных фильтров и активные элементы усилителей), учитывающая весовые и барические нагрузки.

8. На основе экспериментальных исследований и численных расчетов параметров излучения импульсных ламп накачки большого диаметра и длины, формы профилированных отражателей и распределения освещенности в плоскости активного элемента предложена конструкция осветительной системы восьмиканального дискового усилителя (конфигурация 2x4) с размером апертуры в каждом канале 30x30 см2.

9. Разработана методика исследования параметров излучения линеек лазерных диодов, основанная на регистрации в динамике энергетических и спектральных характеристик отдельных эмиттеров линейки.

Научная и практическая значимость

1. На базе голографических принципов, средств и методов разработаны методики исследования активных сред мощных крупногабаритных газоразрядных лазеров с объемом активной среды в несколько сотен литров.

2. Получены количественные значения пространственного распределения изменения показателя преломления активных сред, возникающие вследствие процесса накачки и снятия инверсии. Эти результаты использованы при разработке резонаторов газоразрядных лазеров для достижения дифракционной расходимости и в оценке качества лазерного излучения.

3. Результаты исследования устойчивости объемного разряда и газодинамических процессов (распространение ударных волн, нагрев и турбулизация газового потока, динамика распространения тепловых пробок), происходящих во время работы импульсно-периодических и непрерывных лазеров, использованы при проектировании газоразрядных камер и газодинамических трактов лазеров, а также выборе и оптимизации режимов работы.

4. Созданы многоканальные широкоапертурные дисковые усилители на неодимовом фосфатном стекле с конфигурацией 1x2 и 2x2 , с размером апертуры в каждом канале 20x20 см2. В составе установки «Луч» на модернизированных усилителях получен коэффициент усиления слабого сигнала 0,045см"' и предельная энергия излучения в одном канале 3,5 кДж.

5. Разработаны и изготовлены экспериментальные образцы секций усилителя для восьмиканальных дисковых усилителей ( 2x4) установки «Искра-б».

6. Разработанная методика измерения в динамике излучательных характеристик отдельных эмиттеров в линейке лазерных диодов может быть использована для анализа эффективности технологий выращивания гетероструктур, аттестации линеек и создания матриц и сборок для систем накачки мощных твердотельных лазеров.

Основные положения, выносимые на защиту

1.Методики исследования, разработанные на базе интерференционных и теневых голографических методов и средств, оптико-физических свойств лазерных сред, возбуждаемых импульсными, импульсно-периодическими и непрерывными разрядами, динамики развития неустойчивостей в объемном разряде и газодинамических процессов в активных средах мощных лазеров.

2. Результаты исследования пространственного распределения энерговклада и отклика активных сред лазеров, в условиях пространственной неоднородности потоков ионизирующего излучения (УФ излучение и электронные пучки), определяемой элементами систем накачки - схемой ввода пучков в лазерный объем, геометрией и конструкцией электродов, включая следующие данные :

- в С02 лазерах на самостоятельном разряде с УФ предыонизацией искровыми источниками в результате неоднородной фотоионизации лазерного объема, неравномерной засветки катода и фотоэмиссионных процессов в активной среде формируются мелкомасштабные структуры, с характерным размером ~ 1-2 мм, и

крупномасштабные изменения показателя преломления, характерные также для ШТОР лазеров с УФ предыонизацией скользящим разрядом; - в электроионизационных С02 лазерах и эксимерном ХеС1 лазере при инжекции пучков электронов с энергией 160 - 400 кэВ в лазерных средах зарегистрировано неравномерное распределение энерговклада с характерным размером неоднородности, задаваемым геометрией «прозрачного» электрода или поддерживающей решетки.

3. Методы и результаты комплексных исследований процессов формирования и развития неустойчивостей в виде прорастающих токовых шнуров в объемном несамостоятельном разряде атмосферного давления, поддерживаемом электронным пучком. Новые данные о структуре и скорости распространения токовых шнуров, концентрации электронов в канале и параметрах периферийной ударной волны на разных стадиях развития неустойчивости, обоснование механизма послеразрядных пробоев разрядного промежутка, связанного с распространением в разрядном объеме токовых шнуров и газодинамическими процессами расширения нагретого в канале газа.

4. Совокупность результатов исследований газодинамических процессов, происходящих в возбуждаемых объемными разрядами активных средах, в условиях импульсного, импульсно-периодического и непрерывного энерговклада с прокачкой газовой смеси. Данные о процессах зарождения и распространения катодных ударных волн, волн плотности на границе зоны генерации, формируемых вследствие эффекта самовоздействия, тепловых полей, тепловых пробок, нагрева и турбулизации газового потока.

5. Обоснование принципов построения многоканальных дисковых усилителей и усилительных систем с конфигурацией активных элементов 1x2, 2x2, 2x4. Результаты исследования оптических компонентов системы накачки и расчетов конструкций дисковых усилителей и пространственных фильтров. Создание четырехканальных дисковых усилителей с апертурой каждого канала 20x20см2, которые внедрены на установке «Луч» .

6. Результаты экспериментальных исследований и расчетов элементов осветителей дисковых усилителей 2x4, включая исследования спектральных и излучательных характеристик крупногабаритных ламп накачки ИНП 40/1600 и профилированных отражателей. Создание экспериментальных образцов секций восьмиканального дискового усилителя с апертурой каждого канала 30x30 см2.

7. Методика исследования в динамике энергетических и спектральных характеристик отдельных эмиттеров линейки лазерных диодов и результаты, полученные на линейках, выращенных модифицированным методом жидкофазной эпитаксии и с помощью МОСУЕ) технологии.

В результате выполненной работы, внесен значительный вклад в развитие исследований по формированию активных сред мощных газоразрядных и твердотельных лазеров с высоким уровнем запасенной энергии и однородностью, и решена крупная проблема разработки и создания, на российской элементной базе, оконечных каскадов усиления мощных многоканальных лазерных комплексов, предназначенных для решения проблем лазерного термоядерного синтеза и специальных прикладных задач.

Личный вклад автора.

Личный вклад автора заключается в постановке задач, разработке методик и проведении исследований систем накачки и активных сред мощных электроразрядных лазеров, анализе и представлении результатов. Личное участие автора является определяющим в получении научных результатов экспериментальных исследований элементов осветителей дисковых усилителей, разработке и создании многоканальных дисковых усилителей и усилительных систем на их основе.

Апробация результатов и публикации

Основные результаты докладывались на следующих конференциях и совещаниях (семинарах): Всесоюзная конференция по физике низкотемпературной плазмы (г.Киев, 1979 г.); Всесоюзная конференция «Оптика лазеров» (г. Ленинград, 1982 г.); Международная конференция по явлениям в ионизованных газах ( г.Гренобль, Франция, 1979 г.; г.Минск, 1981 г.; г.Дюссельдорф, Германия, 1983 г.); Европейская конференция по лазерному взаимодействию с веществом (г.Прага, Чехия, 2000г.; г.Мадрид, Испания, 2006); Международная конференция «Оптика лазеров» ( г.Санкт-Петербург, 2000 г.); Международная конференция «Прикладная оптика» ( г.Минск, Белоруссия, 2000г.); Международная конференция по инерциальному синтезу и применениям ( г.Биарритц, Франция, 2005г.); Международная конференция по мощным пучкам частиц (г.Санкт-Петербург, 2004 г.); Белорусско-Российский семинар «Полупроводниковые лазеры и системы на их основе» ( г.Минск, Белоруссия, 2002г.);

Международная конференция «Передовые лазерные технологии» (г.Леви, Финляндия 2007); Международная конференция по лазерам и электрооптике (г.Мюнхен , Германия, 2009 г.).

Материалы диссертации опубликованы в 38 статьях, докладах и тезисах конференций, в том числе 15 - в ведущих реферируемых научных журналах и изданиях.

Объем и структу ра диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Диссертационная работа изложена на 252 страницах и иллюстрируется 137 рисунками.

Содержание работы

Во введении кратко изложена история развития работ по созданию мощных лазеров и лазерных комплексов, предназначенных для исследований в области инерциального термоядерного синтеза и лазерных технологий, обосновывается актуальность темы диссертации; формулируется цель работы, научная новизна, положения, выносимые на защиту и практическая ценность полученных результатов.

Первая глава посвящена описанию систем накачки мощных электроразрядных лазеров и методов исследования однородности энерговклада в активных средах.

Во введении представлен краткий обзор работ, посвященных исследованию АС газоразрядных лазеров с помощью оптических методов диагностики прозрачных объектов, среди которых особое место занимают голографические методы.

В первом разделе главы описываются способы возбуждения лазерных сред. Приведены параметры, системы накачки активных сред и особенности конструкции лазерных установок, на которых проводились исследования: «Старт», «Гибрид» - импульсные С02 лазеры на несамостоятельном разряде, поддерживаемом электронным пучком; «Максим» - импульсно-периодический СО2 лазер на несамостоятельном разряде, поддерживаемом электронным пучком; ТИР-1М - импульсный СО2 лазер на самостоятельном разряде с УФ предыонизацией; ТЛ -быстропроточный технологический С02 лазер на самостоятельном разряде; «Нева» -эксимерный ХеС1 лазер с накачкой электронным пучком; «Флип» - НБ лазер на самостоятельном разряде с УФ предыонизацией скользящим разрядом.

Во втором разделе рассматриваются некоторые оптические свойства плазмы и сделаны оценки вклада электронов, атомов и молекул в рефракцию низкотемпературной плазмы, со степенью ионизации % <1(Г6. В общем виде показатель преломления плазмы можно записать как вклад нейтралей и электронов п-1 = [А + В / Х2]-Ма/ 1ЧЛ - е2л? пе /2типе2, где -число Лошмидта, N3 - концентрация атомов и молекул в основном состоянии, А и В - постоянные для данного сорта газа, е и т - заряд и масса электрона, пе- концентрация электронов, с - скорость света, X -длина волны. Сделаны оценки вклада нейтральной компоненты и электронов в рефракцию плазмы в случае развития в объемном разряде в смеси газов С02:^:Не атмосферного давления ионизационно-перегревной и ионизационной неустойчивостей.

В третьем разделе описаны основные принципы и возможности применения двухэкспозиционной голографической интерферометрии, теневых голографических методов и метода острой фокусировки для диагностики активных сред мощных крупногабаритных газовых лазеров. Приводятся характеристики и конструктивные особенности созданного диагностического лазера на рубине и различные модификации оптических схем проведения экспериментов. Высокая пространственная и временная когерентность диагностического лазера позволила строить оптические схемы (Рис.1), в которых зондирование объекта осуществлялось одновременно в двух взаимно-перпендикулярных направлениях, что позволило повысить информативность и достоверность измерений и исследовать неоднородности сложной

конфигурации.

Рис. 1 Оптическая схема исследования АС

интерференционным и теневым голографическими методами в двух взаимно-перпендикулярных направлениях: 1- лазер; 2-коллиматор; 3- светоделитель; 4, 5 - объективы; 6,7,8,9,10 - зеркала; 11,12 голограммы; 13-электроды газоразрядной камеры лазера.

ск1

Во второй главе представлены результаты исследования процессов формирования объемных разрядов и их структуры, динамики развития оптических неоднородностей в активной среде вследствие неоднородного энерговклада, обусловленного

пространственной неоднородностью излучения предыонизации, распределением напряженности электрического поля в разрядном объеме и конструктивными особенностями газоразрядных камер лазерных установок. Представлены результаты исследования механизма зарождения, развития и структуры неустойчивостей в виде прорастающих токовых шнуров в объемном разряде.

В первом разделе рассматриваются физические явления, происходящие в АС импульсного СО2 и ЭТ-лазеров на самостоятельном разряде с УФ предыонизацией. Исследовались процессы объемной фотоионизации и фотоэмиссии, их относительной роли и влияния на однородность и динамику энерговклада в зависимости от конструкции электродов, расположения источников УФ-излучения, давления газовой смеси и наличия легкоионизуемых присадок. Для этих целей была реализована оптическая схема измерений, показанная на Рис. 1.

Установлено, что неоднородность энерговклада в АС С02-лазера на самостоятельном разряде с УФ предыонизацией длительностью -1,5 мкс имеет крупномасштабную и мелкомасштабную составляющие. Показано, что характер и величина неоднородностей зависят от фотоионизационных и фотоэмиссионных процессов, конструкции электродов и расположения источников предыонизации, распределения напряженности электрического поля в разрядном промежутке, а также от наличия или отсутствия легкоионизуемых присадок. Выяснено, что крупномасштабная неоднородность обусловлена характером распределения электрического поля (повышенное значение вблизи краев электродов) и распределением фотоэлектронов. Особый интерес вызывают мелкомасштабные неоднородности в центральной части разрядного объема и вблизи поверхности катода, которые были зарегистрированы в случае, когда источники УФ излучения располагались за сеточным электродом. Зондирование АС одновременно вдоль и поперек оптической оси показало, что мелкомасштабная структура плотности газа в объеме АС формируется непосредственно под источниками УФ-излучения и вблизи поверхности катода (Рис2). Установлено, что мелкомасштабные структуры связаны с неоднородным энерговклкадом, обусловленным неоднородной фотоионизацией объема активной среды и неравномерной фотоэмиссией электронов из катода. Неоднородное пространственное распределение начальных электронов объясняется частичной экранировкой УФ-излучения элементами сеточного катода, за которыми они расположены, а форма мелкомасштабной структуры определяется его геометрией. Показано, что максимальное удаление источника УФ излучения от плоскости катода,

Рис.2 Интерферограммы активной среды в полосах бесконечной (а) и конечной (в) ширины.

на котором в газовой смеси С02:№:Не =1:1:2 при Р=0,5 атм и и0= 32 кВ, кванты способны эффективно выбивать электроны, составляет ~ 6 см. В результате проведенных измерений выяснены характерные времена формирования и развития мелкомасштабных возмущений нейтрального газа в зависимости от начального давления в газоразрядной камере и наличия легкоионизируемой присадки ТПА. Показано, что введение в газовую смесь С02:М2:Не легкоионизируемой присадки ТПА стимулирует более быстрый рост амплитуды возмущений по сравнению с "чистой" смесью газов.

Представлены результаты исследований однородности активной среды электроразрядного НБ лазера с УФ подсветкой с помощью скользящего разряда. Установлено, что разряд горит в узкой области с размером сечения в плоскости, перпендикулярной оптической оси, равным ~ 1,7x6 см2. Из интерференционных измерений получено распределение концентрации электронов в объемном разряде с максимальным значением на уровне -МО5 см"3, которое зафиксировано к моменту времени > 0,2 мкс относительно начала разряда.

Во втором разделе рассматриваются особенности накачки активных сред С02 и эксимерных лазеров с помощью широкоапертурных ленточных электронных пучков. Однородность объемного несамостоятельного разряда в С02 лазерах зависит от пространственных распределений концентрации электронов плазмы и электрического поля. Стационарное распределение концентрации электронов с достаточной точностью определяется соотношением пе = (3, где Р - коэффициент электрон-ионной рекомбинации; ц - скорость образования электрон-ионных пар, которую можно рассчитать согласно соотношению Я = , где пах - число вторичных электронов, производимых

на 1 кэВ энергии, вложенной в газ; j„ - плотность тока пучка электронов; де/сх - линейная скорость потерь энергии быстрых электронов в газе; N -концентрация молекул и атомов. В электроионизационных газовых лазерах электронный пучок инжектируется в газоразрядный объем через один из электродов, которым обычно служит металлическая сетка, перфорированная металлическая пластина, либо металлические трубки. При прохождении через "прозрачный" электрод часть электронного пучка экранируется, а та часть, которая проходит в газоразрядный промежуток, оказывается пространственно неравномерной. Это обстоятельство приводит к неоднородной ионизации газа и как следствие - неравномерному распределению удельного энерговклада. Представлены результаты исследования воздействия на активные среды электронных пучков с энергией электронов в диапазоне 100-400 кэВ и плотностях тока на выходе за фольгой от 1-Ю'4 А/см2 до 1 А/см2 при длительности импульса от 0,01 мкс до 100 мкс, использующихся для предыонизации объемного несамостоятельного разряда в СОг лазерах, и электронных пучков с плотностями тока на уровне ~80 А/см2 , применяемых для пучковой накачки эксимерных лазеров. С помощью голографических интерференционных и теневых методов получены распределения плотности активной среды в различные моменты времени и изучена динамика формирования акустических волн плотности на границе электронного пучка. Установлено, что в С02 лазерах максимальное значение Др/р0 на границе пучка, равное ~ 4%, наблюдается вблизи поверхности электрода, через который электронный пучок вводится в разрядный объем. В эксимерном ХеС1 лазере значение Др/р0 составило -1,2%.

Вследствие пространственной неоднородности электронного пучка, в объеме AC СО2 лазера формируется мелкомасштабная структура показателя преломления, обусловленная неравномерным энерговкладом. Время формирования этих структур определяется временем V-T релаксации и временем, необходимым для выравнивания давления в областях повышенного энерговыделения (скоростью звука и масштабом неоднородности). Показано, что в условиях эксперимента структуры формируются к 13 мкс и существуют в течение 150 мкс, что, по-видимому, связано с диффузионными процессами. Размер этих структур в направлении катод-анод составил ~1,6 см.

Аналогичные мелкомасштабные структуры наблюдаются в эксимерных лазерных средах, при инжекции электронных пучков с энергией ~ 400 кэВ. Эти структуры формируются к 6-ой мкс и занимают 1/3 объема камеры со стороны фольги, через которую электронный пучок проходит в камеру(Рис.За).

решетка

цуг акустических волн

фольга

РисЗ Интерферограмма активной среды ХеС1,1з= 8 мксек (а), 450 мксек (в)

При проведении экспериментов было также

установлено, что через ~ 100 мкс в лазерном объеме со стороны фольги начинает распространяться цуг акустических волн со скоростью - 320 м/с (Рис.Зв). Причина появления этих волн связана с тем, что при инжекции в активный объем мощных электронных пучков происходит сильный импульсный нагрев разделительной фольги. В результате импульсного нагрева фольга деформируется и возбуждает акустические волны.

В третьем разделе представлены результаты исследования процессов формирования токовых шнуров в несамостоятельном разряде атмосферного давления, контролируемого электронным пучком, и влияние катодных эмиссионных процессов на развитие этого типа неустойчивостей.

Исследования формирования искровых каналов в объемных несамостоятельных разрядах атмосферного давления, поддерживаемых электронным пучком, в смеси газов С02:^:Не, осуществлялись на установках «Старт» и «Гибрид». Эти исследования проводились в разрядах длительностью 8 мкс и 30 мкс при приведенной напряженности электрического поля Е/Ы в диапазоне (1-2)-10"16 Всм2. Электронный пучок с энергией 200 кэВ вводился в газоразрядную камеру через металлическую сетку, являющуюся в данных измерениях анодом, катодом служила медная пластина. Напряжение на разряде изменялось в диапазоне 20-30 кВ.

Основными оптическими методами исследований были двухэкспозиционная голографическая интерферометрия, теневой метод и фотографирование разряда. На установке «Старт» в конструкции сплошного электрода была предусмотрена возможность установки в его средней части плоских зондов ( 3 шт.) диаметром <1 = 20 мм, предназначенных для регистрации изменений плотности разрядного тока, вызванного развитием токовых шнуров.

Эксперименты показали, что токовые шнуры зарождаются и распространяются с поверхности катода из областей с характерным размером ~ 1 мм и концентрацией электронов на уровне ~ 2-Ю18 см"3. Интерференционные измерения, фотографирование разряда и измерение тока в цепи зонда позволяют утверждать, что токовые шнуры формируются в результате возникновения катодных пятен и обусловлены микрорельефом поверхности катода. Выяснено, что в диапазоне значений параметра Е</Н)= (1,5-1,7)-10"16 Всм2 на начальном этапе токовые шнуры движутся по направлению к катоду практически с одинаковой скоростью (1,5 - 3) -103 м/с, зависящей от параметра Ее/Ко • Процесс формирования токового шнура характеризуется образованием канала с высокой концентрацией электронов, на периферии которого формируется ударная волна (УВ). Получены распределения концентрации электронов в различных сечениях канала токового шнура и определены параметры периферийной УВ. На начальном этапе развития концентрация электронов в канале токового шнура у его основания выше, чем в верхней части, и составляет ~ 3-1018 см"3 и 9-1017 см"3 соответственно. Расчеты показали, что к моменту записи голограммы скорость периферийной УВ у основания токового шнура оказалась равной иув=730 м/с (М= 1,59), а у вершины иув=690 м/с (М= 1,5). Установлено, что газодинамические процессы оказывают влияние на скорость распространения токового шнура на начальном этапе его развития за счет повышенного значения параметра Е/И у вершины в результате расширения газа из канала при джоулевом нагреве. Сделана оценка величины напряженности электрического поля у вершины токового шнура Ев ~ 5-104 В/см. Из осциллографических измерений тока в цепи зонда, с учетом количества токовых шнуров, распространяющихся с его поверхности и характерного размера радиуса канала (¡«0,4мм), полученного при обработке интерференционных картин, сделаны оценки плотности тока в канале токового шнура к моменту времени 3 мке и 7мкс, которая составила соответственно ~ 700 А/см2 и 1400А/см2. Показано, что по мере продвижения токовых шнуров среди них появляется «лидер», распространяющийся с большей скоростью. Появление лидера сопровождается резким ростом тока в цепи зонда, а плотность тока в канале этих токовых шнуров составила ~ 8000 А/см2 (Рис.4). Исследование влияния материала катода газоразрядной камеры на процесс формирования токовых шнуров в объемном несамостоятельном разряде атмосферного давления проводилось на установке «Гибрид» при энергии пучка электронов 160 кэВ, токе разряда 3 кА и напряжении на разряде 24-30 кВ. Конструкция позволяла комплектовать катод трубками, выполненными из

г, / \ , ..; \ г Дп-10" д

ц !> ■цм ,=><( и1

' -2 1

\ '' 1

(0 \ У

Максимальная концентрация электронов в канале- п, -\011 см1.

Скорость токового шнура 7600 м/сек

Скорость периферийной ударной волны 830 м/сек

Рис 4 а • интерферогрвмма токового шнура, б -ток зонда, в - напряжение и ток разряда, г- распределение показателя преломления в сечении (1)

различных материалов: Си. А1, Си-Мо-ЬаВб и нержавеющей стали. Использовались голографические методы и фотографирование разряда, регистрировалась интенсивность свечения прикатодной области и контролировался ток разряда в цепи каждого отдельного элемента катода (трубки). Установлено, что формирование и развитие токовых шнуров в первую очередь наблюдается со стороны катодов, выполненных из нержавеющей стали, и этот процесс сопровождается более интенсивным свечением и ростом тока, и позлее всех у катодов из композиционного материала Си-Мо-ЬаВ6. В случае катода из композиционного материала Си-Мо-ЬаВ6, который имеет наименьшее значение работы выхода электронов из всех материалов, используемых в качестве катода в данном эксперименте, разряд горит на всей поверхности катода практически однородно. Установлено, что контракция разряда в этом случае наступает при больших значениях Е\Ы , что позволяет повысить энерговклад. Анализируются механизмы, способствующие повышению устойчивости объемного разряда, отмечается важная роль ионно-электронной эмиссии в формирование однородного катодного слоя у поверхности катода (Си-Мо-ЬаВб), имеющего меньшее значение работы выхода электронов.

В четвертом разделе исследуются структура и динамика развития токовых шнуров, проведены эксперименты, позволившие установить физические процессы, стимулирующие развитие послеразрядных пробоев.

Установлено, что у развившегося токового шнура концентрация электронов на оси канала вблизи вершины в несколько раз выше, чем у

основания. Такое распределение концентрации электронов можно объяснить повышенной ионизацией газа у вершины за счет усиления электрического поля в этой локальной области. Диаметр канала в верхней части шнуров оказался равным ~ 0,6 мм, а плотность тока в канале находится в диапазоне 8-14 кА/см2.

Экспериментально установлено, что механизм послеразрядных пробоев в условиях, характерных для наших экспериментов, обусловлен развитием токовых шнуров во время разряда, джоулевым нагревом газа в канале токового шнура и последующим его расширением. После отключения электрического поля движение токового шнура в сторону анода прекращается, но расширение газа в канале продолжается, причем от вершины шнура начинает движение сферическая УВ и в разрядном промежутке формируется неоднородность цилиндрической формы с пониженной концентрацией нейтрального газа на оси (Рис. 5). Вследствие разрежения газа на оси неоднородности пробивное напряжение снижается, что и стимулирует послеразрядные пробои.

Исследованы процессы развития, области локализации, формы и структуры токовых шнуров, распространяющихся с поверхности катода, выполненного в виде металлической сетки. Установлены особенности развития пробоев разрядного промежутка.

Рис.5. Интерферограмма, снятая через 1=15 мкс после разряда; распределение нейтрального газа в одном из сечений неоднородности (указано стрелкой).

В третьей главе исследуются однородность накачки и особенности газодинамических процессов, сопровождающих импульсный, импульсно-периодический и непрерывный вклад энергии в объемный разряд в смеси

газов С02:Ы2:Не на лазерных установках разного масштаба.

В первом разделе представлены результаты исследования процессов формирования и распространения приэлектродных ударных волн в импульсных электроионизационных ССЬ лазерах (Рис.6). Проведенные исследования показали, что в несамостоятельном разряде, поддерживаемом электронным пучком, в смеси газов С02^2'.Не атмосферного давления при энерговкладе 0,2 -0,6 Дж/л вблизи поверхности катода в результате импульсного джоулева нагрева формируются УВ малой интенсивности с числом Маха, не превышающем 1,02. Формирование изучаемых катодных УВ

происходит в течение 8-15 мкс, а закон движения УВ зависит не только от выделившейся энергии и начальной плотности газа, но и от формы источника УВ (плоская, цилиндрическая, сферическая или их суперпозиция), определяемая конструкцией катода. Сделаны оценки динамики снижения концентрации нейтралей в прикатодном слое на величину которая к концу разрядного импульса достигает значения ЛЫЛМо ~ 30%. Показано, что в электроионизационных С02 лазерах с размером межэлектродного промежутка ~ 6 см и длительности разрядного импульса ~ 30 мкс, к концу энерговклада (МУ < 0,3 Дж/л) катодная волна успевает продвинуться на значительное расстояние, возмущая до 30% всего объема АС.

2Ж

Улэрнэя

Рис.6 Интерферограммы катодной ударной волны, 1=20 мкс

Во втором разделе рассматриваются газодинамические процессы, протекающие в АС электроразрядных лазеров в условиях импульсно-периодической накачки, и их влияние на оптическую однородность лазерной среды и режим работы.

При работе лазера в импульсно-периодическом режиме (£=80 Гц и удельном энерговкладе ~ 0,2 Дж/см3) у поверхности катода обнаружено стационарное тепловое поле с максимальной температурой ~ 315° К. Методом острой фокусировки показано, что в области теплового поля

катод

анод-сетка

диафрагма

наблюдаются мелкомасштабные возмущения плотности газа с характерным размером ~ 5мм. Используя зависимость скорости движения УВ от температуры среды, в которой она распространяется, определена температура АС непосредственно после тепловыделения ~ 420 0 К и после расширения газа из области разряда ~380°К. В адиабатическом приближении рассчитана скорость движения УВ, формируемых на границах разряда и движущихся вверх и вниз по потоку. Сделана оценка доли энергии, уносимой этими волнами, которая составила ~ 30% от всей энергии, вложенной в разряд. Экспериментально определено время, необходимое для смены газа в зоне разряда ~10 мс, которое превышает время, рассчитанное в адиабатическом приближении ~ 8,4 мс.

В третьем разделе приводятся результаты исследования распределения плотности, температуры и скорости потока газа в непрерывном поперечном быстропроточном самостоятельном разряде. Исследования проводились при соотношении компонент газовой смеси C02:N2:He=l:12:8, давлении Р = 40-70 Topp; расходе газа G = 20 - 40 г/с, скорости потока v0 = 40 - 80 м/с; мощности, вложенной в разряд, W = 2 - 13 кВт. Для повышения чувствительности измерений была применена оптическая схема голографического интерферометра с двойным прохождением зондирующего излучения через область разряда. Пересчет измеренных полей сдвига интерференционных полос в распределения плотности, температуры и скорости потока осуществлялся с помощью уравнений сохранения для ядра потока. Получены распределения температуры и скорости потока газа для центра разрядной камеры вдоль по потоку на длине 30 см, из которых видно, что при прохождении газа через зону разряда температура и скорость потока существенно растут. Приводятся расчетные значения температуры газа и скорости потока. Сравнение расчетных и экспериментальных результатов показало хорошее совпадение их на начальном участке и некоторое превышение экспериментальных значений на конечном участке разряда. Показано, что важным фактором, влияющим на рост температуры ядра потока, оказывается процесс турбулентной теплопроводности при передаче тепла от сильно разогретой катодной платы ядру потока. Сравнение результатов измерения температуры среды с распределением коэффициента усиления вдоль по потоку показало, что допустимый нагрев газа, превышение которого приводит к снижению коэффициента усиления АС, составляет ~ 400°К. Градиент показателя преломления в направлении, перпендикулярном плоскостям электродов, в среднем, в 5-6 раз превышает значение

градиента в направлении вдоль по потоку, что существенным образом может повлиять на расходимость лазерного излучения.

В четвертом разделе обсуждаются результаты экспериментальных исследований эволюции волн плотности и разрежения, возникающих на границах лазерного пучка, сформированного устойчивым резонатором в результате эффекта теплового самовоздействия в условиях короткого импульса накачки (~1,5мкс) самостоятельным разрядом. В данных экспериментах УФ-подсветка осуществлялась с боковых сторон разрядного промежутка. Для ограничения зоны генерации внутри резонатора были помещены две диафрагмы с окнами прямоугольной формы. Исследования проводились интерференционными методами, при этом зондирование осуществлялось перпендикулярно оптической оси. Эксперименты показали, что волны плотности на границах зоны генерации, расположенной в центре разрядного промежутка, начинают формироваться не позднее чем через ~ 2,4 мкс относительно начала разряда, а их амплитуда растет в течение ~ 4 мкс, что отрицательным образом влияет на расходимость излучения к концу лазерного импульса. Максимальное значение относительного увеличения плотности газа в области сжатия достигает ~ 4%. Максимальный градиент показателя преломления на границе области генерации составил 2,5-Ю"5 см"'.

В четвертой главе обсуждаются инженерно-физические и оптические аспекты построения мощных лазерных установок на неодимовом стекле для ЛТС. Представлены оптические схемы лазеров, конструкции усилительных систем и результаты расчетов напряженно-деформированного состояния пространственных фильтров и дисковых усилителей под действием статических и вибрационных воздействий, а также результаты расчетов фазовых и поляризационных искажений лазерного излучения, проходящего через оптические компоненты усилительной системы мощных широкоапертурных лазеров.

В первом разделе рассмотрены общие принципы построения мощных лазеров на неодимовом стекле и оптические схемы многоканальных многопроходных усилительных систем, оптические характеристики и свойства неодимовых фосфатных стекол. Даны сравнительные характеристики установок с различной апертурой дисковых усилителей. Кратко обсуждаются перспективы использования диодной накачки в мощных лазерах, в том числе и для задач инерциального термоядерного синтеза.

Представлены двух- и трехпроходные оптические схемы усилительных систем и четырехпроходная усилительная система установок «Луч» и

«Искра-6». На примере 8-ми канального лазера с двумя проходами усиления в четырехканальных дисковых усилителях представлены результаты энергетического расчета одного канала, эволюции формы импульса, интенсивностей излучения и величин В-интегралов. Показано, что один канал лазерной системы с количеством дисков в двух усилителях по направлению вдоль оптической оси в конфигурации 7+7 позволяет получать выходную энергию на уровне 1700-1800 Дж при приемлемой нагрузке на все оптические элементы установки.

Во втором разделе представлена конструкция двухканального с конфигурацией (1x2) и четырехканального (2x2) дисковых усилителей с апертурой каждого канала 20x20 см2. Усилитель состоит из секций, каждая секция дискового усилителя содержит два вертикально расположенных активных элемента размером 240x480x40 мм3 , установленных в кассете под углом Брюстера. Такая конструкция позволяет использовать одинаковые секции как в двухканальном, так и в четырехкан&чьном вариантах усилителя. Боковые ламповые кассеты содержат плоские отражатели, повышающие эффективность накачки. В четырехканальном варианте устанавливается центральная ламповая кассета, которая содержит межламповые ромбовидные отражатели, уменьшающие перепоглощение света лампами и улучшающие условия их поджига. Объединение секций вдоль оптической оси дает возможность устанавливать необходимое число активных элементов в каждом канате. В данной конструкции использовались лампы ИНП 16/590 (Рис.7а) и лампы накачки повышенного диаметра ИНП 24/590 (Рис.7б).

(а) (б)

Рис.7 а-четырехканальный дисковый усилитель 2x2, б-дисковый усилитель установки Луч (девять секций)

Представлены результаты расчета пространственного распределения энергии, запасенной в активном элементе из неодимового фосфатного стекла марки КГСС 0180/35. Расчеты проводились для одной секции усилителя, содержащей в боковых и центральной кассетах по 8 ламп типа ИНП 24/590, при условии, что в каждую лампу вкладывается ~ 7.7 кДж. Установлено, что распределение запасенной энергии неоднородно и составляет от ~ 0,18Дж/см3 на краях диска, до максимального значения, равного ~ 0,26 Дж/см3 в его центральной части. Такое распределение запасенной энергии характерно для одиночной или крайней секции усилителя, поскольку не учитывается засветка диска от ламповых кассет соседних секций.

Приведены параметры лазерного излучения, полученные на установке «Луч». В модернизированном варианте дискового усилителя для установки «Луч» получены значение коэффициента усиления слабого сигнала 0,045см"1 и предельная энергия лазерного излучения в одном канале ~ 3,5 кДж. Конструкция боковых ламповых кассет позволяет размещать в ней профилированные отражатели с целью повышения эффективности и однородности накачки активного элемента.

В третьем разделе приведены результаты расчета напряженно-деформированного состояния пространственного фильтра и дискового усилителя (2x2) усилительной системы лазера под действием статических и вибрационных воздействий. Определены собственные частоты и формы колебаний этих конструкций, дана оценка их прочности. Основное внимание уделено определению перемещений и углов поворота оптических элементов, дано сравнение полученных величин с допускаемыми значениями. Расчет проводился с использованием программного комплекса АШУБ 5.3.

Установлено, что перемещения и повороты линз под действием статических нагрузок меньше заданного диапазона юстировок ±5 мм и ±1°, а максимальные отклонения перемещений и поворотов линз и диафрагм под действием случайных нагрузок не превышают ±1.2 мкм и +0.3 мкрад соответственно. Эти величины не превышают необходимой точности юстировок.

Расчет механического состояния дискового усилителя под действием веса и случайной вибрации показал, что интенсивность напряжений во всех элементах конструкции не превышает номинальных допускаемых значений для соответствующих типов материалов, а величина перемещения активных элементов под действием веса меньше 80.6 мкм , а углы поворотов - 12 мкрад.

В четвертом разделе приведены расчеты напряженно-деформированного состояния линзы пространственного фильтра и АЭ. Представлен разработанный совместно НИИЭФА и СПбГПУ алгоритм расчета фазовых и поляризационных искажений лазерного излучения, проходящего через линзу вакуумного пространственного фильтра и активный элемент. Для линз установлено, что фазовые и поляризационные искажения находятся в допустимых пределах, соответственно 0.04%<0.05% для поляризационных

искажений и —Я < —Я для фазовых набегов. Показано, что 130 20

деформации АЭ размером 240x480x40 мм3 крайне малы, а фазовые и поляризационные искажения незначительны (потери на деполяризацию по апертуре составляют величину 0.04%, а дополнительные фазовые набеги не превышают 0,0IX). В случае АЭ размером 458x802x41мм3 , который позволяет иметь апертуру одного лазерного канала размером 40x40 см2, искажения волнового фронта более существенны. Дополнительные фазовые набеги лазерного излучения, проходящего через дисковый активный элемент размером 458x802x41мм, составят от 0,05 млрад до 0,46 млрад.

В пятом разделе представлена конструкция восьмиканальной усилительной системы установки «Искра-6». Приводится описание конструкции юоветного и транспортного пространственных фильтров, которые состоят из трех частей: два узла крепления линз и центральный узел диафрагм. Транспортный фильтр кроме выше названных узлов имеет систему ввода-вывода лазерного излучения в усилительную систему, поступающего от задающего генератора, предварительных каскадов усиления лазера и реверсора.

Конструкция восьмиканального дискового усилителя с конфигурацией 2x4 (Рис.8) и размером активного элемента 400x690x40 мм3 состоит из секций. В состав секции дискового усилителя входят две кассеты с активными элементами (четыре элемента в каждой), расположенными один над другим в вертикальном направлении, две боковых кассеты с лампами накачки типа ИНП 40/1600 (по шесть ламп в кассете) и одна центральная кассета с восемью лампами накачки. Монтаж и демонтаж всех кассет осуществляется снизу. В каждом канале установки «Искра-6» в двух дисковых усилителях в направлении вдоль оптической оси располагается 7 и 9 активных элементов.

Пятая глава посвящена разработке и исследованиям источников накачки мощных твердотельных лазеров и элементов осветителя дисковых усилителей. Представлены результаты исследований оптических характеристик и спектральных измерений крупногабаритных ламп накачки ИНП 24/590, ИНП 40/1600 и отражателей дисковых усилителей, а также

Рис.8

Восьмиканальный дисковый усилитель с апертурой каждого канала 30x30 см2.

излучательных характеристик линеек лазерных диодов.

В первом разделе дано описание диагностического оборудования, с помощью которого исследовались оптические характеристики импульсных ламп накачки ИНП 24/590, ИНП 40/1600 и отражателей дисковых усилителей, а также излучательные характеристики линеек лазерных диодов.

Для определения вложенной в разряд энергии использовались магнито-индукционные датчики, работающие в режиме трансформаторов тока (пояса Роговского). Напряжение на лампах измерялось двумя активными делителями напряжения с малым отношением индуктивности присоединения к сопротивлению высокоомного плеча делителя. Чувствительность поясов Роговского составляла (4 ± 0,05) кА/В, коэффициент деления активных делителей Kg= 4000±150. Регистрация выходных сигналов с датчиков тока и напряжения производилась цифровыми осциллографами Textronic TDS 30 32 и TDS 30 12.

Измерения оптических характеристик разряда включали следующие методы и диагностические средства: фотографирование разряда в интегральном свете; фотографическая спектроскопия с помощью дифракционного спектрографа ДФС-452; измерение длительности и формы импульса интегрального по спектру излучения фотоэлементом ФК-09; спектральное распределение интегрального во времени излучения импульсных ламп накачки и линеек лазерных диодое регистрировалось системой, состоящей из монохроматора МДР-2, сопряжённого в фокальной плоскости с ПЗС-линейкой фирмы Sony (CCD linear sensor) типа ILX-526; измерение энергии излучения осуществлялось калориметром ИМО-3 с использованием оптических фильтров УФС-5, ОС-11, КС-17 и ИКС-1; двухканальная регистрация стабильности светоотдачи 2-х ламп ИНП-40/1600 - волоконными световодами,

коллиматорами и фотоэлементами ФК-09; сравнение образцов различных отражателей по пиковой люминесценции фосфатного стекла; измерение полуширины и времени затухания люминесценции фосфатного стекла с помощью МДР-23, ФЭУ-112, осциллографа Textronic ТДС-3032, фильтров СЗС-24 и ИКС-1.

Во втором разделе обсуждаются общие принципы построения систем питания дисковых усилителей, конструкция и основные технические характеристики экспериментальных импульсных ламп накачки ИНП 40Л600. Система питания лазерных систем мегаджоульного уровня энергии строится по модульному принципу. Дано описание модуля системы питания, разработанного на базе конденсаторов типа ТРС емкостью 150 мкФ, для восьмиканальной лазерной установки, который используется также в экспериментах на стенде «Софит». Модуль системы питания состоит из секций, объединенных цепями зарядки и управления. Число секций, объединенных в модуль системы питания, определяется количеством ламп накачки в кассетах осветителя и количеством секций в дисковом усилителе. Представлена электрическая схема питания цепочки из четырех импульсных ламп накачки ИНП 24/590 для дисковых усилителей (2x2) с апертурой 20x20 см2 или цепочки из двух ламп ИНП 40/1600 дисковых усилителей (2x4) с апертурой 30x30 см2. Каждая группа ламп имеет независимую разрядную цепь, состоящую из формирующей индуктивности, емкостного накопителя и соединительных кабелей. Предельная энергия, вложенная в лампу, составляет —241 кДж, при коэффициенте загрузки f= 0.22 в лампу вкладывается ~31 кДж.

В третьем разделе проведены расчеты излучательных характеристик и газодинамических процессов в газоразрядной плазме импульсной лампы накачки с внутренним диаметром 40 мм, включая начальную стадию развития разряда. Для численного моделирования процессов в лампах накачки использовалась 1D РМГД-модель. В данной модели самосогласованно учитываются переходные процессы, протекающие в электрической цепи, и физические процессы в плазме разряда - ионизация, джоулев нагрев, теплопроводность, перенос излучения и движение плазмы, обусловленное неоднородностью ввода энергии в разряд в лампе и поверхностным охлаждением лампы. Представлены радиальные распределения температуры и плотности плазмы в различные моменты времени, дающие представления о динамике развития разряда (Рис.9а,б). Установлено, что даже при квазистационарной стадии развития разряда, к моменту установления стадии развития разряда, к моменту установления

'зи

(,тЬМ)-0 1-10 2-Й 3!-10О 4-1Я1

1:1 К-400

I'

(а)

К,ст

3.5

(б)

Р'Р" Л 4 /у

М-

Рис 9(а,б). Распределение температуры(а) и плотности(б) газоразрядной плазмы лампы с внутренним диаметром 40 мм и начальным давлением газа -90 мм рт.ст.

практически однородного распределения давления по радиусу, радиальное распределение температуры остается неоднородным, при этом температура плазмы на оси и вблизи стенки отличаются примерно в 1.5-2 раза. Температура центральной области постепенно достигает значения порядка 6 кК, а температура внешней пристеночной области на этой стадии около 10-11 кК, что вполне приемлемо для осуществления накачки активных элементов. Получены расчетные временные зависимости интегральных электрических характеристик разряда (полный ток, электрическая мощность), достаточно хорошо согласующиеся с экспериментальными результатами.

В четвертом разделе представлены методики и результаты экспериментальных исследований оптических характеристик и спектрального состава излучения импульсных ламп накачки широкоапертурных дисковых усилителей. В этих экспериментах максимальная плотность тока, достигнутая в лампе, составляет 17,9 А/мм2 при электрической энергии, вложенной в лампу 31,45 кДж.

Получены обзорные спектрограммы во всем диапазоне спектра излучения лампы, которые позволили оценить наличие примесей в разряде и их химический состав, степень ионизации плазмы, соотношение интенсивностей линий и континуума. Установлено, что линейчатый спектр разряда, в основном, состоит из линий возбужденных и однократно ионизованных атомов ксенона с преобладанием спектральных линий Хе II. Из примесей следует отметить линии кремния БИи И.

Сделаны оценки КПД лампы, определяемого отношением энергии излучения лампы в интегральном спектре к электрической энергии, вложенной в лампу, который достигает ~ 61-64 %. Максимальная величина полного КПД, равного отношению энергии излучения к энергии, запасенной в конденсаторной батарее, составила 53-56 % (при напряжении конденсаторной батареи 20-24 кВ). Установлено, что в диапазоне изменения напряжения 11 - 24 кВ, в ИК-области спектра излучения лампы, в которой находятся три полосы поглощения фосфатного стекла с центрами на длинах волн 0,75 мкм, 0,82 мкм и 0,88 мкм, светоотдача лампы ИНП-40/1600 при напряжениях 12-15кВ составляет - 58%, а при напряжении 24кВ ~ 47%, что связано со смещением спектра излучения в коротковолновое крыло с увеличением зарядного напряжения.

В пятом разделе представлены результаты исследования эффективности отражателей, выполненных из различных материалов ( полированная нержавеющая сталь, керамика (кирсил), покрытие из диоксида циркония Zr02). Сравнение проводилось по интенсивности пиковой люминесценции фосфатного стекла на стенде с использованием ламповых кассет дискового усилителя 2x2 с лампами ИНП-24/590. Максимальный выход люминесценции зарегистрирован в случае диффузного отражателя из керамики (кирсил). Однако использование керамических отражателей сопряжено с рядом проблем технологического характера и организацией поджига ламп накачки, что усложняет конструкцию усилителей. Использование этого типа отражателей в осветителях целесообразно не в ламповых кассетах, а в верхней и нижней части конструкции осветителя («пол-потолок»), где размещены активные элементы. При модернизации дисковых усилителей установки «Луч» по предложению ВНИИЭФ и ТРИНИТИ в ламповых кассетах были установлены отражатели из фольги МИРО-2, которые показали лучшие отражательные характеристики.

При разработке установок NIF и LMJ было показано, что использование профилированных отражателей позволяет повысить эффективность накачки и улучшить однородность облучения активного элемента. Применение профилированных отражателей в дисковых усилителях позволяет направить отраженный свет лампы в промежуток между лампами, а не через разрядную плазму ламп. В этом случае не происходит дополнительного нагрева газоразрядной плазмы отраженным излучением и смещения спектра излучения в УФ область. Использование профилированных отражателей дает возможность управлять угловым распределением отраженного света и организовать однородную накачку активного элемента.

В РФЯЦ ВНИИЭФ были проведены предварительные расчеты по выбору оптимальной формы отражателей для усилителей установки «Искра-6». В НИИЭФА разработана методика и проведены эксперименты на оптимизированных профилированных отражателях с целью повышения эффективности и однородности накачки активного элемента. Получены пространственные распределения интенсивности излучения ламп накачки в плоскости активного элемента.

Для дисковых усилителей установки «Луч» сделаны расчеты формы отражателей, изготовлены опытные образцы и экспериментально установлено, что использование профилированных отражателей позволяет повысить эффективность накачки дисковых усилителей в среднем на 8-10%. Данные результаты согласуются с результатами, полученными в РФЯЦ ВНИИЭФ и на установке ВеатЫ (США).

В шестом разделе представлены методики, разработанные для проведения исследований параметров излучения линеек лазерных диодов, основанные на регистрации энергетических и спектральных характеристик отдельных эмиттеров линейки: интегральных во времени спектров генерации со спектральным разрешением 0,5А, и эволюции спектральных характеристик с временным разрешением 1,5 мкс .

/V ч/

Г\ А' Л/ »1/ \ Л /

/ Л £ 11] / IV > / к 12*

ь / ^ ь и п Г ' / V. Л <\1

А Л N J

У

Рис. 10. Значения длин волн, максимумов интенсивности излучения отдельных эмиттеров лазерной линейки, изготовленной с помощью МОСУО технологии для различных токов накачки.

Проведены эксперименты по исследованию трансформации спектров излучения в зависимости от температуры и тока накачки. Экспериментально показано, что спектры генерации отдельных эмиттеров линейки имеют значительный разброс по длинам волн (Рис.10), а стабильными излучательными характеристиками обладают эмиттеры с наименьшим значением порогового тока.

В заключении представлены основные результаты исследований и разработок.

Основные результаты

1. Для исследования оптико-физических свойств активных сред мощных крупногабаритных лазеров, возбуждаемых импульсными, импульсно-периодическими и непрерывными разрядами, разработаны средства и методики, основанные на топографических принципах диагностики плазмы.

2. Экспериментально обнаружены новые эффекты при накачке активных сред самостоятельным разрядом с УФ предыонизацией, несамостоятельным разрядом с предыонизацией электронным пучком и накачкой высокоэнергетичным пучком электронов. Установлено, что в условиях пространственной неоднородности потоков ионизирующего излучения (УФ излучение и электронные пучки), определяемых геометрией и конструкцией системы ввода излучения в разрядный объем, осуществляется неоднородный энерговклад и в активной среде формируются мелкомасштабные структуры и крупномасштабные изменения показателя преломления. Неоднородный энерговклад в лазерах с УФ подсветкой обусловлен неоднородной фотоионизацией и неравномерным облучением поверхности катода и фотоэмиссионными процессами. Воздействие неоднородного потока электронов также оказывает влияние на распределение энерговклада и формирование регулярных структур показателя преломления в АС электроионизационных лазеров и лазеров с накачкой высокоэнергетичными пучками электронов.

3. Разработаны методы и проведены исследования устойчивости объемного несамостоятельного разряда атмосферного давления, поддерживаемого электронным пучком. Впервые интерференционными топографическими методами визуализированы неустойчивости объемного разряда в виде прорастающих токовых шнуров и получены новые количественные данные о структуре и скорости распространения токовых шнуров, концентрации электронов в канале и параметрах периферийной ударной волны. Установлены особенности в динамике распространения на начальной и завершающей (предпробойной) стадии развития токовых шнуров. Предложен механизм послеразрядных пробоев.

4. Исследованы механизмы газодинамических возмущений в активных средах мощных лазеров в условиях импульсного, импульсно-периодического и непрерывного энерговклада с прокачкой газовой смеси.

Определены условия, ограничивающие длительность и частоту следования импульсов энерговклада. Изучены процессы тепло-массопереноса в активной среде, приводящие к дополнительному нагреву и снижению мощности генерации излучения непрерывного лазера. Получены в динамике пространственные распределения показателя преломления активных сред, являющиеся основой для формирования лазерного излучения с малой расходимостью.

5. Разработан диагностический комплекс, позволивший проводить исследования спектральных и энергетических излучательных характеристик крупногабаритных импульсных ламп накачки и отражательных свойств материалов для ламповых кассет усилителей в широком спектральном диапазоне.

б.Обоснованы принципы построения многоканальных дисковых усилителей и усилительных систем с конфигурацией активных элементов 1x2,2x2,2x4. Проведены исследования оптических компонентов системы накачки и расчеты конструкций дисковых усилителей и пространственных фильтров. Созданы двухканальные и четырехканальные дисковые усилители с апертурой каждого канала 20x20см2. В составе установки «Луч» на модернизированных дисковых усилителях получен коэффициент усиления слабого сигнала 0,045см"1 и предельная энергия излучения в одном канале 3,5 кДж.

7. На основе исследований, конструкторских решений и результатов, полученных на установке «Луч», предложена конструкция усилительной системы 128 канальной установки «Искра-6», включающая дисковые усилители и пространственные фильтры с конфигурацией 2x4 и апертурой каждого канала 30x3 0см2. Исследованы характеристики прототипов отражателей и экспериментальных импульсных ламп накачки ИНП 40/1600. Разработаны и изготовлены экспериментальные образцы секций усилителя для установки «Искра-6».

8. Для решения задачи согласования спектров излучения лазерных диодов с спектрами поглощения активных сред разработана методика и проведены исследования параметров излучения линеек лазерных диодов, основанная на регистрации в динамике энергетических и спектральных характеристик отдельных эмиттеров линейки.

Основные материалы диссертации опубликованы в работах: 1.Бурцев В.А., Кондаков A.A., Курунов Р.Ф., Лебедев Н.Ю., Смирнов В.Г., Шанский В.Ф. Исследование устойчивости несамостоятельного разряда // 'Тезисы докладов Всесоюзной конференции по физике низкотемпературной плазмы . 1979, Киев, т.1, с.121-122.

2.Burtsev V.A., Zelenov L.A., Kondakov A.A., Kurunov R.F., Smirnov V.G., Shansky V.F. Optical homogeneity and molecular gas in a semi-self-sustained discharge // Proceedings of XIVth International Conference on Phenomena in Ionized gases. 1979, Grenoble, p.c.7-387.

3.Zelenov L.A., Kurunov R.F., Ratkevich V.K. Smirnov V.G. Use of holographic method to study laser active medium // Proceedings of XV International Conference on Phenomena in Ionized gases. 1981, Minsk, v.2, p.1743.

4.Burtsev V.A., Kurunov R.F., Kondakov A.A., Smirnov V.G., Shansky V.F. Experimental study of instability of semi-self-sustained discharge // Proceedings of XVth International Conference on Phenomena in Ionized gases. 1981, Minsk, v.2, p.1711.

5.Алексеев И.А., Баранов Г.А., Зинченко A.K., Карасев Б.Г., Курунов Р.Ф., Раткевич В.К., Смирнов В.Г. Некоторые результаты исследования разряда в лазерной смеси методом топографической интерферометрии // Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Оптика лазеров", 1982, Ленинград, С.96-97.

6.Алексеев И.А., Баранов Г.А., Зинченко А.К., Карасев Б.Г., Курунов Р.Ф., Раткевич В.К., Смирнов В.Г. Распределение температуры и скорости потока газа в поперечном самостоятельном разряде // Письма в ЖТФ, 1983, Т.9, вып.13, С.807-811.

7.Burtsev V.A., Zelenov L.A., Kamardin I.L., Kurunov R.F., Kuchinsky A.A., Rodichkin V.A., Smirnov V.G., Shansky V.F. Study of the semi-self-sustained pulse discharge in molecular gases by holographic interferometry method discharge // Proceedings of XVIth International Conference on Phenomena in Ionized gases. 1983, Dusseldorf, v.2, p.144-145.

8.Бурцев B.A., Курунов Р.Ф., Смирнов В.Г.,Фомин В.М. Об одновременном формировании объемного и скользящего разрядов наносекундной длительности применительно к накачке газовых лазеров // Тезисы докладов II Всесоюзного совещания по физике электрического пробоя газов. 1984,Тарту, с.414-418.

9. Курунов Р.Ф., Смирнов В.Г., Яценко Б.П.. Влияние пространственной структуры электронного пучка на однородность активной среды электроионизационного С02 -лазера // Письма в ЖТФ, 1985, T.II, вып. 18, С.1130-1134.

10. Курунов Р.Ф., Смирнов В.Г., Яценко Б.П.. Экспериментальное исследование газодинамических процессов в импульсно-периодическом объемном несамостоятельном разряде // ЖТФ, 1986.Т.56, вып.З,С.491-496.

11. Киселевский Л.И., Курунов Р.Ф., Мазуренко С.Л., Макаревич А.Н., Смирнов В.Г., СоловьянчикД.А.Исследование анодной области тлеющего разряда атмосферного давления в потоке гелия методами голографической интерферометрии. // Журнал прикладной спектроскопии, 1986, Т.45, вып. 3,

С.494-498.

12. Бурцев В.А., Зеленов Л.А., Камардин И.Л., Курунов Р.Ф., Кучинский А.А., Раткевич В.К., Родичкин В.А., Смирнов В.Г. Исследование оптической однородности активной среды СОг -лазера в присутствии генерации излучения. // Письма в ЖТФ, 1987. Т.13. вып.23. С.1426-1430.

13.Бурцев В.А., Зеленов Л.А., Камардин И.Л., Курунов Р.Ф., Кучинский

A.А., Раткевич В.К., Родичкин В.А., Смирнов В.Г., Шанский В.Ф.. Развитие неоднородностей в среде импульсного несамостоятельного разряда. // Квантовая электроника, 1988. Т.15. вып.1. С.167-172.

14.Engelko V., Kurunov R., Landman I., Ljublin В., Smirnov L., Wurz H. Test of divertor materials under simulated plasma disruption conditions at the SOM electron beam facility. // Journal of Nuclear Materials, 1995,Vol.220-222, P.1071-1075.

15.Chemov V.N., Charukchev A.V., Kurunov R.F., Malinov V.A., Nikitin N.V., Potapov S.L., Smirnov V.G., Yatsenko B.P. The front end of the high-energy Nd:glass laser fusion system with shaped nanosecond laser pulses // XXVIth European Conference on Laser Interaction with Matter, 12-16 June 2000, Prague. Conf. Abstracts, P. 14, P.140.

16.Kubasov V.A., Kurunov R.F., Malkov A.A., Smirnov V.G., Pavlenko A.V., Lipovsky A.A., Labusov A.N., Stoliarov U.V., Filimonov M.M., Yatsenko B.P. Investigation of the phase and polarization distortions of high-power laser radiation passing through the optics of the wide-aperture neodymium glass laser amplifier. // XXVIth European Conference on Laser Interaction with Matter, 1216 June 2000, Prague. Conf. Abstracts, P.49, P. 175.

17. Kurunov R.F., Malkov A. A., Smirnov V.G., Pavlenko A.V., Lipovsky A.F., Korolkov M.D., Magazenkov N.V., Stoliarov U.V., Filimonov M.M., Yatsenko

B.P. Investigation of the phase and polarization distortions of high-power laser, radiation passing through the optics of the wide-aperture spatial filter. // XXVIth European Conference on Laser Interaction with Matter, 12-16 June 2000, Prague. Conf. Abstracts, P.74, P.200.

18. Kurunov R.F., Glaserin A.V., Smirnov V.G., Stoliarov U.V., Yatsenko B.P. The interferometer for investigation of optical ingomogeneities in wide-aperture laser systems. // XXVIth European Conference on Laser Interaction with Matter, 12-16 June 2000, Prague. Conf. Abstracts, P.97, P.224.

19. Glukhikh I.V., Kubasov V.A., Kurunov R.F., Polikarpov S.S., Smirnov V.G., Surovtsev V.A., Filimonov M.M. The investigation of radiation dynamics of QCW laser diode linear array. // Conference on Laser Optics, June 26-30 2000, St.Petersburg. Conf. Abstracts A4-P.13.

20. Глухих И.В., Кубасов B.A., Курунов Р.Ф., Поликарпов С.С., Смирнов В.Г., Филимонов М.М.. Исследование излучательных характеристик мощных непрерывных инжекционных лазеров спектрального диапазона 798-820 нм на безалюминиевых структурах InGaAsPh. //

Международная конференция «Прикладная оптика-2000». Сб. трудов, Т.1, С.97-98.

21.Глухих И.В., Кубасов В.А., Курунов Р.Ф., Поликарпов С.С., Смирнов В.Г., Суровцев В.А., Филимонов М.М.. Исследование спектральных характеристик импульсно-периодических линеек лазерных диодов. // Известия Академии наук. Серия физическая. 2001, Е.65, № 6, С. 870-875.

22.Глухих И.В., Коваль Ю.П., Кубасов В.А., Курунов Р.Ф., Привезенцев В.В., Петровский В.А., Поликарпов С.С., Филимонов М.М.. Мощные непрерывные 10 Вт лазерные линейки на основе гетероструктур InGaAsPh/GaAs с улучшенным теплоотводом. // Тезисы докладов 4-го Белорусско-Российского семинара «Полупроводниковые лазеры и системы на их основе» 20-25 мая, 2002, Минск, Беларусь, С.34-36.

23.Глухих И.В., Кубасов В.А., Курунов Р.Ф., Поликарпов С.С., Суровцев В.А., Филимонов М.М. Исследование спектров излучения индивидуальных эмиттеров импульсно-периодических линеек лазерных диодов на основе соединения InGaAsPh. // Вопросы атомной науки и техники. Серия электрофизическая аппаратура, 2002, вып. 1 (27), С. 3-9.

24.Глухих И.В., Коваль Ю.П., Кубасов В.А., Курунов Р.Ф., Привезенцев

B.В., Поликарпов С.С., Филимонов М.М., Фролов С.В. Мощные непрерывные линейки лазерных диодов с высокоэффективным теплоотводом для накачки твердотельных лазеров. // Вопросы атомной науки и техники. Серия электрофизическая аппаратура , 2002, вып. 1 (27),

C. 83-87.

25.Burtsev V.A., Bol'shakov Е.Р., Ivanov A.S., Kalinin N.V., Kubasov V.A., Kurunov R.F., Smirnov V.G., Chernobrovin V.I. Electrodischarges radiation source of capillary type. // IXth International Conference on X-ray Lasers. May 24-28 2004, Beijing. Conf. Abstracts 02505, P.33.

26.Burtsev V.A., Bol'shakov E.P., Ivanov A.S., Kalinin N.V., Kubasov V.A., Kurunov R.F., Smirnov V.G., Chernobrovin V.I. Fast Z-discharges in low-inductive capillary tube. // Proceedings of the XVth International Conference on High-Power Particle Beams. July 18-23, 2004, Saint-Petersburg, P. 450-453.

27.Гаранин С.Г., Зарецкий А.И., Илькаев Р.И., Кириллов Г.А., Кочемасов Г.Г., Курунов Р.Ф., Муругов В.М., Сухарев С.А.. Канал мощной установки «ЛУЧ» для JITC с энергией импульса 3.3 кДж и длительностью 4 не. // Квантовая электроника 2005, 35, № 4, С.299-301.

28.Grigorovich S.V., Demidov V.L., Eroshenko V.A., Kalinin N.V., Krotov V.A., Kurunov R.F., Smirnov V.G., Fomin V.M. Prototype Disk Amplifier for ISKRA-6 Facility. // Journal de physique IV, 2005, V.133, IFSA2005 Biarritz, France, P.649- 652.

29.Бурцев B.A., Курунов Р.Ф. Работы НИИЭФА им.Д.В.Ефремова в

области JITC. // Вопросы атомной науки и техники. Серия электрофизическая аппаратура, 2005, вып. 3 ( 29), С. 3-12.

30.Смирнов В.Г., Люблин Б.В., Курунов Р.Ф., Бендер С.Е. Диагностика плазмы на электрофизических установках НИИЭФА. // Вопросы атомной науки и техники. Серия электрофизическая аппаратура, 2005, вып. 3 ( 29), С.19-32.

31.Глухих И.В., Курунов Р.Ф., Поликарпов С.С., Фролов С.В. Разработка твердотельных лазеров с диодной накачкой в НИИЭФА им.Д.В.Ефремова. // Вопросы атомной науки и техники. Серия электрофизическая аппаратура, 2005, вып. 3 ( 29), С. 84-89.

32.Burtsev V., Bolshakov Е., Kalinin N.. Kubasov V., Kurunov R., Smirnov V., Chernobrovin V., Engelko V. Electrophysical problems in creation of compact and effective sources of short-wave radiation on plasma of capillary discharges. //IEEE Transactions on plasma science, october 2006 , Vol.34, №5, P. 1928-1933.

33.Charukhchev A.V., Arbuzov V.I., Demidov V.L., Dmitriev D.I., Dukel'skii K.V., Garanin S.G., Kurunov R.F., Lunter S.G., Sirazetdinov V.S., Smirnov V.G., Volinkin V.M. Effective amplifiers of high power lasers with active elements of phosphate- Nd-glass. // XXIXth European Conference on Laser Interaction with Matter, 11-16 June 2006, Madrid. Conf. Abstracts, P.495.

34.Glukhikh I.V., Kurunov R.F., Smirnov V.G., Stoliarov Y.V., Frolov S.V., Charukhchev A.V. DPSSL for diagnostics of the plasma TOKAMAK with LIDAR-Thomson scattering system. // XXIX"1 European Conference on Laser Interaction with Matter, 11-16 June 2006, Madrid. Conf. Abstracts, P.576.

35.Kurunov R.F. Investigation of the optical-physical processes occurring in the active media of high-power electric-discharge lasers by holographic interferometry methods. // International Conference Advanced Laser Technologies ALT'07, 3-7 September 2007, Levi, Finland. Conf. Abstracts, P. 109.

36.Glukhikh I.V., Kurunov R.F., Polikarpov S.S., Frolov S.V. Intracavity frequency doubling 15W QCW diode pumped Nd:YAG laser. // International conference Advanced International Conference Advanced Laser Technologies ALT'07, 3-7 September 2007, Levi, Finland. Conf. Abstracts, P.166.

37.Glukhikh I. V., Kurunov R. F., Smirnov V. G., Charukchev A. V.. Source of radiation for diagnostics of the divertor plasma on the ITER facility.// Plasma Devices and Operations, September 2008, Vol.16, No. 3, P. 211 - 222.

38. Charukhchev A.V., Malinov V.I., Potapov C.A.., Arbuzov V.I., Dukel'skii K.V., Kramarev C.I., Volinkin V.M., Kurunov R.F., Smirnov V.G. Large aperture Nd-glass laser amplifier. // XXIXth Conference on Lasers and Electro Optics CLEOflQEC, 14-19 June , 2009, Munich. Conf. Abstracts, CA. P.36.

Подписано к печати 12.11.2009 г. Формат 60x90/16.Уч.-изд.л. 2,0 Тираж 100 экз. Заказ № 2/98 Отпечатано в ФГУП «НИИЭФА им. Д.В.Ефремова»

Введение.

Глава 1. Системы накачки мощных электроразрядных лазеров и голографические методы исследования газовых разрядов и газодинамических процессов.

Введение.

§1.1. Методы возбуждения лазерных сред, устройство и параметры электроразрядных СОг , химических HF/DF лазеров и эксимерных лазеров с накачкой электронным пучком.

§ 1.2. Оптико-физические свойства объемных и контрагированных газовых разрядов.

§1.3. Голографические методы и средства диагностики газовых разрядов и газодинамических процессов.

Глава 2. Исследование структуры объемных разрядов и динамики развития неустойчивостей в газоразрядных камерах мощных лазеров.

Введение.

§2.1. Исследование структуры и степени однородности импульсного самостоятельного разряда с УФ предыонизацией в СО2 и HF лазерах.

§2.2. Особенности накачки активных сред СО2 и эксимерных лазеров с помощью широкоапертурных электронных пучков.

§2.3. Формирование токовых шнуров в несамостоятельном разряде атмосферного давления контролируемого электронным пучком.

§2.4. Исследование структуры, динамики развития токовых шнуров и механизма послеразрядных пробоев.

Глава 3. Исследование динамики и масштаба газодинамических возмущений в активных средах электроразрядных СО2 лазеров в условиях импульсного, импульсно-периодического и непрерывного энерговклада.

Введение.

§3.1 .Исследование процессов формирования и распространения в газоразрядной камере приэлектродных ударных волн.

§3.2.Экспериментальные исследования газодинамических процессов в активных средах в условиях импульсно-периодического энерговклада.

§3.3. Исследование параметров потока активной среды в разрядном промежутке непрерывного быстропроточного СО2 лазера. Ю

§3.4. Регистрация и исследование акустических волн на границе области генерации в условиях короткого импульса накачки ( ~1,5 мкс) - эффект теплового самовоздействия.

Глава 4. Принципы построения мощных лазерных установок и разработка многоканальных усилительных систем на неодимовом стекле для J1TC.

Введение.

§4.1. Общие принципы построения и оптические схемы многоканальных многопроходных усилительных систем мощных лазеров на неодимовом стекле.

§4.2. Разработка многоканальных дисковых усилителей с конфигурацией активных элементов 1x2, 2x2 и апертурой каждого канала 20x20 см2.

§4.3. Расчет деформаций и собственных частот дисковых усилителей и пространственных фильтров 2x2.

§4.4. Расчет фазовых и поляризационных искажений лазерного излучения, проходящего через линзу вакуумного пространственного фильтра и активный элемент дискового усилителя.

§4.5. Конструкция восьмиканальной усилительной системы установки

Искра-6».

Глава 5. Разработка и исследование источников накачки мощных твердотельных лазеров и элементов осветителя дисковых усилителей.

Введение.

§5.1. Измерительная аппаратура и средства диагностики.

§5.2. Система питания дисковых усилителей, конструкция и основные технические характеристики экспериментальных импульсных ламп накачки.

§5.3. Численное моделирование разряда в крупногабаритных импульсных лампах накачки.

§5.4. Экспериментальные исследование оптических характеристик и спектрального состава излучения импульсных ламп накачки широкоапертурных дисковых усилителей.

§5.5 Исследование эффективности отражателей и распределения энергии излучения накачки в плоскости АЭ.

§5.6.Разработка методик и проведение исследований спектральных и пространственно

- временных характеристик излучения лазерных диодов и линеек.

Мощные лазеры и усилительные системы на их основе представляют собой крупные электрофизические установки, способные генерировать и усиливать интенсивные пучки лазерного излучения с малым углом расходимости. Современные тенденции развития лазеров направлены в сторону увеличения энергетики лазерных установок и повышения качества лазерного излучения и обусловлены как фундаментальными, так и прикладными задачами, к которым, прежде всего, относятся проблемы инерциального термоядерного синтеза, взаимодействия мощного лазерного излучения с веществом, разработки новых технологий и специальных лазерных систем. При решении этих задач лучшие результаты достигнуты с использованием электроразрядных газовых лазеров и твердотельных лазеров с накачкой импульсными газоразрядными источниками оптического излучения. Будущий прогресс в области лазерной физики и техники, с точки зрения повышения эффективности лазерных систем (более 10%), связывают с созданием мощных линеек и матриц лазерных диодов и на их основе систем накачки мощных твердотельных лазеров, обладающих высокими удельными характеристиками и надежностью.

В Советском Союзе после того как Басовым Н.Г. и Крохиным О.Н. [1] была высказана идея о возможности осуществления нагрева плотной плазмы до термоядерных температур с помощью высокоэнергетичного лазерного излучения, в ведущих научных центрах, в первую очередь, таких как ФИАН, ФИАЭ (ТРИНИТИ), ВНИИЭФ, ГОИ им.С.И.Вавилова, НИИЭФА им.Д.В.Ефремова, были начаты работы по созданию экспериментальных установок для проведения исследований процессов взаимодействия высокоэнергетичного излучения с веществом и решения проблем лазерного термоядерного синтеза (JITC). В ФИАН была создана первая в СССР неодимовая лазерная установка УМИ-35, в ФИАЭ ССЬ-лазерная установка ТИР-2М и неодимовая лазерная установка «Мишень» [2,3], в филиале ГОИ неодимовая лазерная установка «Прогресс-1» [4] и во ВНИИЭФ йодные лазерные установки «Искра-4» и «Искра-5» [5,6,19]. В дальнейшем эти знания позволили начать исследования, направленные на повышение эффективности применения мощных лазеров в различных технологических процессах и стимулировали создание лазеров импульсно-периодического и непрерывного действия.

В России новый шаг в развитии экспериментальной базы для JITC был сделан в 2002 г., когда в РФЯЦ ВНИИЭФ ввели в строй лазерную установку на неодимовом стекле «Луч», являющуюся прототипом более мощной установки «Искра-6». Расчетная выходная энергия лазерного излучения установки «Искра-6» составляет -700 кДж на длине волны 0,35 мкм (третья гармоника).

Первые системы в мире для JITC были разработаны и созданы в США, на базе СС>2 лазера (программа Антарес) и на твердотельном лазере на неодимовом стекле установка Janus (1973) [7,8]. Затем в США были построены установки Argus, Shiva, Nova/Novetta, и Beamlet (1992). Аналогичные программы по исследованию в области JITC были начаты во Франции -установка Febus, в Японии - лазер Gekko-12 и в 90-х годах в Китае - установка Xing Guang. В настоящее время в рамках национальных программ в США создана установка NIF на неодимовом фосфатном стекле, а во Франции завершается строительство аналогичного по своим выходным характеристикам лазерного комплекса LMJ. Планируемая на этих установках выходная энергия лазерного излучения составляет ~ 2 МДж на третьей гармонике (Х= 0,35 мкм). В США и Японии действуют программы по созданию термоядерного реактора, использующего принципы JITC. В этих проектах в качестве кандидатов рассматриваются твердотельные лазеры с диодной накачкой ( проекты Mercury (США) и KOYO (Япония)) и эксимерные лазеры с накачкой электронным пучком (KrF лазер Electra (США)).

В НИИЭФА работы по разработке и созданию мощных лазеров для JITC, а также лазерных технологий начались в начале 70-х гг. Во второй половине 70-х гг. были развернуты работы по созданию С02-лазерной установки ТИР-2М (Филиал Института атомной энергии). Для отработки усилительных модулей в НИИЭФА была сооружена С02 лазерная установка ТИР-1М [9,26], которая предназначалась для работы в длинном импульсе совместно с линейным тета-пинчем (установка УТРО). Полученные на установке ТИР-1М экспериментальные результаты исследования начальных каскадов усиления с фотоионизационной накачкой [10, 11], промежуточных каскадов типа «Старт-М» и оконечного усилителя «Москит» с электроионизационной накачкой [12, 13], позволили начать разработку мощных технологических С02 лазеров для промышленности и специальных систем.

В середине восьмидесятых годов в НИИЭФА начались работы по созданию эксимерных лазеров с электронно-пучковой накачкой для JITC и электроразрядных лазеров для промышленности и научных исследований.

Начиная с 1989 г., НИИЭФА совместно с научными центрами и институтами, в первую очередь, такими как РФЯЦ ВНИИЭФ, ТРИНИТИ, НИИКИ ОЭП, НИТИОМ и др., приступило к разработкам мощных твердотельных лазеров. Были разработаны многоканальные широкоапертурные (20x20 см2 ) дисковые усилители на неодимовом фосфатном стекле с различной конфигурацией активных элементов (1x2, 2x2, 2x4), а также усилительные системы, включающие усилители и пространственные фильтры, ряда лазерных установок. В 1994 г. были начаты и в настоящее время продолжаются работы по разработке и созданию твердотельных лазеров с диодной накачкой киловаттного уровня мощности.

К началу исследований автора работа большинства научных коллективов, участвующих в разработке мощных лазеров, была направлена на изучение возможности организации газовых разрядов в больших объемах при атмосферном давлении. Были реализованы системы накачки С02 лазеров на основе несамостоятельного разряда атмосферного давления, поддерживаемого электронным пучком, и достигнуты рекордные энерговклады на уровне 0,5 Дж/см3.

Разработаны экспериментальные образцы лазеров на самостоятельном разряде с ультрафиолетовой (УФ) предыонизацией и самостоятельном разряде с прокачкой рабочей смеси. Однако получение лазерных пучков с предельно высокой мощностью и яркостью ограничивалось рядом эффектов и явлений, связанных с процессами накачки и оптико-физическими свойствами активных сред. В связи с этим актуальными явились комплексные исследования физических закономерностей и механизмов воздействия систем накачки на уровень и однородность возбуждения и оптическую однородность лазерных сред.

Необходимость этих исследований охватывала все известные в то время способы накачки, в том числе на основе несамостоятельного разряда атмосферного давления, поддерживаемого электронным пучком в смеси газов C02:N2:He, самостоятельного разряда с УФ предыонизацией в смесях C02:N2:He и HF газов, самостоятельного тлеющего разряда в потоке газовой смеси C02:N2:He, электронно-пучковой накачки активной среды ХеС1 лазера. Важно было исследовать процессы срыва объемных разрядов в дуговой режим, а для лазеров, 6 работающих в импульсно-периодическом режиме, изучить механизмы послеразрядных пробоев разрядного промежутка, влияющих на возможность работы с частотой повторения импульсов.

Переход or экспериментальных макетов лазеров к действующим полномасштабным лазерным установкам импульсного, импульсно-периодического и непрерывного действия открыл ряд новых проблем, связанных с газодинамическими процессами, происходящими в газоразрядной камере, которые влияли на режим работы и выходные характеристики лазерного излучения. Необходимы были детальные исследования динамики, масштаба и характера газодинамических возмущений в активных средах электроразрядных СОг лазеров.

Для решения всех перечисленных выше актуальных проблем и задач потребовались адекватные методы визуализации состояния активной среды в процессе накачки и снятия инверсии. К моменту начала исследовании было показано, что одной из наиболее информативных и универсальных диагностик плазменных объектов является голографическая интерферометрия[14]. Однако в тот период голография применялась для диагностики плазмы на небольших лабораторных установках [15]. Поэтому для исследования голографическими методами активных сред мощных электроразрядных лазеров, в условиях многообразия возмущающих активную среду факторов и больших габаритов установок, потребовалось разработать методики и схемы исследования оптических неоднородностей сложной формы и структуры, различных масштабов и градиентов плотности.

Организация эффективной накачки мощных электроразрядных газовых лазеров и твердотельных лазеров с накачкой импульсными газоразрядными лампами ограничивается совокупностью различных по своей природе процессов. В то же время, такие важные показатели накачки, как уровень и пространственная однородность запасенной энергии в лазерной среде, являются общими для всех типов лазеров, поскольку они определяют качество и энергию выходного лазерного излучения.

Лазерные установки, предназначенные для решения проблем инерциального термоядерного синтеза, представляют собой крупные электрофизические комплексы. В состав основных систем комплексов мегаджоульного уровня входят широкоапертурные дисковые усилители с ламповой накачкой и крупногабаритные 7 вакуумные пространственные фильтры, емкостной накопитель с энергией в несколько сотен МДж для дисковых усилителей и ряд других систем. Для получения выходного излучения с высокими энергетическими и пространственно-временными характеристиками необходимо обеспечить эффективную и однородную накачку активных элементов в дисковых усилителях и организовать пространственную фильтрацию нарастающих в результате самофокусировки мелкомасштабных возмущений излучения с помощью пространственных фильтров.

Современная концепция крупных многоэлементных установок предполагает построение многопроходных систем, где ключевыми элементами являются многоканальные дисковые усилители, в которых сосредоточена практически вся энергетика установки. Поэтому исследование и разработка дисковых усилителей и усилительных систем, в состав которых входят также крупногабаритные вакуумные пространственные фильтры, является актуальной задачей.

К моменту начала исследований в СССР (России) функционировали и до настоящего времени успешно работают установки со стержневыми оконечными усилителями. Исследовались одноканальные дисковые усилители с апертурой 15x15 см" [16] и макеты усилителей 20x20 см [17]. Поэтому исследования элементов и систем накачки многоканальных дисковых усилителей, разработка архитектуры и конструкции двухканальных (1x2) и четырехканальных (2x2) дисковых усилителей с апертурой каждого канала 20x20 см2 и многопроходных усилительных систем на их основе стали также предметом данной работы.

После принятия решения о создании в РФЯЦ ВНИИЭФ установки «Искра-6» [18]необходимо было разработать и изготовить установку «Луч», для апробации оптической схемы, конструкторских решений и элементной базы будущей установки. Уникальность установки «Искра-6» предопределила актуальность подобных исследований и разработок. Потребовалось разработать и создать дисковые усилители установки «Луч», провести расчеты и исследовать характеристики основных компонентов осветителей восьмиканальных дисковых усилителей с апертурой каждого канала 30x30 см , разработать конструкцию вакуумных пространственных фильтров и дисковых усилителей.

Повышение эффективности накачки мощных лазеров требует новых подходов и решений, поэтому разработка систем накачки на базе лазерных линеек и матриц 8 является важной задачей. В связи с этим актуальными являются вопросы, рассмотренные в последнем разделе диссертации, в котором представлены результаты исследований излучательных характеристик линеек лазерных диодов в зависимости от режима работы и методика исследования излучения линеек лазерных диодов, основанная на регистрации в динамике энергетических и спектральных характеристик отдельных эмиттеров линейки.

Основной целью работы являются проведение исследований физических закономерностей и механизмов воздействия систем и процессов накачки на лазерные среды газовых электроразрядных и твердотельных лазеров и их оптико-физические свойства; исследования эффективности осветителей и обоснование принципов конструирования многоканальных дисковых усилителей и многопроходных усилительных систем мощных лазеров на неодимовом стекле.

В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:

-разработать методики исследования активных сред мощных крупногабаритных газоразрядных лазеров на основе современных диагностических средств и методов, основанных на голографических принципах;

- исследовать структуру разрядов и распределение энерговклада в активных средах С02 и HF лазеров на самостоятельном разряде с УФ предыонизацией и электроионизационных СО2 лазеров, а также однородность энерговклада в эксимерном ХеС1 лазере с накачкой электронным пучком;

- исследовать устойчивость объемных самостоятельных и несамостоятельных разрядов и процессы, стимулирующие послеразрядные пробои разрядного промежутка;

- исследовать динамику и масштаб газодинамических возмущений в активных средах электроразрядных С02 лазеров в условиях импульсного, импульсно-периодического и непрерывного эиерговклада;

- провести расчеты и разработать конструкции многоканальных многопроходных усилительных систем на неодимовом стекле, включающие пространственные фильтры и дисковые усилители;

- разработать и создать четырехканальные дисковые усилители установки «Луч» и прототип секции восьмиканального дискового усилителя с апертурой каждого канала 30x30 см2;

- провести численное моделирование разряда в крупногабаритных импульсных лампах накачки и экспериментально исследовать спектральный состав излучения ламп, исследовать эффективность отражателей и распределение энергии излучения накачки в плоскости дискового активного элемента;

- разработать методику и провести измерения спектральных и энергетических характеристик излучения лазерных диодов и линеек.

Научная новизна.

1. На базе голографических методов и средств разработаны методики исследования физических процессов накачки, влияющих на оптико-физические свойства и однородность активных сред мощных крупногабаритных электроразрядных лазеров с импульсным, импульсно-пернодическим и непрерывным возбуждением .

2. С помощью разработанных диагностических средств и методик обнаружены и исследованы новые эффекты, возникающие в объеме активных сред СО2, HF/DF, ХеС1 лазеров, обусловленные пространственной неоднородностью предыонизации УФ излучением и электронными пучками, а также неоднородностью накачки электронным пучком, что стимулирует развитие мелкомасштабных структур и крупномасштабных возмущений показателя преломления активных сред.

3. Впервые визуализированы и детально изучены процессы формирования и развития неустоичивостей в виде прорастающих токовых шнуров в объемном несамостоятельном разряде атмосферного давления, поддерживаемом электронным пучком. Получены новые данные о структуре токовых шнуров, концентрации электронов в канале и параметрах периферийной ударной волны па разных стадиях развития неустойчивости. Установлены физические механизмы послеразрядных пробоев разрядного промежутка.

4. Получены новые сведения о газодинамических процессах, происходящих в аетивных средах газоразрядных лазеров в условиях импульсного и импульсно-периодического и непрерывного вклада энергии с прокачкой газовой смеси, в том числе:

- выявлены особенности зарождения и распространения в газоразрядном объеме приэлектродных ударных волн, ударных волн на границе разрядной области, волн плотности и разряжения, которые формируются на границе зоны генерации, вследствие эффекта самовоздействия;

- определены условия формирования и характеристики тепловых полей в разрядном промежутке проточных лазеров с поперечным разрядом и развития турбулентности газового потока и показано, что важным фактором, влияющим на температуру ядра потока, оказывается процесс турбулентной теплопроводности при передаче тепла от сильно разогретой катодной платы ядру потока, что приводит к дополнительному нагреву газа.

5. Предложены и экспериментально обоснованы конструкции дисковых усилителей на неодимовом фосфатном стекле с размером апертуры в каждом канале 20x20 см2, с конфигурацией активных элементов 1x2 и 2x2, предназначенных для работы в многоканальных, многопроходных усилительных систехмах, в том числе и установки «Луч».

6. Разработан технический проект экспериментальной восьмиканальной лазерной установки с двухпроходной усилительной системой на базе четырехканальных дисковых усилителей и пространственных фильтров с размером апертуры в каждом канале 20x20 см2.

7. Предложена хметодика расчета фазовых и поляризационных искажений лазерного излучения, проходящего через оптические элементы усилительной системы (линзы пространственных фильтров и активные элементы усилителей), учитывающая весовые и барические нагрузки.

8. На основе экспериментальных исследований и численных расчетов параметров излучения импульсных ламп накачки большого диаметра и длины, формы профилированных отражателей и распределения освещенности в плоскости активного элемента предложена конструкция осветительной системы восьмиканального дискового усилителя (конфигурация 2x4) с размером апертуры в каждом канале 30x30 см2.

9. Разработана методика исследования параметров излучения линеек лазерных диодов, основанная на регистрации в динамике энергетических и спектральных характеристик отдельных эмиттеров линейки.

Научная и практическая значимость.

1. На базе голографических принципов, средств и методов разработаны методики исследования активных сред мощных крупногабаритных газоразрядных лазеров с объемом активной среды в несколько сотен литров.

2. Получены количественные значения пространственного распределения изменения показателя преломления активных сред, возникающие вследствие процесса накачки и снятия инверсии. Эти результаты использованы при разработке резонаторов газоразрядных лазеров для достижения дифракционной расходимости и в оценке качества лазерного излучения.

3. Результаты исследования устойчивости объемного разряда и газодинамических процессов (распространение ударных волн, нагрев и турбулизация газового потока, динамика распространения тепловых пробок), происходящих во время работы импульсно-периодических и непрерывных лазеров, использованы при проектировании газоразрядных камер и газодинамических трактов лазеров, а также выборе и оптимизации режимов работы.

4. Созданы многоканальные широкоапертурные дисковые усилители на неодимовом фосфатном стекле с конфигурацией 1x2 и 2x2 , с размером апертуры в каждом канале 20x20 см2. В составе установки «Луч» на модернизированных усилителях получен коэффициент усиления слабого сигнала 0,045см"1 и предельная энергия излучения в одном канале 3,5 кДж.

5. Разработаны и изготовлены экспериментальные образцы секций усилителя для восьмиканальных дисковых усилителей ( 2x4) установки «Искра-6».

6. Разработанная методика измерения в динамике излучательных характеристик отдельных эмиттеров в линейке лазерных диодов может быть использована для анализа эффективности технологий выращивания гетероструктур, аттестации линеек и создания матриц и сборок для систем накачки мощных твердотельных лазеров.

Основные положения, выносимые на защиту.

1.Методики исследования, разработанные на базе интерференционных и теневых голографических методов" и средств, оптико-физических свойств лазерных сред, возбуждаемых импульсными, импульсно-периодическими и непрерывными разрядами, динамики развития неустойчивостей в объемном разряде и газодинамических процессов в активных средах мощных лазеров.

2. Результаты исследования пространственного распределения энерговклада и отклика активных сред лазеров, в условиях пространственной неоднородности потоков ионизирующего излучения (УФ излучение и электронные пучки), определяемой элементами систем накачки - схемой ввода пучков в лазерный объем, геометрией и конструкцией электродов, включая следующие данные :

- в СОт лазерах на самостоятельном разряде с УФ предыонизацией искровыми источниками в результате неоднородной фотоионизации лазерного объема, неравномерной засветки катода и фотоэмиссионных процессов в активной среде формируются мелкомасштабные структуры, с характерным размером ~ 1-2 мм, и крупномасштабные изменения показателя преломления, характерные также для HF/DF лазеров с УФ предыонизацией скользящим разрядом;

- в электроионизационных С02 лазерах и эксимерном ХеС1 лазере при нижекции пучков электронов с энергией 160 - 400 кэВ в лазерных средах зарегистрировано неравномерное распределение энерговклада с характерным размером неоднородности, задаваемым геометрией «прозрачного» электрода или поддерживающей решетки.

3. Методы и результаты комплексных исследований процессов формирования и развития неустойчивостей в виде прорастающих токовых шнуров в объемном несамостоятельном разряде атмосферного давления, поддерживаемом электронным пучком. Новые данные о структуре и скорости распространения токовых шнуров, концентрации электронов в канале и параметрах периферийной ударной волны на разных стадиях развития неустойчивости, обоснование механизма послеразрядных пробоев разрядного промежутка, связанного с распространением в разрядном объеме токовых шнуров и газодинамическими процессами расширения нагретого в канале газа.

4. Совокупность результатов исследований газодинамических процессов, происходящих в возбуждаемых объемными разрядами активных средах, в условиях импульсного, импульсно-периодического и непрерывного энерговклада с прокачкой газовой смеси. Данные о процессах зарождения и распространения катодных ударных волн, волн плотности на границе зоны генерации, формируемых вследствие эффекта самовоздействия, тепловых полей, тепловых пробок, нагрева и турбулпзации газового потока.

5. Обоснование принципов построения многоканальных дисковых усилителей и усилительных систем с конфигурацией активных элементов 1x2, 2x2, 2x4. Результаты исследования оптических компонентов системы иакачки и расчетов конструкций дисковых усилителей и пространственных фильтров. Создание четырехканальных дисковых усилителен с апертурой каждого канала 20x20см2 , которые внедрены на установке «Луч» .

6. Результаты экспериментальных исследований и расчетов элементов осветителей дисковых усилителей 2x4, включая исследования спектральных и излучательных характеристик крупногабаритных ламп накачки ИНП 40/1600 и профилированных отражателей. Создание экспериментальных образцов секций восьмиканального дискового усилителя с апертурой каждого канала 30x30 см2.

7. Методика исследования в динамике энергетических и спектральных характеристик отдельных эмиттеров линейки лазерных диодов и результаты, полученные на линейках, выращенных модифицированным методом жидкофазной эпитаксии и с помощью MOCVD технологии.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитированной литературы.

Основные результаты исследований и разработок :

1. Для исследования оптико-физических свойств активных сред мощных крупногабаритных лазеров, возбуждаемых импульсными, импульсно-периодическими и непрерывными разрядами, разработаны средства и методики, основанные на голографических принципах диагностики плазмы.

2. Экспериментально обнаружены новые эффекты при накачке активных сред самостоятельным разрядом с УФ предыонизацией, несамостоятельным разрядом с предыонизацией электронным пучком и накачкой высокоэнергетичным пучком электронов. Установлено, что в условиях пространственной неоднородности потоков ионизирующего излучения (УФ излучение и электронные пучки), определяемых геометрией и конструкцией системы ввода излучения в разрядный объем, осуществляется неоднородный энерговклад. В активной среде формируются мелкомасштабные структуры и крупномасштабные изменения показателя преломления. Неоднородный энерговклад в лазерах с УФ подсветкой обусловлен неоднородной фотоионизацией и неравномерным облучением поверхности катода и фотоэмиссионными процессами. Воздействие неоднородного потока электронов также оказывает влияние на распределение энерговклада и формирование регулярных структур показателя преломлаения в АС электроионизационных лазеров и лазеров с накачкой высокоэнергетичными пучками электронов.

3. Разработаны методы и проведены исследования устойчивости объемного несамостоятельного разряда атмосферного давления, поддерживаемого электронным пучком. Впервые интерференционными голографическими методами визуализированы неустойчивости объемного разряда в виде прорастающих токовых шнуров и получены новые количественные данные о структуре и скорости распространения токовых шнуров, концентрации электронов в канале и параметрах периферийной ударной волны. Установлены особенности в динамике распространения на начальной и завершающей (предпробойной) стадии развития токовых шнуров. Предложен механизм послеразрядных пробоев.

4. Исследованы механизмы газодинамических возмущений в активных средах мощных лазеров в условиях импульсного, импульсно-периодического и

233 непрерывного энерговклада с прокачкой газовой смеси. Определены условия, ограничивающие длительность и частоту следования импульсов энерговклада. Изучены процессы тепло-массопереноса в активной среде, приводящие к дополнительному нагреву и снижению мощности генерации излучения непрерывного лазера. Получены в динамике пространственные распределения показателя преломления активных сред, являющиеся основой для формирования лазерного излучения с малой расходимостью.

5. Разработан диагностический комплекс, позволивший проводить исследования спектральных и энергетических излучательных характеристик крупногабаритных импульсных ламп накачки и отражательных свойств материалов для ламповых кассет усилителей в широком спектральном диапазоне. б.Обоснованы принципы построения многоканальных дисковых усилителей и усилительных систем с конфигурацией активных элементов 1x2, 2x2, 2x4. Проведены исследования оптических компонентов системы накачки и расчеты конструкций дисковых усилителей и пространственных фильтров. Созданы двухканальные и четырехканальные дисковые усилители с апертурой каждого канала 20x20см2. В составе установки «Луч» на модернизированных дисковых усилителях получен коэффициент усиления слабого сигнала 0,045см"1 и предельная энергия излучения в одном канале 3,5 кДж.

7. На основе исследований, конструкторских решений и результатов, полученных на установке «Луч», предложена конструкция усилительной системы 128 канальной установки «Искра-6», включающая дисковые усилители и пространственные фильтры с конфигурацией 2x4 и апертурой каждого канала л

30x3 0см . Исследованы характеристики прототипов отражателей и экспериментальных импульсных ламп накачки ИНП 40/1600. Разработаны и изготовлены экспериментальные образцы секций усилителя для установки «Искра-6».

8. Для решения задачи согласования спектров излучения лазерных диодов с спектрами поглощения активных сред разработана методика и проведены исследования параметров излучения линеек лазерных диодов, основанная на регистрации в динамике энергетических и спектральных характеристик отдельных эмиттеров линейки.

Заключение

1. Басов Н.Г., Крохин О.Н. Условия разогрева плазмы излучением оптического генератора.//ЖЭТФ. 1964, Т.46, С.171-175.

2. Alexandrov V.V., Anisimov S.I., Velikhov Е.Р. et al. Investigation of Laser-Produced Plasma on "Mishen" Facilities// Proc. Of the VI European Conf. on Plasma Phys. 1974. V.2, P. 407-412.

3. Физика лазеров и взаимодействие лазерного излучения с веществом. // Сборник трудов ИЛФИ, РФЯЦ ВНИИЭФ. Под редакцией Кирилова Г.А., Качемасова Г.Г. Саров. 2002. С. 351

4. Бельков С.А., Бессараб А.В., Воронич И.Н., и др. Исследование сжатия высокоаспектных мишеней при облучении лазерным импульсом второй гармоники йодного лазера «Искра-4»// ЖЭТФ. 1992. вып.1.

5. Басов Н.Г., Михайлов Ю.А, Склизков Г.В, Федотов С.И. Лазерные термоядерные установки// Итоги науки и техники. Сер. «Радиотехника». 1984. Т.25. С. 366

6. Басов Н.Г, Белоусов Н.И., Гришунин П.А. и др. Гибридный реактор на основе лазерного термоядерного синтеза.//Квантовая электроника. 1987. Т.14. № 10. С.2068-2081.

7. Бурцев В.А, ГордейчшсВ.В, Кучинский А.А, Родичкин В.А, Смирнов В.А, Томашевич В.П. Импульсный С02-лазер с накачкой объемнымсамостоятель-ным разрядом// Квантовая электроника. 1988. Т. 15, вып. 8, С. 1276-1280.

8. Кучинский А.А. Родичкин В.А.//ЖТФ 1979, 49, 7 С. 1567

9. Бурцев В.А., Василевский М.А., Козюченок С.С., Родичкин В.А.,.

10. Ройфе И.М, Стекольников Б. А., Томашевич В.П., Шанский В.Ф. Двухволновый мощный С02- лазер// ЖТФ. 1983. Т. 53, вып. 12,С. 24242425.

11. Avramenko M.I., Burtsev V.A., Ivanov Р.А., Kazachenko N.I., Kuznetsov V.S. Numerical investigations of electron beam energy deposition into the gas medium of an excimer laser//Fusion Technology. May 1991. V. 19, № 3. Part 1. P.440-448.

12. Зайдель A.H., Островская Г.В. Лазерные методы исследования плазмы// Л.: Наука, 1977.220 с.

13. Зайдель А.Н. Применение голографической интерферометрии для диагностики плазмы//УФН. 1986. Т.149. B.l. С.105-123.

14. Алексеев В.Н., Мак А.А., Пивинский Е.Г., Седов Б.М., Стариков А.Д., Цветков А.Д. Высокоэффективные дисковые усилители на неодимовом стекле //Квантовая электроника. 1976. Т. 3, №1, С. 226 227.

15. Кильпио А.В., Киселев Н.Г, Кочиев Д.Г., Пашинин П.П., Сучков Ю.А, Шашков Е.В. Исследование усиления в модуле дискового усилителя с апертурой 24 см// Квантовая электроника. 1995. Т.22. № 5. С.451-452.

16. Galakhov I.V., Garanin S.G., Eroshenko V.A. et al. Concept of Iskra-6 Nd-laser facility// Fusion Engineering and Design . 1999. 44, P.51-56.

17. Анненков В.И., Багрецов B.A., Гайдаш В.А. и др. Импульсный лазер мощностью 120 ТВт «Искра-5»// Квантовая электроника. 1991. Т. 18. С. 536537.

18. Абильсиитов Г.А., Велихов Е.П., Голубев B.C. и др. Мощные газоразрядные СОг— лазеры и их применение в технологии// М.: Наука. 1987. 160 с.

19. Велихов Е.П., Письменный В.Д., Рахимов А.Г. Несамостоятельный газовый разряд, возбуждающий непрерывные С02-лазеры//УФН. 1987. Т. 122, вып.З. С.419- 502.

20. Басов Н.Г., Данилычев В.А. Ковш И.Б. Современное состояние исследований по электроионизационному методу возбуждения//Труды ФИАН СССР. Т. 116. М.: Наука, 1980. С.3-6.

21. Hegeler F., Myers V., Wolford М., Sethian J. et al. The Electra KrF laser system// Journal of physics. Conf. Ser.l 12. 032035. 2008. IFSA2007 Cancun, Mexico.

22. Аполлонов B.B., Буш Г.В., Миненков B.P., Прохоров А.М.и др. Формирование пространственно-однородного разряда в большом объеме газовых смесей C02-N2- Не// Квантовая электроника. 1984. Т.П. С.2149-2154.

23. Ohuadano Y., Sekigushi Т. Development and performance characteristics of UV-preionized, high-power TEA pulsed C02 laser// Jap.J. Appl.Phys., 1980, V.19. .№ 8. P.1493-1504.

24. Бурцев В.А, Гордейчик В.В, Кучинский А.А, и др. Разработка и исследование модуля первой ступени усилителя ССЬ-лазерной установки ТИР-IM// Препринт НИИЭФА К-0570. Л., 1982. 26 с.

25. Pugh E.R, Wallace J., Jacob J.H. et al. Optical quality of pulsed electron-beam sustained lasers//Appl. opt.1974. V.13, № 11, P.2512-2517.

26. Roper V.G., Lamberton H.M,.Parcell E.W,.Manley A.W.J. Laser indused medium perturbation in a pulsed C02 laser/ /Optics communications, 1978, V.25, № 2, P.235-240.

27. Баранов В.Ю., Низьев В.Г., Пигульский C.B. Газодинамические возмущения потока в С02-лазерах импульсно-периодического действия. Конвективное удаление нагретого газа из разрядной области//Квантовая электроника, 1979. Т.6, № I. С. 177-183.

28. С1агк W.M. Optical homogenity of a ultraviolet- preionized C02 laser discharge// Appl.Opt. 1974, V.13, P.1995-1997.

29. Березин А.Б., Бурцев B.A., Смирнов А.Г., Смирнов В.Г. Обнаружение голо-графическими методами потери когерентности излучения зондирующего плазму быстрого линейного тета-пинча//Препринт НИИЭФА П-К0502.Л., 1981.20 с.

30. Дубовой Л.В., Смирнов А.Г., Смирнов В.Г., Стаселько Д.И. Использование голографии в термоядерной плазме и движущемся дуговом разряде// Успехи физических наук. 1972. Т.103, вып.З. С. 588-603.

31. Киселевский Л.И, Курунов Р.Ф., Мазуренко С.Л. и др. Исследование анодной области тлеющего разряда атмосферного давления в потоке гелия методами голографической интерферометрии//ЖПС, 1986, Т.45, вып. 3, С.494-498.

32. Engelko V., Kurunov R., Landman I., Ljublin В., Smirnov L., Wurz H. Test of divertor materials under simulated plasma disruption conditions at the SOM electron beam facility//Joumal ofNuclear Materials, 1995,V.220-222, P.1071-1075.

33. Смирнов В.Г., Люблин Б.В., Курунов Р.Ф., Бендер С.Е. Диагностика плазмы на электрофизических установках НИИЭФА/УВопросы атомной науки и техники. Серия «электрофизическая аппаратура», 2005, вып. 3( 29), С. 19-32.

34. Бурцев В.А., Кондаков А.А., Курунов Р.Ф., Лебедев Н.Ю., Смирнов В.Г., Шанский В.Ф. Исследование устойчивости несамостоятельного разряда // Тезисы докладов Всесоюзной конференции по физике низкотемпературной плазмы . 1979, Киев, Т.1, С. 121-122.

35. Zelenov L.A., Kurunov R.F., Ratkevich V.K. Smirnov V.G. Use of holographic method to study laser active medium //Proceedings of XV International Conference on Phenomena in Ionized gases. 1981. Minsk, V.2, P. 1743.

36. Burtsev V.A. Kurunov R.F., Kondakov A.A., Smirnov V.G., Shansky V.F.

37. Experimental study of instability of semi-self-sustained discharge // Proceedingsof XVth International Conference on Phenomena in Ionized gases. 1981, Minsk, V.2, P.1711.

38. Алексеев И.А., Баранов Г.А., Зинченко А.К., Карасев Б.Г., Курунов Р.Ф., Раткевич В.К., Смирнов В.Г. Распределение температуры и скорости потока газа в поперечном самостоятельном разряде // Письма в ЖТФ, 1983, Т.9, вып.13, С.807-811.

39. Курунов Р.Ф., Смирнов В.Г., Яценко Б.П. Влияние пространственной структуры электронного пучка на однородность активной среды электроионизационного С02 -лазера // Письма в ЖТФ, 1985, T.I1, вып. 18, С.1130-1133.

40. Курунов Р.Ф., Смирнов В.Г., -Яценко Б.П. Экспериментальное исследование газодинамических процессов в импульсно-периодическом объемном несамостоятельном разряде // ЖТФ, 1986. Т.56, вып.З, С.491-496.

41. Зеленов JI.A., Курунов Р.Ф., Раткевич В.К., Смирнов В.Г., Яценко Б.П. Экспериментальное исследование газодинамических процессов в объемном несамостоятельном разряде методом голографической интерферометрии.// Препринт НИИЭФА П- К-0602. Л., 1983. 10 С.

42. Баранов Г.А., Глухих В.А, Грызлов А.И. и др. Электроионизационный С02-лазер высокого давления // Тезисы докладов Ш Всесоюз. конф. «Оптика лазеров». ГОИ. Л., 1981. С.62-63.

43. Аскарьян Г.А. Самофокусировка луча света при возбуждении атомов и молекул среды в луче // ЖЭТФ. Письма в редакцию. 1966. Т.4. Вып. 10. С.400.

44. Боровков В.В., Корнилов В.Г., Суханов JI.B, Челнаков В.И. Метод измерения неоднородности энерговклада в электроионизационных С02-лазерах // Известия АН СССР. Сер. физич. 1987. Т.51. № 8. С.1272-1275.

45. Райзер Ю.П. Основы современной физики газоразрядных процессов // М., Наука. 1980. 415 с.

46. Островский Ю.И., Бутусов М.М., Островская Г.В. Голографическая Интерферометрия // М., Наука. 1977. 339 с.

47. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений // М., Наука, 1966. 632 с.

48. Тимофеев М.А. Экспериментальное исследование неустойчивостей несамостоятельного разряда в молекулярнах газах // Автореферат диссертации. М., 1982. 21 с.

49. Callear А.В., Wood P.M. Rates of energy transfer from N2( A3£u+ ) to various molecules // Trans. Faraday Soc., 1971, V. 67, P. 272-288.

50. Meyer J.A., Kosterboer D.H., Sertser D.W. Energy transfer reactions of N21. A3Su+).

51. Measuremment of the radiative lifetime and study of the interaction with olefins and other molecules. // J. Chem.Phys., 1971, V.55. No 5, P. 2084-2091.

52. Young R.A., Black G., Slanger T.G. Vacuum-ultraviolet photolysis of N20. Deacctivation of N2 (A3Xu+) and N2 (B 3ng) // J.Chem.Phys., 1969, V.50, Nol, P.303-308.

53. Meyer J.A., Setser D.W., Clark W.G. Rate constants for quenching of N2 (A3SU+) in active nitrogen // J. Chem. Phys. 1972, V. 76, No 1, P. 1-9.

54. Dreyer J. W., Perner D., Roy C.R. Rate constants for the quenching of N2 (A3SU+, v=0-8) by CO, C02, NH3, NO and 02 // J.Chem. Phys., 1974, V.61, No 8, P.3164-3169.

55. Dreyer J.W., Perner D. Deactivation ofN2 (A3£u+, v=0-7) by ground state nitrogen, entane and ethylene measured by kinetic absorption spectroscopy. // J.Chem. Phys. 1973, V. No3,P. 1195-1201.

56. Gruogora G., Horhard L., Toureau M. et al. Population of N2 (A3£u+) metastable states in a pure nitrogen glow discharge II T. Phus. B. AT. № 1. Phys., 1981, V. 14, P. 2977-2987.

57. Александров H.JI., Кончаков A.H., Сон Э.Е. Функция распределения электронов и кинетические коэффициенты азотной плазмы. Невозбужденные молекулы. // Физика Плазмы. 1978. Т.4. Вып.1. С.169-176.

58. Напартович А.П., Старостин А.И. Механизмы неустойчивости тлеющего разряда повышенного давления // Химия плазмы. М., Энергоиздат. 1979. Вып.6. С.153-208.

59. Елецкий А.В. Механизмы сжатия тлеющего разряда. // Химия плазмы. М., Энергоиздат, 1982. Вып.9. С. 151-178.

60. Баиадзе К.В, Вецко В.М, Жданок С.А. и др. Влияние колебательно-возбулсденных частиц на устойчивость несамостоятельного разряда в молекулярных газах. // ДАН СССР, 1979. Т.249. № 4. С.832-835.

61. Осипов А.А., Рахимов А.Т. Об одной ионизационной неустойчивости в плазме несамостоятельных разрядов. // Физика плазмы. 1977. Т.З. С.644-651.

62. Напартович А.П., Старостин А.Н. К вопросу об устойчивости несамостоятельного тлеющего разряда. // Физика плазмы. 1976. Т.2. Вып.5. С.843-850.

63. Акишев Ю.С. Напартович А.П., Пашкин С.В. Исследование прилипательной неустойчивости в тлеющем разряде в потоке воздуха. // Физика плазмы. 1978. Т.4. Вып.1. С.152-158.

64. Королев Ю.Д., Хузеев А.П. Формирование искрового канала в объемном разряде, инициируемом пучком быстрых электронов. // ТВТ. 1975. №4. С.861-862.

65. Бакшт Р.Б., Королев Ю.Д., Месяц Г. А. Формирование искрового канала и катодного пятна в импульсном объемном разряде. // Физика плазмы. 1977. Т.З. Вып.З. С.652-855.

66. Королев Ю.Д., Месяц Г.А. Автоэмиссионные и взрывные процессы в газовом разряде//Новосибирск. Наука, 1982. 253 с.

67. Холдер Д., Норт Р. Теневые методы в аэродинамике // М., Мир, 1966. 179 с.

68. Васильев JI.A. Теневые методы // М., Наука, 1968. 400 с.

69. Бекетова А.К., Мустафина Л.Г., Смоляк А.Я. О чувствительности голографического теневого метода// ОМП, 1974. № 12. С.3-5.

70. Смирнов А.Г. Голографическая интерферометрия с регулируемой шириной и ориентацией полос // Оптическая голография и ее применения. Л., ЛДНТП, 1974. С.45-47.

71. Анциферов В.В., Аникеев Б.В., Угожаев В.Д. Динамика ОКГ на рубине в режиме свободной генерации // ЖЭТФ. 1970. Т.58. Вып.4. С.1146-1155.

72. Смирнов А.Г., Тереньев В.Г. Исследование кинетики генерации мощного импульса рубинового лазера, сформированного с помощью дифракционного модулятора на бегущих модулированных ультразвуковых волнах // Оптика и спектроскопия. 1969. Т.27. Вып. 1 С.163-165.

73. СпорникН.М. Уменьшение влияния иеоднородностей подложки голограммы при исследовании фазовых объектов // ОМП. 1975. №1. С.74-78.

74. Burtsev V., Bolshakov E., Kalinin N., Kubasov V., Kurunov R., Smirnov V., Chernobrovin V., Engelko V. Electrophysical problems in creation of compact and effective sources of short-wave radiation on plasma of capillary discharges. //

75. EE Transactions on plasma science, October 2006 , V.34, №5, P. 1928-1933

76. Ананьев Ю.А.Оптические резонаторы и лазерные пучки // М., Наука, 1990,с. 110.

77. Haas R.H. Plasma stability of electric discharges in molecular gases // Phys.Rev., 1973, V.A8, № 2, P.1017-1048.

78. Nighan W.L. Sauses of thermal instability in enterally sustained molecular discharges \\ Phys.Rev., 1977, V.A15, № 4, p. 1701-1720.

79. Велихов Е.П., Письменный В.Д., Рахимов А.Г. Несамостоятельный газовый разряд, возбуждающий непрерывные ССЬ-лазеры // УФН, 1977. Т.122. В.З.1. С.419-447.

80. Ecker G.E., Zoller О., Kroll W. Thermal instability of the plasma solumn // Phys. Fluids, 1964, V. 46, P. 1679-1685.

81. Полак JI.C., Сергеев П.А., Словецкий Д.И. Механизм ионизации азота в тлеющем разряде// ТВТ. 1977. Т.5. № I. С. 15-23.

82. Витшас А.Ф., Ульянов К.Н. Ионизационная неустойчивость несамостоятельного тлеющего разряда в молекулярных газах // ЖТФ. 1976. Т.46. С.896-899.

83. Голубев С.А, Ковалев А.С., Письменный В.Д. и др. Ионизационная неустойчивость несамостоятельного разряда, обусловленная ступенчатой ионизацией // ДАН СССР, 1976. Т.228. № I. С.77-80.

84. Выснкайло Ф.И., Напартович А.П., Сон Э.Е. Об устойчивости несамостоятельного тлеющего разряда в чистом азоте // Физика плазмы. 1978. Т.4. № 6. С.1383-1389.

85. Бесшапошников А.А., Блохин В.И., Воронин В.Б и др. Расслоение тлеющего разряда в потоке газа при повышенных энерговкладах // ДАН СССР. 1982. Т.265. № 6. С.1371-1374.

86. Nighan W.L., Wiegand W.J. Influence of negative ion processesaes on stady-stale properties and striations in molecular gas discharge // Phys.Rev., 1974, V.A10, No 3, P.922-934

87. Мыльников Г.Д., Напартович А.П. Доменная неусточивость тлеющего разряда// Физика плазмы, 1975. Т.1. Вып.6. С.892-900.

88. Велихов Е.П., Голубев С.А, Ковалев А.С. и др. Стационарный несамостоятельный газовый разряд в молекулярных смесях повышенного давления // Физика плазмы. 1975. Т.1. Вып.5. С.847-853.

89. Бычков Ю.И., Генкин С.А., Королев Ю.Д. и др. Переход несамостоятельного объемного разряда, поддерживаемого пучком быстрых электронов, к искровому // Вестник вузов. Физика, 1978. Т.10. С.146-149.

90. Бычков Ю.И., Королев Ю.Д., Месяц Г.А. Импульсный разряд в газе в условиях интенсивной ионизации электронами // УФН.1978.Т.126. Вып.З. С.451-475.

91. Бурцев В.А, Кондаков А.А., Курунов Р.Ф. и др. Экспериментальное исследование неустойчивости несамостоятельного разряда // Препринт НИИЭФА К-0481. Л., 1980, 11 С.

92. Ковалев А.С., Персианцев И.Г., Полушкин и др. К вопросу о механизме развития пробоя в несамостоятельном газовом разряде // Письма в ЖТФ. 1980. Т.б. Вып. 12. С.743-747.

93. Бреев В.В., Борисова Н.А., Губарев А.В. и др. Анализ процессов и методика численного исследования нестационарных течений газа в импульсном газоразрядном лазере периодического действия//Препринт ИАЭ 3343/ 16. М., 1980.20 с.

94. Генкии С.А, Козырев А.В, Королев Ю.Д. и др. Измерение концентрации электронов в стадии прорастания искрового капала при контракции наносекундного объемного разряда с применением теневого метода Теплера // ЖТФ. 1985. Т.55. Вып.6. С.1216-1218.

95. Карнюшин В.Н., Солоухин Р.И. Макроскопические и молекулярные процессы в газовых лазерах // М., Атомиздат, 1981. 200 с.

96. Javan A., Levin J.S. The feasibility of producing of lazer plasma via photoionization // IEEE. J. Quantum Electron, 1972, QE-8, № 11, P. 827-832.

97. Liberman I., Partlow W.D. Mechanism of UY preionization in TEA lasers // IEEE. J. Quantum Electron, 1974, QE -10, № 9, P.750-751.

98. ВаЬсоск R.V., Liberman I., Partlow W.D. Volume ultraviolet preionization from bare sparks//IEEE. J. Quantum Electron, 1976, QE-12, №1, P.29-34.

99. Ohuadano Y., Sekigushi T. Development and performance characteristics of UV-preionized, high-power TEA pulsed C02 laser // Jap.J. Appl.Phys., 1980,V. 19, № 8, P.1493-1504.

100. Горячкин Д.А, Иртурчанов В.И., Калинин В.П. и др. Импульсный С02-лазер атмосферного давления с предварительной фотоионизацией // Квантовая электроника. 1976. Т.З. № 3. С.656-657.

101. Кучинский А.А., Родичкин В.А. Импульсные TEA С02 -лазеры с предионизацией ультрафиолетовым излучением // Обзор НИИЭФА К-16.1. Л., 1977.40 с.

102. Велихов Е.П, Баранов В.Ю, Летохов В.С и др. Импульсные С02 лазеры и их применение для разделения изотопов//М., Наука. 1983. 304 с.

103. Камардин И.Л, Кучинский А.А, Павлов В.Н. Родичкин В.А. Численное исследование развития газодинамических возмущений в среде импульсного самостоятельного разряда с УФ-предионизацией // ТВТ, 1987. Т.25. № 5. С.865-872.

104. Кучинский А.А. Разработка и исследование импульсного С02-лазера, возбуждаемого самостоятельным разрядом с предионизацией УФ-излучением // Автореферат диссертации. Л., 1984.-25с

105. Зеленов Л.А, Камардин И. Л, Курунов Р.Ф. и др. Исследование развития самостоятельного разряда в молекулярных газах методами голографической интерферометрии//Препринт НИИЭФА К-0596. Л., 1982. 5 с.

106. Бочкарь Е.П, Захаров А.И, Поляков С.Н и др. Исследование объемного самостоятельного разряда в азоте в условиях неоднородной предионизации излучением // Физика плазмы. 1985. Т.П. Вып.7. С.889-897.

107. ВаЬсоск R.V. Volumetric UV photoionization in С02 laser media // Int. Electron Devices Meet. Washington. 1974. Techn. Dig. New York, 1974, P.165-168.

108. Palmer A.J., Wada J.Y. Preionization mechanisms in C02 lasers. // IEEE. J. Quantum Electron, 1974, QE-10, № 9, P.751

109. McKen D., Seguin H.J, Tulip J. Photoionization parameters in the carbon dioxide laser gases // IEEE. J. Quantum Electron, 1976, QE-12, № 8, P.470-482.

110. Reits B.J, Olbertz A.H.M. Doped CO TEA laser // Appl. Phys. Lett., 1975,V.27, № 1, P.24-25.

111. Olbertz A.H.M, Reits B.J, C02 lasers sustained by metastable N // Appl. Phys. Lett. 1976, V.28, № 4, P. 199-201.

112. Reits B.J. Penning ionization in doped CO TEA lasers // J. Appl. Phys, 1977, V.48, № 9, P.2697-3700.

113. Аполлонов B.B, Державин С .И, Кононов И.Г и др Характеристики С02 : N2: Не смесей с добавками легкоионизируемых веществ // Письма в

114. ЖТФ. 1979. Т.5. Вып.24. С.1518-1521.

115. Богданова В.И, Бурцев В.А, Казаченко Н.И. и др. Численное исследование несамостоятельного разряда, инициируемого электронным пучком // Физика плазмы, 1982. Т.8, № I. С. 165-169.

116. Сривастава Б.Н., Теофанис Г.А., Лимпечер Р., Комли Д.К. Газодинамические и разрядные характеристики импульсных лазеров с разрядом, управляемым с помощью электронного пучка // Ракетная техника и космонавтика. 1981. Т.19. № 9. С.65-75.

117. Богданова В.И., Кузнецов B.C., Фидельская Р.П. Несамостоятельный газовый разряд с неоднородной ионизацией промежутка // Физика плазмы, 1982. Т.7. Вып.4. С.838-841.

118. Бойков Е.С., Минин В.В., Третьяков В.Э., Яценко Б.П. Исследование пространственных распределений электрокинетических параметров несамостоятельного разряда // Препринт НИИЭФА А-0530. Е.С. Б.П. Л., 1981. 25 с.

119. Авров А.И., Глотов Е.П., Данилычев В.А., Чебуркин Н.В. Режим накачки электроионизационных СОг-лазеров с максимальной эффективностью использования электронного пучка // Квантовая электроника. 1980.Вып.7. № 9.С.1979-1983.

120. Курунов Р.Ф. Экспериментальные исследования активной среды мощных электроразрядных С02 лазеров голографическими методами // Диссертация. Л., 1990.210 с.

121. Бычков Ю.И., Горчаков С. Л., Ястремский А.Г. Однородность и устойчивость объемных электрических разрядов в смесях газов на основе SF^ // Квантовая электроника. 2000. Т.ЗО, № 8, С.733-737.

122. Лакоба И.С., Яковленко С.И. Активные среды эксиплексных лазеров // Квантовая электроника. 1980. Т.7, №4, С.677-720.

123. Бабушкин С.Р., Бурцев В.А., Зеленов Л.А., Казаченко Н.И., Калинин Н.В. Исследование динамики отклика активной среды эксимерного лазера на тепловые воздействия импульсного электронного пучка // Препринт НИИЭФА П-К-0816. М., ЦНИИатоминформ, 1989, 9 с.

124. Ипатов А.Л., Кабанов С.Н., Королев А.А. и др. Исследование изменения плотности нейтрального газа при прохождении импульса РЭП // Письма в ЖТФ. 1984. Т.10, № 3. С.162-165.

125. Баранов В.Ф. Дозиметрия электронного излучения.// М.: Наука, 1974. 229 с.

126. Пирс У.Д. Получение и исследование высокотемпературной плазмы// И.Л. 1962. 221 с.

127. Островская Г.В. К вопросу о расчете радиальных распределений параметров осесимметричной плазмы методом Пирса // ЖТФ, 1976. Т.46. Вып.12.С.2529-2534.

128. Коробейников В.П., Мельников Н.С., Рязанов Е.В. Теория точечного взрыва //М., Физматгиз. 1961. 332 с.

129. Лозанский Э.Д., Фирсов О.Б. Теория искры // М., Атомиздат. 1975. 271с.

130. Добрецов Л.И., Гомоюмова М.В. Эмиссионная электроника // М., Наука. 1966. с.

131. Осипов В.В. Самостоятельный объемный разряд // Успехи физических наук. 2000. Т.170, № 3. С. 225-245.

132. Martin B.Y., Pechersky J. Shock waves in pulsed gas lasers // J. Laser Focus. December. 1981. P.61-67.

133. Лобанов A.H., Лондер Я.И., Менахин Л.П., Ульнов К.Н. Динамика катодного слоя несамостоятельного разряда // ЖТФ. 1982. Т.52. Вып. 10. С.1959-1965.

134. Сутягин А.Н., Юрьев М.С. Катодный слой несамостоятельного разряда в смесях газов С02: N2: Не атмосферного давления // ЖТФ. 1984. Т.54. Вып.5.С.972-974.

135. Александров В.В., Котеров В.Н., Пустовалов В.В и др. Пространственно-временная эволюция катодного слоя в электроионизационных лазерах // Квантовая электроника, 1978. Т.5. № I. С.114-121.

136. Климов А.И., Коблов А.Н., Мишин Г.И. и др. Распространение ударной волны в плазме тлеющего разряда // Письма в ЖТФ. 1982. Т.8. № 7. С.439-443.

137. Климов А.И., Коблов А.Н., Мишин Г.И. и др. Распространение ударной волны в распадающейся плазме // Письма в ЖТФ. 1982. Т.8. № 9. С.551-554.

138. Басов Н.Г., Данилычев В.А., Ионин А.А. и др. Исследование энергетических параметров электроионизационных С02-лазеров // Квантовая электроника. 1975. Т.2. № II. С. 2458-2466.

139. Хауф В., Григуль У. Оптические методы в теплопередаче // М., Мир. 1973. 240с.

140. Зелеиов JI.A., Курунов Р.Ф., Раткевич В.К. и др. Экспериментальное исследование газодинамических процессов в объёмном несамостоятельном разряде методом голографической интерферометрии // Препринт НИИЭФА К-0602.JI., 1983. 10 с.

141. Шерстобитов В.Е. Угловая расходимость излучения проточных газовых лазеров //Известия АН СССР. Сер. физич. 1982. Т.46. № 10. С.1905-1914.

142. Баранов В.Ю., Низьев В.Г., Пигульский С.В. Газодинамические возмущения потока в СОг-лазерах импульсно-периодического действия. Конвективное удаление нагретого газа из разрядной области // Квантовая электроника, 1979. Т.6, № I. С.177-183.

143. Губарев А.В., Некрасов А.А. О волновой прокачке газа в газоразрядной камере с импульсно- периодическим подводом энергии // Квантовая электроника. 1983. Т 10. № 9. С. 1829-1832.

144. Велихов Е.П., Голубев B.C., Пашкин С.В. Тлеющий разряд в потоке газа // УФН. 1982. Т. 137. Вып.1. С. 117-150.

145. Воронцов С.С., Иванченко А.И., Солоухин Р.И., Якоби Ю.И. Оптические методы диагностики активной среды газовых лазеров // Газовые лазеры. Новосибирск, Наука, 1977. С.341-347.

146. Райзер Ю.П. Физика газового разряда // М., Наука. 1987. 591 с.

147. Ибрагимов М.Х., Субботин В.Н., Бобков В.П. и др. Структура турбулентного потока и механизм теплообмена в каналах // М., Атомиздат, 1978. 235 с.

148. Димаков С.А, Малахов JI.H, Шерстобитов В.Е и др. Исследование оптической однородности активной среды электро-ионизационного С02 -лазера атмосферного давления в присутствии генерации излучения // Квантовая электроника, 1983. Т. 10. № 2. С.397-402.

149. Roper V.G, Lamberton Н.М, Parcell E.W, Manley A.W.J. Laser indused medium perturbation in a pulsed C02 laser // Optics communications, 1978, V.25, № 2, P.235-240.

150. Roberts S.A. Lamberton H.M. Numerical predictions of phase distortions due to a heating differential in C02 laser discharge tube // J Phys.D: Appl. Pliys.,1980, V.13.

151. Федоров C.B., Юрьев M.C. Численное исследование теплового самовоздействия в активной среде электроионизационных С02-лазеров // Квантовая электроника. 1983. Вып.Ю. № 5. С. 1001-1006.

152. Васильев JI. А. Галушкин М.Г., Серегин А,М., Чебуркин Н.В. Нелинейные оптические неоднородности в активных средах газовых лазеров // Квантовая электроника. 1981. Т.8. № 9. С.1987-1989.

153. Семенов В.Е., Федоров С.В., Юрьев М.С. Рефракция лазерного излучения на волнах самовоздействия в С02 -лазерах // Квантовая электроника. 1986. Т. 13. № 3. С.617-622.

154. LLNL. ICF Quarterly Report. Special Issue: National Ignition Fasility. Virginia: Springfield, 1997, V.7,No.3. P.

155. Andre M.L. Proc. SPIE // Int. Soc. Opt. Eng. 1997. C. 3038- 3047

156. Мак A.A., Соме JI.H., Фромзель B.A., Яшин В.Е. Лазеры на неодимовом стекле // М., Наука. 1990. 288 с.

157. Илькаев Р.И., Гаранин С.Г. Исследование проблем термоядерного синтеза на мощных лазерных установках // Вестник РАН, 2006. Т.76, № 6, С. 503-513

158. Charukhchev A.V, Arbuzov V.I, Demidov V.L, Dmitriev D.I, Dukel'skii K.V, Garanin S.G, Kurunov R.F, Lunter S.G, Sirazetdinov V.S, Smirnov V.G, Volinkin

159. V.M. Effective amplifiers of high power lasers with active elements of phosphateth

160. Nd-glass. // XXIX European Conference on Laser Interaction with Matter, 11-16 June 2006, Madrid. Conf. Abstracts , P.495.

161. Гаранин С.Г, Зарецкий А.И, Илькаев Р.И, Кириллов Г.А, Кочемасов Г.Г, Курунов Р.Ф, Муругов В.М, Сухарев С.А. Канал мощной установки «ЛУЧ» для ЛТС с энергией импульса 3.3 кДж и длительностью 4 не. // Квантовая электроника. 2005. Т.35, № 4, С. 299-301,

162. Глухих И.В, Курунов Р.Ф, Поликарпов С.С, Фролов С.В. Разработка твердотельных лазеров с диодной накачкой в НИИЭФА им. Д.В.Ефремова // Вопросы атомной науки и техники. Серия электрофизическая аппаратура. 2005. вып. 3 ( 29), С. 84-89.

163. LLNL .Camil Bibeau. The Mercury Laser Project, Fusion Summer Study // Snowmass Colorado. 2002. July 8-19

164. Bahbah S, Albach D, Assemat F, Bourdet G. Hign power Yb:YAG diode pumped LUCIA front-end oscillator ( 250 mJ, 50 ns, 2 Hz) // Journal of physics. Conf. Ser.l 12. 032053. 2008. IFSA2007 Cancun, Mexico.

165. Yamanaka M. at al. Laser-diodpumped lOJxlOHz Nd: glass slab laser for inertial fusion energy // Inertial Fusion Sciences and Applications 99. Editors: Labaune, C, Hogan, W.J, Tanaka, K.A., Elsevier, Paris. 2000. P. 644-649.

166. LLNL. Murrey J.E, Erlandson А.С. //Preprint a UCRL-101266. Livermor. USA. 1989.

167. LLNL. Gregory L. Tietbohl, Stanley C. Sommer. Stability Design Considerations for Mirror Support in ICF Lasers // Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, California, 94551 USA.

168. LLNL, ICF Quarterly Report // Special Issue: National Ignition Facility, April-June 1997, Volume 7, Number 3

169. LLNL. Erlandson A.C., Rotter M.D., Frank D.N., McCracken R.W. Design and performance of the Beamlet amplifiers // UCRL-LR-105821-95-1

170. Grigorovich S.V., Demidov V.L., Eroshenko V.A., Kalinin N.V., Krotov V.A., Kurunov R.F., Smirnov V.G., Fomin V.M. Prototype Disk Amplifier for ISKRA-6 Facility. // Journal de physique IV, 2005, V.133, IFSA2005 Biarritz, France, P.649-652.

171. Бурцев B.A., Калинин H.B., Лучинский А.В. Электрический взрыв проводников и его применение в электрофизических установках // М., Энергоатомиздат, 1990. 288 с.

172. Powell Н.Т., Erlandson А.С., Jancaitis K.S. Characterization of High Power Flashlamps and Application to Nd: Glass Laser Pumping // Conference of Flashlamp -Pumped Laser Technology, 1986, SPIE Proceeding. V. 609, P.78 94.

173. LLNL. Erlandson A.C., Rotter M.D., Marshal C. at al. Design and performance of flashlamp-pumped Nd:glass amplifiers for NIF // UCRL-LR-105821-98-4.

174. Glukhikh I.V., Kurunov R.F., Smirnov V.G., Stoliarov Y.V., Frolov S.V., Charukhchev A.V. DPSSL for diagnostics of the plasma TOKAMAK with LIDAR-Thomson scattering system. // ECLIM 2006, Madrid. P.576

175. Glukhikh I. V., Kurunov R. F., Smirnov V. G., Charukchev A. V. Source of radiation for diagnostics of the divertor plasma on the ITER facility // Plasma Devices and Operations, September 2008, V.16, No. 3, P. 211 222.

176. Krupke W.F. at al. Optics Letters. // 2003. 28 (23). P.2336.

177. Кейси X., Паниш М. Лазеры на гетероструктурах // М., МИР, 1981.Т.2. 364с.

178. Инжекционные лазеры в системах передачи и обработки информации // Труды ФИАН, М., Наука. 1987. Т. 185.

179. Ривлин Л.А. Динамика излучения полупроводниковых квантовых генераторов // М., Советское радио. 1976. 176 с.