Физические процессы в активных средах импульсно-периодических лазеров на самоограниченных переходах атомов меди и висмута тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

' 1НСТИТУТ Ф13ИКИ НАЦ10НАЛЬН01 АКАДЕМИ НАУК УКРА1НИ

РГБ ОД

П ПНЯ 1Т"

'•ни {¿V . На правах рукопису

КЕЛЬМАН ВОЛОДИМИР АНДР1ЙОВИЧ

Ф13ИЧШ ПРОЦЕСИ В АКТИВНИХ СЕРЕДОВИЩАХ 1МПУЛЬСН0-ПЕР10ДИЧНИХ ЛАЗЕР1В НА САМООБМЕЖЕНИХ ПЕРЕХОДАХ АТОМ1В М1Д1 ТА В1СМУТУ

01.04.04. - фгзкчна електронка

АВТОРЕФЕРАТ дисертаци на здобуття наукового ступени доктора фвпко-математи-. тих паук

Кшв- 1994

Дисерташею е рукошс

Робота виконана в 1нститут1 електронно! ф!зжи Нацюнально! Академ!I наук Укра1ш

0фЩ1йн1 опоненти:

доктор ф 1 зЕко-математичшх наук, Кравченко В1лен професор йосшович

доктор ф1зико-математячних наук, Кочелап Вячеслав профзсор - Олександрович

доктор ф1зико-математичнщ: наук Коваленко В1тал1й

Петрович

Пров!дна орган!зац1я: Кзивський ук!верситет

1м. Тараса Шавченка.

Загнет В1дбудеться С(ЛЛ9и 1995 р. ка

зас!данн1 спац1ал1зовано! вчено! рада Д 016.04.01 при 1нститут1 ф1зики- НАН Укра1ни за адресов: 252022, КИ1В-22, проспект Науки, 46.

3 дисерташею шкна ознайокнтися у б*блютеш 1нстнтуту ф1зики НАН УкраГни.

Автореферат роз1сланий ^У^^ЛХ 1994р-

Вчений секретар

спешал1зовано1 вчено! ради, ' ,,

канд.ф!з.-мат.наук Шц^- 1щук В.А.

ЗАГМЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн!сть робота

Лазери на парах мш (X 510,6 + 578,2 им) та в I ему ту Л 472,2 нм) належать до числа лазер!в на самообмекених переходах ;С0П) - обширного класу газових лазерib, що привертають свою ува-•у завдяки високим значениям середнъо! та пгково! потужност! ге-repaníl, коеф!ц!енту корисно! д!I (ККД) та багаточисельним сферам гауково-техн!чних застосувань. Збудження генерацп в лазерах цьо-'о типу в!дбуваеться на фронт! !мпульсу накачки (розряд, елек-фонний пучок тощо) за рахунок перевакного заселения резонансных )1bhib пор 1 вняно з низьколекатами метастаб1льшши станами. Зрив 'зяерацгг яаступас, в паршу чергу, внасл!док перерозпод!лу агом!в юбочо! речовини mís лазерними р!вняки при вимушених переходах.

Лазер на парах м!д! (ЛПМ) е найкращим í найсяльш вивченим з гасла лазер!в на СОП. I хоч внасл!док багаточисельних дссл!дзшнь зстановлено, що ЛПМ здатен забезпечитп середню потужнють генерацп KtJibKa сотень Вт з 1 м погонно I довапни лазера та ККД ~ О %, загальнодосяжн! параметра генерад!I поступавться наведении :есь на порядок. Серед причин, до перешкоднають досягненни цих граничите параметр!в генераци, е так!, що мот квал!ф!кувати, пс принципового плану (в перлу черту неоднор!дност! в рад!ально-iy розподш параметр!в плазми, як! е маловивченими), та як тех-it4Hí (втрати енерги в комутатор!, вклад енерги збудження в ыазму П1сля зак!нчення генерацП).

Лазер на парах в!смуту (ЛИВ) е представником протилежного 1рлюсу в спектр! лазер!в на СОП. Особливгстю ЛПВ е Оагатоман1тн! сруднощ! в збудаенн! генерал!г та ряд i г ц!кавих властивостей (к1льцепод1бний характер плямг генераци, наявнють ншшъо! кри--гично! частота, вузький температурила 1ятервал юнування генера-д!1), що робить floro справхньою ф!зичною загадкою. Ще сл!д в!дм1-шти, що píBHOBasHHü пар в!смуту мае атомно-димершй склад.

Oras актуальн!сть дано! робота зуыовлена неоСх!дн!стю

- вивчення конкретних тш!в неоднор!дностей, що реал!зуються з лазерах на парах метал!в (на приклад! ЛПМ)-та 1хнього вгшгву на збмегення граничних характеристик генерад!!;

- вивчення механ!зму збудження генерад!I та особливостей ф!-зичних поцес!в у системах !з атомно-шлекулярним складом пару ро>-

бочо! речониш (на приклад! ЛПВ). _ ■ "

Мета робота полягала

- у виявленн1 та вивченн! ф!зичних фактор!в фундаментальное (але ä техшчного) плану,- до порешкодаають досягненнг граничит характеристик генерац!I в лазер! на парах м1д1, в першу чергу по-в'язаних 1з рад!альнши неоднор!дностями плазми розряду;

- у встановлент та вивченн! ф1зичних процес!в, цо обумовлю-ють особливост! та ыехан!зм збудаення генерацн в лазер1 на пара? В1смугу.

Наукова новизна робота полягае в тому, що в Hiß уперше

- встановлено, що температура газу в ЛПМ зростае 1з зб!льше-нням тиску буферного газу, що е насуидкоы зб!льшення неодаор!дно~ ст1 розряду; щюв1днем механ!змом виносу енергП 1з ГРТ (газорозрядао! трубки) при Г/Б <25 (L - довкина, D - Д1аметр ГРТ) е конвекц!я;

- при значениях тиску буферного газу. > 10 кПа виявлено неыо-нотонний х!д релаксацИ населеяост! метастаб!льних р!вн!в м!д! у мШмпульсному промгкку ЛПМ; встановлено, що на bei розряду в ЖШ моеливим е виншенення дефшиту атом!в робочо! речовинк пор!вняно 1з р1вновазшш значениям; щюанал!зовано уыови повного в!дновлен-ня атом1в Ы1д1;

- отримано генераШв у всьому об'ем! ГРТ в ЛИВ;

- обгрунтовано ме?ашзм дисощйного збудаення димер!в в1смуту електроннш ударом для накачки газорозрядного ЛПВ;

- запропоновано та реал1зовано фотодасоц!йннй лазер на довжин! хвил! 472,2 нм атомарного" Biсмуту- 1з накачкою дилер!в в!смуту внпром!н1®анняы екешеряого ArF - лазера.

Практична ц1ш!сть робота •

На основ! результата фундаментальних досл!даень ф1зичши процес!в в ЛШ пропозувться рекомендаци

- яо вшсористанню вимуиено! конвекц!I для охолодження газу;

- по експлуатаци ЛПМ в решмах, що забезпечують позне в!д-новлення на ос! ГРТ атоы!в робочо! речовини.

Окр!м того запропоновано

- метод вим!р2вання температура газу в лазерах !з зисоким

) 1внем потуккост1 збудаення, заснований на вим|рюванн1 зм!ни тис-:у при короткотерм!новому В1дключенн1 розряду;

- методику визначення концентрац!I атом!в з часовни розд!-генням 10 не, д!апазоном чуглквост! в чотири порадш, що об'ед-[уе переваги вим1рювашя поглинання в центр! та крышах л!н!й: по-■линашя;

- спосКЗ зменшення шслг.шпульсних втрат енергП в комутую-шу тиратрон! блок!в живлення ЛПМ, що заклшчаеться в обмеженн! :1сля1шульсно1 зворогао1 напругн на анод! тиратрона.

На загист виносягься

1. Результата вишрювань сервдньо! температуря газу в ЛПМ ля буферних газ!в гелю, неону, аргону. Положения про те,.що озподи енерговкладу в активне середовище е неоднор1даим, а сту-1нь неоднорцздост! зростае 1з зб1льшенням тисну буферного газу, уттевого зменшення обменень на величину граничного енерговкладу

актнвне середоввдэ лазера мокна отримати за рахунок вимугсепоI онвекцп.

2. Результата вш!рюванъ та анал!зу просторово-часово! ево-юц!! концентрат I метаста01льних сган!в м!д! в мшмпульсному ром!жку ЛШ. Цолозгенвя про те, що в ЛШ моге матп мюце дефщит том!в Шд1 по ыдаоиенна до його рШговахного значения, бумовлений недостатньою шввдкютю дифузИ атом!в з! ст!нок ГРТ середину П об'ему.

3. Результата досл1даень характеристик 1мпульсно1 генераци ЛПВ.'Положения про те, що при малкх тисках неону (<6 мм рт.ст.)

енерац!я виникас у всьому об'см! ГРТ.

4'. Анал1з стадЮнарних рад!алышх проф!Л1в атоШв та димер!в ! смуту в ГРТ ЛПВ. Положения про те, що димери в!смуту при ааченн! фактора п£/0(В1г)>100 (Г - частота 1мпульс1в збудаення, - рад!ус ГРТ, Б - коеф!ц1енг дифузИ) перевакно концентруються 1ля ст1нок ГРТ.

5. Положения про те, що пров!дним механ!змом накачки зрхнього лазерного р!вня в 1мпульсно-перюдачному газорсзрядному [В е дисоц1йне збудаення димзр!в в!смуту електронним ударом.

6. Реал1затя фотодисощйного лазера на доежин! хвил! 472,2 ч атому в!смуту, заснованого на оптичнШ накачц! димер!в в!смуту ксимерним АгР - лазером.

7. Ыодиф!кац1я методу резонансного поглинання да вишрювання концентратI атом!в з часовни роздигенням ~ 10 не ti дхапазоноы чутливост1 в чотири порядки (nfl ~ 1010 - 1014см~2 де п - концентрац!я атом!в, Г - сила осцилятора, 1 - доиши поглинання). що об'еднуе переваги вимрювань в центр! та i крклах Л1Е1Й поглинання.

8. Метод визначення середаьо! температуря газу в лазерах : високим р!внем потузкност! накачки, що базуеться на вим!рюванн: зм!ни таску газу в активному елемент! лазера rrpi короткотермшовому В1дключенн! розряду.

9. Результата вивчення реким!в робота тиратроннш комутатор!в у блоках яивлення лазер!в на ООП. Полокення про те, що найб!льш критичшм для тиратрона ТГИ1-1000/25 е обмегення нг зворотну напругу. Метод зменшення mсля!мпульсних втрат енергП i комутужяому тиратрон! за рахунок обмекення Шсля!мпульсно] напруги на його анод!.

Анробац1я роботи

Результата, отриман! в робот!, були представлен! тг оОговорювалися на VIII Ы!каародн!й школ! по когерентн!й оптиц] (Брапслава, 1987 p.), XIX та 22 Шшародних конференц!ях ж явищам в юшзованих газах (Белград, 1989 р., Шза, 1991 р.). ш XTV М!кнарода1й коЕфереЕц! 1 по когерентн!й та нел!н!йн!й оптид! (Лен1нград, 1991 р.), М!кнародн!й конференц!! "Ф1зика в Укра!нГ (Kkib, 1993 р.), Всесоюзна- нарад! "1нверсна населен!сть тг генерад!я на переходах в атомах 1 молекулах" (Томськ, 1986 р.), III Всесоюзна конференц!! по ф!зиц! газового розряду (Ки1в, 193£ р.), II Всесоюзному сем!нар! по ф!зичним процесам в газових OKI (Укгород, 1978 p.), X Всесоюзн!й конференц!! по ф!зиц1 електрокних та атомннх з!ткнень (Ужгород, 1988 p.), Ill М1креспу0л!канському сем!нар! "Ф1зика швидкоплинних плазмовш процес!в" (Гродно,. 1992 р.), Всесоюзних сем!нарах "Лазери не парах метал!в та ix застосування" (Еоворос!йськ, 1982, 1985, 198£ pp., Соч!. 1991 р.), пленарному зас!даш! Науково! рада HᣠУкра1ни з проблеми "Квантова електрон!ка" (Ки!в, 1991 р.), £ такозк Ки!вському мюькому сем!нар! по ф!звд! плазма (1994 р.).

Публ!каЩ1

Основн1 результата дисертац1йяо! робота опубликован! в 30 фукованих працях, список котркх приведено в к!нц! автореферату.

Структура та обсяг роботи

Дисертац1я складаеться !з вступу, шести глав, заключения, :шску цитовано! л1тературя, цо Мстить 227 найменувань даерел. 1ерш! три глави складають перший розд!л, а наступи! три - другий ?озд1л. Повний обсяг роботи складае 250 стор!нок 1 м!стить 76 зисунк!в та 5 таблиць.

ОсобистиЗ внесок полягае в тому, що

- автором на основ! анал!зу л!тературних даних та обговорень з наукових колах виблена постановка мети роботи та II основних завдань;

- автором особисто обгрунтован! та реал!зован! вс! методики юсл1даень, в току чесл! й нов!, що виносяться на захист [методика визначення сервдньог температури газу та методика шИрювання концентрац! I атом!в);

- автор на паритегних началах 1з сп!вавторами брав участь у шконанн! експеримзнт!в та чисельних розрахунк!в, 1х обробц!, )бгововоренн!;

- автору наленить паритетна, а в б!льпост! випадк!в пров!дна юль у написанн! статей та !нших друнованих матер!ал!в; в!н юобисто у б1льшост1 випадк!в виступав !з допов!дями на сонференц!ях та !ншех наукових форумах;

- автором самоспйно сформульовано лолокення, що виносяться и захист, та зроблено основн! висновки роботи.

2.М1СТ РОБОТИ

У вступ! обгрунтовано важливЮть та актуальн!сть проблеми, фзрлульовано мету та завдання роботи, наукову новизну та грактичну ц!нн!сть отриманих результат!в, перераховано основн! галогення, що виносяться на захист, приведено !нформад!ю про шробацт роботи, особистиЯ внесок автора.

У перш!й глав! дисертац!1 коротко описан! засоби 1 техн!ка.

що використовувалися для отримання та вивчеыня генераци в МП (активней елемент УЛ -101 з ГРТ д!аметроы 2 см. довишов 50 см, схеми збудаення повздовжного 1мпульсно-пер1одичного розряду, реестр адИ електричних параметра розряду).

Значна увага прид!лена вивченню режим!в робота комутуючш тиратрон!в в блоках збудаення лазер!в ^а СОП. Ексшримент показав, цо 1з зменвенням тиску буферного' газу амгштуда! значена прямо! 5 зворотно! напруги на анод! тиратрону ТГИ1-1000/25 т; швидкють варостання 1шулъсу струму зб!льшуються, а останн! дв! параметра перввершують в!дпов!дн1 граничн! значения. Це моке приводит до значно! нестаб!льност! у робот! схеми збудаення розряду, неконтрольовашх пробо!в. Що стосуеться прямо! напруги, то яз правило, II ашштудне значения далеке в!д гранично! величини, ЯкюниЯ анал!з робота схеми збудаення показав, що й зб!льшена д!аметра ГРТ та зменшення I! довжини при стал!й напруз! на випря-мляч! приводять до виходу тиратрона за меж! паспортних реаим!в п< зворотн!й напруз! та крутизн! фронту 1мпульсу.

Вивчено та проанал!зовано втрати потуяност! в комутувчом; тиратрон!. Показано, що загальн! втрати потуяност!, зроставчи !: зменшенням буферного таску та 1з зб!льшенням комутовано! потуеност!, мокуть перевэршити 50 %. При середз!х та великих тиска: пров1даими е втрати в пер!од пров!дност!, а при малих - п!сля!м-пульсн!. Для зменшення п!сля!мпульсних втрат реал!зовано схем: регулювання !з застосуваяням додаткового тиратрона, що дозволил* зб1льшти строк експлуатаци коыутуючого тиратрона в 4 - 5 раз!в

У друг!й глав! наведено результата досл!даень температур] газу в ЛШ. Для ввм1рювання середньо! температури газу Т. запропоновано аяьтернативний до спэктроскошчних метод заснований на внм!рюванн! зменшення тиску газу в активном; .елемент! при короткотерм!новому ( ~ 1с) в!дключенн! у ньом; розряду. Для розрахунку Тг використовусться сп1вв!дноиення

Тг = тс-/и ~ (НпАр^ЯцдРН. (1)

Тут Тст - температура ст!нкз ГРТ (визначаеться шрометром) Нп - повне число атом!в 1нертного буферного газу (визначаетьс, шляхом, напуску в!домо! к!лькост! газу 13 буферного об'ему); И™

- число атом!в у ГРГ при Тг = Тст; р - тиск буферного газу; Др -1ого зменшення при короткотерм!новому. в!дключенн1.

Похибка результат!в вкшрюванъ оц!нюеться в ± 6%. Метод эекомендуеться для вишрювань середньо! температури газу 1 в [нших лазерах 1з високим ргвнем потукност! накачки..

Результата внтрювань 7р в Л1Ш залежно в!д роду (Не, Ие, Аг) I тиску р буферного газу (5 50 кПа) та погонно! потукност! Рц 1акачки (10 - 25 Вт/см) приведен! на рис.1. Зб1льшення Т"г 1з $С1льшенням атомно1 ваги буферного газу пов'язане !з вштов1дним ¡меншекням теплопров!дност!. Проте, оскГльки теплопров1дн1сть не (алекить в!д густяни. то виявлен! нами вперше заленност! Тг в!д жску, були ц1лком неоч!куванши.

Розраховано рад!альн1 профШ та середня температура газу в ТТ в наближенн!, що вся потухтсть, вкладуваяа у розряд, йде на игр! в газу. Модельно враховано р!зн! ступен! контрактI розряду Бр/Ерру = 1; 0,5; 0,2) та розпод!ли даерел тепла в межах зони ¡нерговкладу (р '= рц, РШр. р^ - в!даов1дно р1вном1рнлй, [арабол1чний та трикутшковш). Пор1вшшнядашх эксперименту та

Рис-î. Середня температура газу в ЛПМ. Експершент: буферннй газ а - гел!й; б - неон; в - аргон. Тиск буферного газу V - 380(50), о - 228(30), d - 76(10), в - 38(5) мм рт.ст. (кПа). Розрахунок:

зуцш>н1 крив! - Rp/R^.^1 ; пунктир - 0,7; штрих-пунктир - 0,2.

Р=Рп<1>' Рдар<2>' Ргр<3>" 4 - розрахунок для р=рп, R/RT_T=l в припущенн!, що на HarpîB газу йде половина потужност!, то вводиться в розряд.

розрахунк!в (рис.!) однозначно св!дчить про те, що в ГРТ ЛШ реал!зуеться рад!альний розпод!л погухносп збудкення,. сгуп1нь неодноршост! котрого росте 1з зб!льшвнням гаску. Що а стосуеть-ся вим!р!в для найменших тиск!в у неон!, то температура дещо нин-ча розрахунково1. Проанал!зовано вин!с енерг!I 13 розряду зарядженими частниками, ветром названиям та хонвекщею. Показано, що при найменшп тисках у використашй ГРТ 1з розряду виноситься до половши потужносп накачки, а найб!льший вин1с зд!Яснюеться через вимушену конвекц!ю. 1з врахуванням виносу енерг!! з розряду сл1д вважати, що й при найменших тисках мае м!сце неоднор!дн!сть розряду. Про це к св!дчать, як показано е робот!, й ус! результата вим!р!в Тг спектроскоп 1 чними методами. Оск!льки середая температура газу с мекею релаксацИ температуря електрон!в у м!ж!мпульсному пром!кку, то вона у значн!й м!р1 визначае заселенють нижн1х робочих р!вн!в, а, отке, Я характеристики 1мпульса генераци. 1з врахуванням граничного значения температури газу на ос! розряду ~ 4500 К - граничне значения питомо1 потужност! накачки для ГРТ, що характеризуются параметром Ь/Ю < 25 (Ь - довжша,. Б - д!амегр ГРТ), яку мокна ввести в активна середоввде ЛПМ без перегр!ву, моке скласти ~ 60 Вт/см. Очевидно, що на виню енерг!! !з розряду за рахунок конвекци можна розраховувати для охолодаення газу 1 в 1шш лазерах 1мпульсно-пер!одично1 д11.

Третя глава дисертацИ м!стить результата вивчення просторо-во-часово! релаксацИ метастаб1льних атом!в мш У мШмпульсному пром!ику. Для вим!рювання концентрацИ метастаб!льних атом!в м!д! застосована методика резонанасного поглинання св!тла. Як даерело зондуючого в2шром1нивання використано сторонпШ ЛПМ. Для обрахун-ку значень концгнтрад! I ыетастаб!льних атом!в ы!д! Пу за даними поглинання виконано розрахунок перершв поглинання для обох л1-н!й (510,6 та 578,2 ны), а також вим!рян! спектральн! контури генерал! 1 зондуючого лазера. Значна увага прид!лялась контролю в!д-сутност! насичення .поглинання. Верхня границя чутливост! метода е умозах експерименту склацала 1-Ю см . Похибка у визначенн! п^ не перевищуе ±10 Ж.

Значна к!лькють результата- отримана в умозах збудаення ге-керацИ, близьких до оптимальних з точки зору середньо! потуж-

îocti генерацН (бу^ерний газ неон; тиск неону pjj ~ 5 кПа; нако-шчувальна емн!сть С„ = 3300 пФ; частота 1мпульс!в Г = 8 кГц).

а

3 той ке час найб!лъшу увагу прэд!лено вивчению впливу на характер релаксаци Пу роду (Не. Ne, Ar), тиску (5 - 50 кПа) буферного ••азу, температуря внутришьот ctîhkh ( 1400 - 1565. °С), величкни 1акопичувально1 емност! (2200 та 3300 пФ) та напруги на випрямля-i! (1 - 6 кВ). Для отримання раШальних профшв Пу вишрювання зиконан! на ocî розряду î на в!дстанях 3 та 6 мм в!д ocî.

Як1сна картина релаксаци n^t) у р!зних буферних газах ея-шилася в ц1лому схохою. При низькому тиску спад концентрат I монотонней, а при р > 10 кПа часова повед!нка n^t), як правило, е жладнПпоп. П!сля початкового швидаого спаду, що тривае у геля шнпе 1 икс, в неош 1 - 2 мкс, а в аргон! 2-3 мкс, спостер!га-!ться, як було вперив встановлено, зростання населеност! з макси-1умом в облает! 0,8 - 1, 5 - 6 та 14 - 20 мкс в!дпов!дно для ге-iîn, неону та аргону.. В!дм!нн1сть характерных час!в зм!ни n^Ct ) ¡извана, очевидно. р!зшщев в фактор! ô = 2ше/М (ше та M - в!дпо-1!дао маси електрона та атома буферного газу), що визначае ефек-HBHlcTb охолодаення електрон!в у пружних з!ткненнях !з буферним ■азом. На рис. 2 наведено огриман! результат по релаксаци в не-)Н! на ос! розряду для двох полярних значень таску 50 та 5 кПа.

Анал!з показав, що у п!сля!мпулъсний перюд населеност! мз-'астаб!льних 2D3/2 та 2^s/2 стан1в WOïCIa i3 високога стеткшо точ-юст! вважати р!вновакнши !з населен!стю основного стану та тем-:ературою електрон!в Г0. Це дозволило використати вим!ри населе-:ост! обох метастаб!льних стан!в n^ 2 для оц!нки температуря лектрон!в (похибка ± Ю %) та населеност! основного стану (поиска доходить до %). На рис. 2 наведено приклад визначекня е та nQ за вим!рами пм1 2(t). Видно, що одразу шеля !мпульсу будкення мае м!сце шведке' пад!ння Те, а через 5-6 мкс - спос-ер!гаеться пов!льна зм!на. Така .повед1нка Те е у значн!й Mipi ч!куваною. Часовий х!д nQ(t) св!дчить про практично позне спус-ошення основного р!вня у !мпульс! збудкення. В!дновлення атслз !д! у м!к!мпульсному пром!жку при р = 50 кПа в!дбуваеться перэ-акно за рахунок об'емно! рекомб!нац!1 Iohîb з електронами. При-ому, як видно, найб!льи потукаий- рекомб!нац!йний пот!к спосте-!гаеться на стад!! швидаого охолодаення електрсн!в. Що стосуеть-я немонотонного ходу ^(t), зрозум!ло, що к!нетика релаксаци

Рис.2. Релаксац1я ^/2 5/2 ста?1в (суц1льн1 крив! та пункта! в шов i дао) атой1в мш на ocl ГРТ та розрахован! значенш Те. п0 для 1 - pjje=l0(76) кПа (мм рт.ст.), Тст=1753 К;

2 - pNe=50(S8Q) кПа (мм рт.ст.). Тст=1793 К.

в «с

"я.«-

Рис.3. Те s , що й нг рис.2 при зм!щенн1 в!д ocl на 0(1), 3(2), 6(3) ым.

UJJUl

t,HKt

а - Pjje=50(380) кПа (мм. рт.ст.), Тст=1838 К, Р,

1,82 кВт.

б - pjje= 5(38) КПа (мм рт. ст.), Тот=1753 К, РВ=2,(Х кВт.

метастабШв визначаеться процесами, що контролшгь релаксацт температура електрошв та в!дновлення атом!в м!д! в основному стан! при практично повн!й ix !ой1зацИ за 1мпульс збудження.

Значяа увага прид!лена вивчэнню рад!альних розподшв ыетастаб!льних стан!в. Часов! залехност! пы1 2(t) для двох полярншс значень тиск1в 5 та 50 кПа та р!зяих в{деталей в!д oeî наведен! на рис.3. Рзертае на себе увагу те, що ц! залегност! горетинаються, означаючи, що рад1альн1 проф!л! мэтастабшв, як! мохна отрзшати 1з них (рис. 4), !з часом траясформуються. Для п!сля!мпульсних проф!л!в характерним е б!ль-ша яаселенють б!ля ctíhok FPT, а для перед!мпульсних - на ос!.

Використовукни рад!альн! проф!л! nu1 2(t), були обчислен! рад!альн! пзред!мпульсн! проф!л! температура електрошв та концентрат! атом!в м!д! в основному стан! (рис. 5, = 50 кПа).

Видно, що температура електрон!в е неоднор!дною !з иаксимумом на oct, а концентрац!я атом!в на ос! значно мениа в!д plBHOBasHOl. При таску а 5 кПа температура електрошв одаакова по всьому первр!зу ГРТ, а концвнтрац!я атом!в в основному стан! Е»1доов!дас р!вяовакному значешю. 3 едино! точки зору 1!сля!мпульсн! рад!альн! проф!л! штастаб!льнпх атом!в обумовлен! гш, що на протяз! !мпульсу струму атош м!д! на ос! практично ïOBBlcTD !он!зувться, а отке ! 1х концентратя на ос! е меншою, îls б!ля ст!нки. В свою чергу, це с насл!дком нер!вном!рност! энерговкладу у розряд. Перед!шульсн! к проф!л! е грансфэрмоваягага через велику нер!вном!рн!сть в Те. яка юрекрквае деф1цят атом!в в основному стан!.

Результата вишрювань св!дчать. про те, що при великих тисках 5!дновлення атом!в м!д! на ос! розряду в!дбуваеться не в повн!й з1р!. При чисельнсму анал!з! процесу в!дновлення за рахунок >б'емно! рекомб!нац!1 юн!в та дифузН атом!в м!д! з! ctíhok ГРТ $сервдЕну об*ему ГРТ встановлено, що дифуз!я в!д!грае суттеву хзль у швидкост! в!дновлення нав!ть при високому тиску буферного 'азу. Введено поняття критично! частота (для заданого д!аметра ТТ), перевищення яко! при заданому таску веде до встановлення :тац!онарно! перед!мпульсно! концентрац!! !з деф!цитом nQ. Це вдще при середшх 'та високих . тисках е реальним фактором Шежвння потугност! генерац!! в лазерах на парах метал!в.

пк.Ч>п,ог'

В 3 В 1 *,нм

( 1 0 1 (.км 6

Рис.4- Рад!альн! профш концентрацИ • метастаб!льних В3/2 (сущльн! крив!) та 2Б5/2 (ЮТктнр) стан!в атом!в м!д! при р^е= 5(38) (а) та 50(380) (б) кПа (мы рт.ст.). Числа 01ля кривих в!дпов!дають моментам часу теля зак!нчення 1мпульсу струму в мкс.

Перед!мпульсн! рад!а-льн! профШ тешера-тури електрон!в(1) п концентрат! атомп мш в основному стая) (2) ПШ 1)^=50(380; кПа (мм рт.ст.),' Тст= 1838 К.

3 - р1внозаЕнй проф!ль концентрат: атом!в м!д1.

У четвертой глав! дасертацП для ощеки перспективност! та з аетою визначення граничних характеристик генераци у пар! в!смуту на ООП 13 довгшюп хвил! 472.2 нм розв'язана система к1нетичних р!внянь, що описуе к!нетику збудаення та !он1заци атом!в в!смуту в режим! моно!мпульсу при ступютатому Еключенн! в " ломент часу го=0 зовшшнього поля, яке забезпечуе температуру злектрон1в Те. Для отримаш;я потужност! генераци Р (в числ! !ндукованих переход!в за одивицю часу в одиниц! об'ему), що зиникае в момент ^ 1 тривае протягом штервалу • сйсге:,'а

цоповнввалася додатковим членом для Р та р!внянням, яке означас зир!внювання населеностей верхнього та никнього роботах р!вн!в цля лазерного переходу п!д час тривання !мпульсу генераци !з гочнютю до статваг ( наближення насичено! потуаност!). Вгито :прощену шестар!вневу схему атом!в в!смуту, що включае основний, даа низьколекач! метастаб!льн1, резонансний, блок високозбудаених га 1он1зований сташ. Необх!дн1 для розрахунк!в константа ?лектронного збудаення, дезйудагення та 1он!зац1! розраховувалися, 5, також, у вшгадку наявност! експериментальних даних, найб!льш гад!йн! !з них П1дбиралися в результат! критичного анал1зу.

Результат розрахунку для Те=3 еВ та гачаткових умов, що з1дпов1дають $=0, наведений на рис.6. Отриман! дан! були зикористан! для Шдрахунку питомого. енергозйому А, коеф1ц!енту гарисног д11 т), гранично! температуря газу та гранично! тселеност! никнього робочого р!вня. Деяк! результата таких кзчислень наведен! на рис.7. Видно, що лазер на парах в!смуту юге забезпечити питомий енергозйом ~ 5 мкДд/см3 при т) = 1 %.

Як узагальнення результат!в чисельного моделювання процес!в 1 1мпульс! збудаення ЛПВ було усв1доылено, що при забезпеченн! ¡алегних умов накачка мокна оч!кувати ефективно! генераци на :амообне2зному переход! 472,2 нм, гранича! характеристики яко! юступаються ЛШ лише в к!лька раз!в. Було зроблено висновок про герсггэктившсть лазерно! системи на парах в!смуту 1 доц1льн!сть экспериментально! оптим1зац!1 ЛПВ та детального вивчення ф!зичних фоцес1в, що мають м!сце в активному середовищ!, на основ! Цагностичних та розрахункових досл!даень. -

. П'ята глава дасертацП ыютать результата експериментального явчення особливостей лазерно! генераци у пар! в!смуту та елаксац!I метастаб!льного стану атом!в в!смуту в мшмпульсному-

П{, см~3 ц,. %

Рис.6. К1нетика збудаення, ютзацн та 1мпульсно! генераци на атом1-в!смуту (472,2 нм) при Те=3 еВ. пе, п1, Пд - концентратI електрон!в та атом!в вюмуту в основному, метастаб1льному та резонансному станах.

пром!хку.

Для отримання та вивчення генераци використано активн! елементи 13 плавленого кварцу з ГРГ довкиною 40 - 50 см, д1аметрон 6 - 12 мм. Для досягнення робочо! температуря застосовуюгься зовнипня шч га тепло, що вадцляеться при самороз!гр!в1. Збудаення 1ыпульсно-пер1одачного розряду здШснюеться з допомогою схема з. повшаа розрядом накошчувальш! емност! (220 - 470 пФ) через ГРТ -та тиратрон.

Вне в перших досл!дах було отрииано як!сно нсзий результат,

-6 -а

А, Ю ДЖ'См""3 7.

Ъс.7. Залегност! штомого енергозйому А та ККД т) в!д температуря електрон!в Те; п°=1013, п^=1015, п^=1011 (1) та 1013(2) см-3.

Пц, а,, П2 - концвнтрац!! елэктрон!в та атом!в в!смуту в основному 1 м9тастаб!льному станах в1ддов!дно.

жиЗ полягас в тому, що при малих тисках неону (< 6 км рт.ст.) 'енеращя збудауеться в усьому о0'ем ГРТ. е очевидним, що лдпов1дальним за це е б!льш шсока температура електрон!в в зозряд! пор1внянр 1з шонерсышми роботами по НТО Петраша Г.Г. 1з яг! вроб 1 тникаки.

В робот! викладен! результата вивчення залеяностеа ютуаност! генерацИ та рад!альних розпод!л!в густини потугност! 'енерац!! .в залеяност! в!д температуря ст!нки ГРТ, тиску неону, 1апруги на ввмпрямляч!, частота повторения !шульс!в збудагання. Ц досл!дкення дозволили у певяШ м!р! оптнглзувата умова збудгення генэрац!I у пар! в!смугу% 1з довхиноп хвил! 472,2 н?л, фоте, однак, серздня потузнють генерац!! для Сн=470 пФ та ГРТ

д!аметром 6 мм досягала 10 мВт, а для ГИГ д!аметром 10,5 мм - 12 мВт.

Шдсумовуючи результата цих досл!д!в, було зроблено висновок, що традиЩйн! метода оптим!зац!1 умов збудаення лазеров на СОП не дозволяють отримати висок! по ККД та середа 1й потукност! нараметри генераци в ЛПВ. Кр!м того, не знайшш свого задов!льного пояснения взке в!дом! особливост! генерац!! у пар! в!смуту, в т.ч. перважно к!льцепод!бний характер генераци та наявн!сть никньо! критично! частота генераци.

Для вш!рювання концентраци агом!в В! у мегастаб!льному бр3 використовувався модиф!кований метод резонансного

поглинання. Дхерелом зондуючого випром!шовання був барвниковий лазер з перестройкою довзкини хвил! генераци Н.-2001. Для його накачки використовувався ексимерний ХеС1- лазер (308 нм). Ширина контура випрошнювання зондуючого лазера на п1ввисот! складала 0,165 см-1. Експеримент полягав, власне, у запису спектр!в поглинання зондуючого випромитвання при скануванн! частота перестроюваного лазера в окол! л!н!1 472,2 нм при ф!ксован!й затримц! по в!дпошенню до моменту завершения 1мпульсу збудаення в ЛПВ. Всього було зареестровано чотири с!мейства таких спектр!в, що в1дпов!дають таскам неона 9 та 150 мы рт. ст. ! проходаенню зондуючого випроыютвання вздовж ос! та б!ля ст!нки ГРТ (умовно позначен! як а9, а150 га к9, *150).

Для визначення концентраци за додамогою вим!ряних спектр!в поглинання був виконаний чисельний розрахунок поглинання зондуючого Бипром!шшання ыетастасильними атомами вюмуту з урахуванням надтокко! структура лши 472,2 нм та уширення компонент надтонко! структури. В!дм!тимо, що в природ! 1снус единий !зогоп вюмуту !з значениям ядерного моменту 9/2, що обумовлш значне розщеплення р!бн!в.

На рис.8 представлений розрахунковий спектр поглинання для к!лькох значень п^. Виявилося, що використаний нами вар!ант методу резонансного поглинання мае великий д!апазон робото'здатност! по концентраци метастаб!льних атом!в в!смуту в!д 2-Ю11 до 8-1014 сы~3 для задано! доввини ГРТ. При пор!внянн! розрахункових та вим!ряних спектр!в ототожнюваними параметрами с не т!льки величина окремих "провал1в", але й детал! .форми, в т. ч. й лшрини структуряих влемент!в спекгр!в. У ц!лому ця розробка

г Шннш прикладним аспектом робота. Спос!б не виматае точно! з!дстройкн В1д центру л!н1I поглинання, а дивам!чний д!Ш1азон зкладае чотири порядки, а самз пГ1~ 4-Ю10- 4-Ю14 см-2 (п-сонцентрац!я поглинавчих часток, 1- сила осцилятора, 1- довзшна юглинання).

В1дносна похибка влшрввань не перевершуе ± 10 %, абсолютна зизначаеться над1йн1сгю використаного значения сила осцилятора 1 жладае ± 30 %.

Результата вш1рювань часово! релаксацН метастаб1льних 1Том1в в!смуту у мШшульсному пром1кку ЛПВ наведен! на рис.9. 5авдякз використаному логарифл1чному масштабу по обом осям тоординат, маеш повне представления про детал! процесу в усьому юсовому 1нтервал! вим!р!в (особливо шсля 1мпульсу збудеення), цо визначаеться обмекеннш то чутливост! знизу на р!вн! ~ 2-1011 ;г.Г3.

В 1нтервал1 затрнмок 0-8 мкс характерннй "час еиття" гетастабШв складае всього 2 мкс, а в б!льш п!зяьому 1!слясв!ченн! - 20 мкс. В 1нтервал1- 0 - 10 мкс наш! волри зиконан! вперше, а П1сля Ю мкс узгодаувться з даними Петраиа 7.Г. !з сянвавторами.

Головн! висновки, що .сл!дують 1з анал!зу результат!в, юлягапть в сл1дувчоиу. По-перше, перад+мпульсна концентрац!я

1

к о

сО .

О

•йс.8. Розрахован! ■ спектри поглинанн^ для умов експерименту а9 та значень п^, позяачених члсельно.

Рис.9. Експериментальв 1 залежност! Пу в!д часу затршки г (логари4м!чшй масштаб вдовг йбох осей координат).

етастаб1льннх атом!в в!смуту Ю11 см-3 1 менше) не е н! в аймеший степей! пере шкодою для збудаення генерацН в усьому <3'ем! ГРТ. По-друге, результата вим!р1в Пу при тисков! 150 т т. ст. св!дчать про наявн!сть рад!альвого град!енту параметра лазми в ЛИВ.

Шоста глава дисертаци присвячена вивченню рол! димер!в ■1 смуту в активному середовищ! ЛПВ. Р!ч у т!м, що, як св!дчать :!тературн! дхерела га як сл!дуе 1з оц!нок по формул!, що изначае дисоц!йну р!вновагу, у р1вяоважному napl в!смуту онцентращя димер!в складае б!ля 50 % в!д загально! концентрат I астанок в!смуту у всьому 1нтервал1 робочих температур В1 -азера в!д 780 до 880 °С. I хоч наявн!сть дамер!в бралася до ваги в попередн!х роботах 1 нав!ть приймалися м!ри по перегр!ву ктивного середовнца з тем, щоб забезпечити ix практично повну дсощащю, це не вплинуло на загальн! законоы1рност! в арактеристиках генераШ1.

Нами було встановлено, що хоч димерп в!смуту не випром!НЕЮть ; облает! 200 - 600 ем !з розрядно! зона ЛИВ, проте у поглннанн! П0стер!гавться X - D (260 -290 HM) та X - С (290 - 360 нм) :олоси. Що стосуеться поглинання випром!нювання з резонансних ilBHlB, то було показано, що при робоч1й температур! дамери в!с- " [уту noMlTHo не поглинають л!н!го генерацН 472,2 нм за один про-:!д активного середовища. В!дносне поглинання резонансно! л!н!1 06,8 нм досягае 0,5 (при оптимально темлератур1). Нэ попршуючи i значн!й Mlpí умови генерац!!, цей фактор водночас грае ирипальну роль в обмекенн1 зверху вузького температурного нтервалу генерацН ЛПВ. Виявлено такоа, що иггегральна по :ерер!зу перед!мпульсна концентрац!я дамер!в в!смуту зменшуеться з зб!лыпенням .напруги на випрямляч! та частота повторения мпульс!в. Було -зроблено висновок про важливу роль явищ переносу iTOMlB 1 дпмер!в в!смуту'в м!к1мпульсному CpOMlSKy.

Для вивчення цих процес!в були розв'язан! р!вняння, що шеувть дафузиз атом!в та дшер!в в мШмпульсному пром!кку. За раничн! умови прийнято, що концентрац!! атсм!в i диыер!в б!ля :т!нок ГРТ в!дпов!дають plBHOBasHUM значениям, а в початкових мозах модельно враховано зб!даення*концентрац!1 атом!в 1 димер!в ;!смуту за рахузок в1дпов1дшэ !он!зац!1 (фактор ß(r)) та

дисоц1аци (фактор 7(г)). Розрахунки показали, що в результат: д1Т поел!довност! !мпульс!в збудкення в ГРТ встановлюються не залежн! в!д номера !мпульсу' стацюнарн! рад!альн! проф!л: розподшв атом!в 1 димер!в в!смуту. Виявилося, що стац!онаршй проф!ль конценграц!! димер!в в!смуту визначаеться значена® фактор!в 7(г), ß(r), а такок частотного фактора fl = IR2/D(B12 (D(Bi2) - коеф!ц!ент дафузИ димер!в в!смуту в неон!). На рис.К приведен! рад!альн! стацюнарн! проф!л! в!дносно! концентрац!: атом!в И 1 дашер!в Ы в!смуту для р!зшх значень ß,7,n. Видно, те концентрата дикер!в в центральн!й частин! ГРТ зменшуеться ü зб!лыпенням фактор!в 7 та П. Причому для великих, значень Q на ос: К складае всього 10~3 - Ю-4. Ф!зична причина великого дефщитз молекул на ос! полягае в мал!й величин! коеф!Ц!ента дифуз!! молекул в Юму ту.

Рад!альн! проф!л! атом!в вюмуту N не в!дхиляготься надаирш в!д р!вновакного значения. Тим не менш, !з зм!щенням зон! дисощаци молекул до периферП, у розподш атом!в гако; спостер!гаеться зб!днення населеност! у приосьов!й зон!.

В1дм1тимо, що встаьовлення стац!онарних проф!л!в N та ! в!дбуваетьсяв результат! ди всього к!лька !мпульс!в, к!льк!ст! яких, як правило, не перевищус 3=10, зростаючи !з зб!льшенням П,

Анал!з отришЕих прсф!л!в И та К в лазер! на парах вюмуту, а такон: основних законом!рностей у розпод!л! густини потуаност: генерац!! законом!рно приводить до думки про те, що генерац!я ма< мюце у тих зонах ГРТ, дэ перевакно концентруиться димерз вюмуту.

У зв'язку !з встановлеяим. наш сп1впад1нням облаете! концентрац!1 дамер!в та генерац!I в ЛПВ з 1мпульсно-пер1одачнш розрядом, можна зробити висновок, що вЮтов!дальними 3i виникнення генерац!I являються процеси за участи димер!в в!смуту Причому у плазм! низького тиску такими швидкими процесами, котр: забезпечували б появу !мпульсу генераци на протяз! короткой ,!мпульсу збудаення, мокуть бути лаше фото-, або г електронн: процеси. Зрозум!ло, що це рроцеси дисоЩйного збудаення димер!в Причому . в результат! дасотаци один з атом!в повкне] утворюватися- в резонансному 7s*P1/2- стан1. Що в стосуетьа другого атому, то в!н не повинен бути у метастаб!льному стан!.

Анал1зуючи схему терм!в молекули В12. приходимо до висновку

ис.Ю. Рад1альн1 стац!онарн1 профш вШосних концентрата молекул МС1-4) та агом!в М(5-8)в1смуту, розрахованих для 0=0,2; 7=0,5; 0=4 (1,5К р=0.2; 7=0,5; 0=33 (2,6).* 6=0,2; 7=0,5; 0=109 (3,7). Р=0,2(1-гУЯГ); 7=0,5«-^/Й2); 0=33 (4,8).

що накачка верхнього р!вня проходить перевакно по схем!

е + Bl2(X*) е +-BÍ2<F, Н - ?) ->

е + Bi(4S3/2) + В1(4Р1/2). (2)

Через F, N позначено найб!льш 1мов!рн1, аде мало вивчен: стани з енерг!ею збудження ~ 6,5 еВ. Це значно б!льше енерг!] збудкення Bl(4P1/2) з основного стану атома (4,04 еВ). Що j стосуеться фотопроцес1в, то сл!д сказати, що плазма ЛПВ не ( даерелом випром!нювання в облает! ~ 200 ш, яке могло б приводит! до дисоц!ац!1 В12 за аналопчною схемою.

ЗапропоноЕаний механ!зм прекрасно пояснюе вс! особливост] генераци в ЛПВ, вклкчш к!льцепод!бний характер плями генерал!] (через рад!альний проф!ль димер!в), вузький температурил! 1нтервал 1снування генераци (через надм!рне поглинання димераш резонансно! л1нп в!смуту), наявн!сть нижньо! критично! частой (!з зменшенням Г димери заповншть поступово усю ГРТ, щс приводить до зменшення Те нижче критичного р!вня).

У подальиШ робот! розв'язуваяася задача знайтп прямий докаг того, що димери В1смуту концентруються переважно б!ля ctihok ГРТ. '3 ц!сю КЗ тою було зд!йснено опром!нюванЕЯ ГРТ ЛПВ з допомого! екекмерного АгР - лазера (193 нм). Розрахунок був на те, що npi поглинанн! квазт1в в!даов!дно1 енерг!I димери збудхуыться у т) сам! стани, що й в розряд!, з наступною дисошац!сю та утворення* !нверс!1 на переход! 472,2 нм атомарного в!смуту. Ц! оч!куванш справдилися на досл!д! у повшй Mípi. Нами впёрше було отримане когерентне випром!нювання на атомарному в!смут! при дисоЩйнИ накачц! димер!в ArF - лазером. У вкладку s ди накачки на ГРТ 1г включении розрядом без резонатора, когерентне випром!нюванш виникало лише б!ля ст!нки ГРТ. У цьому н факт! ми вбачаемо ще 1 додаткову вказ!вку на користь запропонованого механ!зму накачга В1 - лазера в розряд!, ыаючи на уваз! в!домий. прямий зв'язок ми ефективн!стю фото'- та електронного збудкення.

НЮ стосуеться власне Big/Bl - лазера, було встановлено, щс температурний !нтервал суперлшшесценц!! в!дпов!дае розрядному, При цьому у. стовп! пару поглинаеться. 85 - 99 % потукност: випром!ншашя накачки. Застосування резонатора не приводило д< зб!льшення штужносп генерал!I. ЕнарПя !мпульсу не перввшцувалг

Илька мкДя, тобто ККД конверсП випром1шовання становить ~ ),1 %.

У заюпоченн! до дисертацп сформульовано основн! результата юботи, що стосуються ф!зичних процес!в в актстних середов:щах [азер!в на СОП з атомарним та атомарно-молекулярним складом пару юбочо! речовини.

1. Запропоновано метод вгапрювання середаъо! температуря ■азу у лазерах з високою питомов потукнютю накачки, оснований на вим!рюванн1 зм!ни тиску в ГРТ при :ороткотерм!ново1лу в!далючеш! розряду. Встановлено, що в :амороз!гр1внсму ЛГИ тешература газу визначаеться неодаор!дн!стга озряду та виносом енергП з розядно! зони. Ступ1нь :еоднор!дност! та середня тешература газу зростають 1з б!лыпенням тиску. Пров!дш!м механ1змом виносу енергП в ГРТ з :араметром Ь/В < 25 е конвекц!я. Граничний р!вень погоннот отукност! накачки для ЛПМ з ГРТ, що задов!льняють вказанШ мов!, для буферного газу неону становить ~ 60 Вт/см.

2. Показано, що просторово-часова еволвд!я концентратI етастаб!льних атом!в м!д! в м1к1мпульсному промикку ЛШ онтролюеться процесами, що визначають в!дновлення атом!в м!д! в сновному стан! та релаксашв температура електрон!в. Виявлено емонотонний часовнй х!д концентрац!! метастабшв для р^е > 10 Па. Встановлена критична частота (для ГРТ- заданого д!аметра та 1ксованого тиску буферного газу), перевериення яко! веде до творения деф!циту атом!в м!д! м!д! в приосьов!й зон! ЛПМ.

3. Отримана генерац!я у всьому об'ем! газорозрядного ЛПВ. оказано, що реальн! параметра генерацп ЛПВ значно поступаються озрахованим у наблихенн! насичено! потунност!.

4. Встановлено, що в ГРТ газорозрядного ЛПВ фэрыупться тацюнарн! рад!альн! перед!мпульсн! профш атом!в та димер!в 1смуту. Для значения фактора СЬЯ^/Б > 100 (В - коефШент ифузИ димэр!в в!смуту в неон!) димери концентрувться на эрифер!! ГРТ. .

5. Запропоновано та обгрунтовано механ!зм накачки азорозрядного ЛПВ перевазшо за рахупок днсоц!Яного збудкення имер!в в!смуту електрсшпш ударов. В рамках аього мехая!зму эяснено особливост! генерац!! ЛПВ.

6. Отримано когерентна випром1нювання на СОП атома в1смуту довжиною хвил! 472,2 ш при. фстодисоц1йн1й накачц! димер! в1смуту випром!нюванням Аг? - лазера (193 нм).

7. Запрпоновано модкф!кац!ю методу резонансного поглинанг для вим!рювання концентрац!! атом1в 13 часовим розд!ленням ~ 1 не та д!апазоном чутлиьост! в чотири порядки - nil - 1010-101 см-2 (п - концентрац!я атом!в, Г - сила осцилятора 1 - довжга поглинання). 1з застосувакням meï методики виявлена рад1альн неоднор1да!сть метастабшв в!смуту , яка е наелдоом рад!альнс неоднор!дност! у розподШ атом!в та димер!в вîсмуту.

8. Показано, що комугуючий тиратрон ТТШ-1000/25 у блок в збудаення лазер1в на СОП працюе в рекимах, що характеризуютьс перевершенням граничних для нього значень крутизни фронч 1мпульсу cTppiy та зворотно! напруги при малих тисках буферног газу. Пров!днями втратами потукност! в тиратрон! е втрати перюд пров!дност! (великий тиск буферного газу в ГРТ) i п!сля!шульсн1 (малий тиск). Для зменшзння п!сля!мпульснпх втрг та зб!льшення строку екешзуатац!! комутуючого тиратрон запропоновано схему обмеження зворотно! напруги.

Список публ!кац!й автора з теш дисертац!!

1. Вороник Л.В., Кельман В.А., Коноплев А.Н., Опачко -If. И. Исследование импульсной генерации на смеси- паров меда i свинца. Тезисы докладов II Всесоюзного семинара пс физическим процессам в газовых ОКГ. Ужгород. 1978. С.177 -178.

2. Фучко B.D., Кельмак В.А., Запесочный И.П. Кювета с поли катодом для импульсных лазеров на парах металлов и ш химических соединений// Приборы и техника эксперимента. 1983. N5, С.189 - 190.

3. Кельман В.А., Климовский И.П., Коноплев А.Н., Опачко К.И., Фучко В.Ю., Запесочный И.П. К вопросу о температуре газа i лазере на парах меди// Теплофизика высоких температур. 1984, Т.22, N1, С.168 - 170.

4. Кельман В.А., Климовский И.И., Коноплев А.Н., Опачко И.И. Фучко B.D. Релаксация метастабильного 4s2 2Dg/2 Уровня атом, меди в послесвечении импульсного разряда в лазере на пара:

меда// Квантовая электроника. 1984. T.II, Nil, C.2I9I -2196.

>. Кельман В.А., Климовский И.И., фучко В.Ю., Запесочный И.П. Исследование особенностей работы тиратрона в цепи возбуждения лазера на парах меди. Препринт КИЯИ - 85 - 16. Киев. 1985.

I. Фучко B.D., Кельман В.А., Климовский И.И. Режимы работы коммутирующего тиратрона в лазере на парах меди. Научно-технический сборник "Метрологическое обеспечение производства и контрольно-измерительная техника". Унгород.

1986. С.84 - 89.

. Кельман В.А., Климовский И.И., Селезнева Л.А., фучко В.Ю. Механизмы, определяюаде засоленность метастабильных уровней Cul в импульсно-периодаческих лазерах на парах меда. Тезисы докладов Всесоюзного совещания "Инверсная заселенность и генерация на переходах в атомах и молекулах". Томск. 1986. С.133 - 134.

. Зале сочный И.П., Кельман В.А., Климовский И.И., Селезнева Л.А., фучко В.Ю. Влияние неоднородностей параметров импульсно-периодического высоковольтного разряда в смесях паров меди с инертными газами ва кинетику релаксации метастабильных атомов меди. Тезисы докладов III Всесоюзной конференции по физике газового разряда. Киев. 1986. Часть I, С. 98 - 100.

. Запесочный И.П., Кельман В.А., Шпеник Ю.О. Численный расчет предельных характеристик лазера на парах висмута методом насыщенной мощности. В сб. "Элементарные процессы при столкновении атомных и молекулярных частиц". Чебоксары.

1987. С.71 - 76.

3. Вохмин П.А., Запесочный ИЛ., Кельман В.А., Шпеник Ю.О. Исследование импульсной генерации па самоограЕиченном переходе- 472,2 нм атома висмута при малых давлениях буферного газа// Квантовая электроника. 1987. T.I4, N8, С.1655 г 1657.

. Батенин В.М., Запесочный И.П., Кельман В.А., Селезнева Л.А., Фучко В.Ю. Радиальные неоднородности параметров плазмы в мекимпульсшй период саморазогревного лазера на парах мяда. Препринт.ИВТАН N5 - 210. Москва. 1987.

12. Kel'man V.A., Zapesochny I.P., Shpenik Yu.O. Lase; generation 1л bismuth vapour. Proceedings or the eight! International School oí Coherent Optics. Bratislava. 1987 P.415 -418.'

13. Кельман В.А., Климовский И.И., Фучко B.D. Элементарны« процессы, приводящие к дефициту атомов рабочего вещества ]

. лазере на парах меди. Тезисы докладов X Всесоюзно! конференций по физике электронных и атомных столкновений Ужгород. 1988. Часть 2. C.I98.

14. Кельман В.А., Шпеник Ю.О. К вопросу о роли димеров Bl2 i активной среде лазера на парах висмута. Тезисы докладов 1 Всесоюзной конференции по физике электронных и атомньс столкновений. Ужгород. 1988. Часть 2, C.I99.

15. Кельман В.А., Шпеник Ю.О., Запесочный И.П. Радаальш; распределения плотности излучения лазера на парах висмута. Препринт КИЯИ-88 - 37. Киев. 1988.

16. Кельман В.А., Климовский И.И., Фучко B.D., Запесочный И.П, Особенности работы тиратрона в блоках возбуждения лазеров нг парах меда// Квантовая электроника (Киев). 1988. В.34, С.Г - 23. •

17. Запесочный И.П., Кельман В.А., Климовский И.И.Селезнев? Л.А., Фучко В.Ю. Неоднородность разряда в лазере на параз меда и ее влияние на температуру газа// Теплофизика высокш температур. 1988. Т.26, N4, С.671 - 680.

18. Батенин В.М., Запесочный И.П., Кельман В.А., КлимовсквЗ И.И., Селезнева Л.А., Фучко В.Ю. Радиальные . неоднородноси параметров плазмы активной среды саморазогревного лазера нг парах меда в мекимпульсном промежутке// Квантова; электроника. 1939. Т.16, N11, С.2216 - 2224.

19. Задесочшй И.П., Кельман В.А., Шпеник Ю.О. О механизме влияния димеров В12 на выходные характеристики лазера нг парах висмута// Оптика и спектроскопия. 1989. Т.66, N3, С.711 - 714.'

20. Shpenlk Yu.O., Kel'man V.A. Calculation of the active medlun plasma parameters and bound characteristics of the hlsmutl vapor laser. Contributed papers or the XIX Internationa] Conference on Phenomena In Ionized Gases. Belgrade, 1989.

. P.502 - 503.

1. Kel'man V.A., Shpenik Yu.O., Zapesochny I.P. Bl2 dimers diagnostics In the bismuth vapor laser active medium. Contributed papers of the XIX' International Conference on Phenomena in Ionized Gases. Belgrade. 1989. P.636 - 637.

2. Шпеник D.O.. Кельман В.А,, Климовский И.И. К вопросу о

• механизма возбуждения генерации в лазере на парах висмута.

Тезисы докладов XIV Кевдународной конференции по когерентной и нелинейной оптике. Ленинград. 1991. Часть I, С.52 - 53.

3. Шпеник Ю.О., Запе сочный- И.П., Кельман В.А. Исследование релаксации метастабильшх 6р3 2В?/2 атомов Bi в лазере на парах висмута. Препринт ШШ-91-3. Киев. 1991.

1. Shpenik Yu.O.. Kel'man У.A. Relaxation of the 6p3

metastable Bi atoms in the bismuth vapor laser. Contributed Papers of XX International Conference on Phenomena in Ionized Gases. Pisa. 1991. P.1221 - 1222.

i. Shpenik Yu.0., Kel'man У.А., Kliraovsky I.I. About the generation excitation mechanism of bismuth vapor laser. Contributed Papers of XX International Conference on Phenomena in Ionize! Gases. Pisa. 1991. P.1223 - 1224.

i. Шпеник Ю.О., Кельман В.А. Лазер с фотодассоционной накачкой дкнеров висмута. Тезисы докладов III Межреспубликанского семинара "Физика быстропротекавщшс плазменных процессов". Гродно. 1992. С.20.

. Kel'man V.A., Shpenik Yu.O., Zapesochny I.P. The ciechanism of laser action • in gas-discharge 31-vapour laser. Proceedings of Contributed Papers' of International Conference "Physics in Ukraine". Kiev. V. "Radiophyslcs and Electronics". 1993. P.144 - 146.

.Shpenik.- Yu.O., .Kel'man' 7.A., KllmovskiJ 1Л. Photodissoclatlon Big/Bl* laser. Сборник докладов юбилейной конференции И5Ф-93. Унгород. 1993. С.149 - 152.

. Kel'man У.A., KlimovsklJ I.I. Shpenik Yu.O. Generation- -excitation mechanism in bismuth-vapor laser. Journ. Sov. laser Research (USA). 1994. 7.15, N1, P.69 - 73.

, Кельман B.A., Хлмовский И.И., Шпеник Ю.О. Лазеры на парах висмута с возбудденивм гэнеращЕК гашульсно-периодическим разрядом я фотодассоцконной нак&кэй// 'Украинский физический зурнал. 1994. Т.39, КГ, С.22 - 26.

Кельман В.А.

"Физические процессы в активных средах импульсно-периодачески лазеров на самоограниченных переходах атомов меди и висмута". Вид диссертации - рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математи ческих наук.

Специальность 01.04.04 - физическая электроника. Защита состоится в Институте физики НАН Украины, г.Киев, 1995 г. Защищается 30 научных работ. Доказана существенная роль процесс установления стационарной предампулъсной концентрации атомо рабочего вещества в мегашпульсном промежутке лазеров на пара самоограниченных переходах. Установлено, что механизм накачк лазера на парах висмута состоит в диссоциативном возбуэдени динаров висмута электронным ударом. Создан фотодассоционный лазе с накачкой димеров висмута АгР - лазером.

Kelman V.A.

"Physical processes In active medium of pulse-periodical laser

on self terminating transitions of copper and bismuth atoms".

Type of thesis - manuscript.

Doctor of Phys.- Hath. Science Thesis.. •■

Speciality - 01.04.04 - physical electronics.

Defence will be held In the Institute of Physics of Nat. №cr

Acad. Sci., Kijiv, 1995.

30 scientific publications are to be defended. A significant rol of establishing of prepulse stationary concentration of workin medium atoms during the interpulse period of lasers on selftermi nating trsnsltionshas' been proved. It has been found tha electron - impact dissociative excitation oi bismuth dlmer provides a bismuth-vapour laser pimping mechanism. Photodlssociation laser with pumping of bismuth dlmers by ArF laser was created*

Ключов! слова: лазер, самообмежений перех!д, пар, м!дь, в!смут температура газу, релаксашя, неоднор1дн!сть розряду, дисоЩйе збудаення, фотодасошйна накачка, димери.