Флюоресценция и нестационарное поглощение во фторсодержащих эксимерных лазерных смесях при накачке электронным пучком тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ. П.Н. ЛЕБЕДЕВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

ЛЕВЧЕНКО АЛЕКСЕЙ ОЛЕГОВИЧ

ФЛЮОРЕСЦЕНЦИЯ И НЕСТАЦИОНАРНОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ ВО ФТОРСОДЕРЖАЩИХ ЭКСИМЕРНЫХ ЛАЗЕРНЫХ СМЕСЯХ ПРИ НАКАЧКЕ

ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ

Специальность 01.04.21 - лазерная физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

- 1 НОЯ 2012

Москва-2012

005054063

005054063

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Физическом институте им. П.Н. Лебедева Российской академии наук.

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук Зворыкин Владимир Дмитриевич

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

Борисов Владимир Михайлович (ТРИНИТИ)

кандидат физико-математических наук Цхай Сергей Николаевич (Отделение оптики ФИАН)

Ведущая организация:

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Защита состоится 3 декабря 2012 года на заседании диссертационного совета Д 002.023.03 Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН). Адрес: Москва, Ленинский проспект, д. 53.

С диссертаций можно ознакомиться в библиотеке ФИАН по адресу: г. Москва, Ленинский проспект, д. 53.

Автореферат разослан У* Cí- Г- 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 002.023.03 д.ф.-м.н. /"

А.С. Шиканов

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Обоснование актуальности темы диссертации

Мощные КгБ и Кт2Р усилители обладают рядом преимуществ перед твердотельными системами, и могут составлять им конкуренцию в некоторых применениях. Несмотря на давнюю историю исследований эксимерных лазеров, в частности криптон-фторовых, (см. например [1, 2, 3] и ссылки в них), остается ряд неясностей и противоречий в кинетике их активных сред и в оценках влияния наведенного нестационарного поглощения на различных возбужденных компонентах активной среды. Новые экспериментальные данные важны для численного моделирования как мощных КгР лазеров [4], так и Кг2Р лазерных систем [5].

В контексте лазерного термоядерного синтеза (ЛТС) преимуществами КгИ лазеров по сравнению с твердотельными системами являются высокий коэффициент полезного действия, короткая длина волны излучения и возможность работать с частотой повторения импульсов до нескольких Гц с достаточно большим ресурсом непрерывной работы [4]. Быстрое восстановление инверсии населенностей в КгР усилителях позволяет усиливать цуги импульсов, следующих друг за другом с периодом от 2 не, что, например, делает возможным применение схем углового мультиплексирования усиливаемых пучков. Цуги ультракоротких лазерных импульсов (УКИ) с периодом в нескольно не также перспективны для создания в атмосферном воздухе протяженных проводящих плазменных каналов и коммутации длинных электрических (молниевых) разрядов [6], а также направленной передачи СВЧ-излучения по плазменному волноводу [7]. Газообразная активная среда имеет малый нелинейный показатель преломления п2, ответственный за филаментацию лазерного пучка [8], а также высокий коэффициент усиления, и, следовательно, при усилении УКИ необходимо малое число проходов через усилитель, хотя контраст УКИ после усиления в таких системах достаточно низкий.

Преимуществами Кг2Р усилителей, помимо возможности работы с частотой повторения, являются большая ширина спектра усиления и высокая энергия насыщения, что позволяет эффективно усиливать УКИ. Полоса усиления тримера Кт2Р расположена в видимой (4104460 нм) части спектра, где на сегодняшний день практически нет мощных твердотельных усилителей. В перспективе возможно получение УКИ петаваттного уровня мощности при использовании Кг2Р усилителей относительно небольшого объема [5]. Однако главным препятствием для практического использования таких усилителей являются малые коэффициенты усиления излучения и наличие в активной среде нестационарного поглощения, природа которого окончательно не ясна.

Исследования механизмов образования и гибели тримера Кг2Р, а также усиления и поглощения на нем ценны и с точки зрения исследований КгР лазеров, т.к. Кг2Р является одним из основных компонентов, участвующих в их кинетике.

Цели работы

1. Исследование флюоресценции и нестационарного поглощения в благородных газах N6, Аг, Кг, которые могут входить в состав типичных лазерных смесей.

2. Изучение каналов образования Кг2Р в типичных эксимерных смесях.

3. Идентификация нестационарного поглощения, препятствующего усилению излучения и лазерной генерации на переходе Кг2Р'(42Г—>1,22Г), изучение способов его уменьшения применительно к широкоапертурным лазерам с электронно-пучковой накачкой.

4. Исследование влияния добавок азота к рабочей смеси на кинетические процессы и на усиление излучения на переходе Кг2Р(42Г-^1,22Г) в широкоапертурных лазерных усилителях.

5. Измерение усиления на этом переходе и получение на нем лазерной генерации при параметрах, типичных для широкоапертурных эксимерных усилителей с электронно-пучковой накачкой.

Научная новизна

1. Экспериментально показано, что при параметрах, типичных для мощных КгБ лазеров с электронно-пучковой накачкой канал образования Кг2Р через КгР не является определяющим. Найдено соотношение концентраций молекул Кг2Р и КгР в смеси Ат/Кг/Гг, и оценена соответствующая величина коэффициента усиления на переходе Кг2Р (42Г—> 1,22Г).

2. Обнаружено, что в смеси №/Кг, в отличие от прочих бинарных смесей благородных газов, при дезактивации молекулярных ионов не происходит передача энергии к более тяжелому газу с образованием гомоядерного молекулярного иона Кг2+, ответственного за нестационарное поглощение в синей области спектра. Уточнена общая константа скорости тушения №2+ в смеси №/Кг.

3. Идентифицировано широкополосное нестационарное поглощение с максимумом на длине волны -310 нм, возникающее в рабочей смеси КгР лазера под действием накачки, и препятствующее усилению излучения на переходе Кг2Р (42Г—1,22Г). Показано, что оно в основном обусловлено переходом (9 Г<—4 Г) той же молекулы. При добавлении к рабочей смеси азота или при использовании ЫР3 вместо Р2 получено широкополосное усиление и лазерный

эффект на переходе Kr2F (42Г-»1,22Г) при параметрах, типичных для мощных KrF лазеров с электронно-пучковой накачкой.

Практическая ценность

Экспериментальные данные по спектрам нестационарного поглощения фторсодержащих эксимерных смесей, а также измеренные в работе соотношения концентраций KrF и Kr2F, могут быть использованы для сравнения с результатами численного моделирования кинетических процессов, протекающих в активной среде мощных KrF лазеров под действием электронно-пучковой накачки с целью проверки и уточнения моделей.

Усиление излучения и лазерный эффект на широкополосном переходе Kr2F (4 Г—»1,2 Г), продемонстрированные в работе, могут быть использованы для создания широкоапертурных усилителей ультракоротких импульсов видимого диапазона спектра с электронно-пучковой накачкой.

Сведения об апробации результатов работы

Результаты работы докладывались автором на следующих международных и российских научных конференциях и школах:

1. Российский Научный Форум «Демидовские Чтения», 25 февраля - 6 марта 2006, Москва - Екатеринбург - Томск, доклад «Динамика флюоресценции и поглощения излучения в эксимерных смесях Ar/Kr/F2 в видимой и УФ областях спектра при возбуждении электронным пучком», опубликовано в тезисах конференции, с. 69.

2. XVII International Symposium on Gas Flow and Chemical Lasers & High Power Lasers, 15-19 September 2008, Lisbon, Portugal, доклад "Fluorescence and transient absorption spectra of excimer laser mixtures", опубликовано в тезисах конференции Program and Abstracts, paper CP 03; Proc. SPIE, vol. 7131 71311A (2008); doi: 10.1117/12.817515.

3. II Всероссийская школа по лазерной физике и лазерным технологиям, 22-25 апреля 2008 г., Саров, доклад "Спектры флюоресценции и нестационарного поглощения лазерных эксимерных смесей на основе благородных газов, азота и галогенов", опубликовано в Сборнике докладов с.247-250.

4. Конференция "High-Power Lasers" в рамках международного симпозиума Photonics Europe (ЕРЕ10), 12-16 April 2010, Brussels, Belgium, доклад "Broadband amplification at Kr2F trimer transition for short-pulse high-power laser applications.", опубликовано в тезисах конференции Proc. SPIE 7721, 77211H (2010); doi: 10.1117/12.854593.

5. XIII Школа молодых ученых «Актуальные проблемы физики», 14-18 ноября 2010, Звенигород, доклад «Нестационарное поглощение и

5

флюоресценция благородных газов и эксимерных смесей», опубликовано в Сборнике трудов, с. 30-35.

Также, результаты работы опубликованы в ряде периодических изданий, входящих в диссертационный перечень ВАК, ссылки на которые приведены в конце автореферата. За цикл из шести публикаций и выступлений на конференциях по теме диссертации автору была присуждена премия им. Н.Г.Басова УНК ФИАН за 2010 год.

Личный вклад автора

Все изложенные в диссертации результаты получены лично автором, либо при его непосредственном участии. Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Список использованной литературы содержит 125 наименований. Объем диссертации составляет 130 страниц машинописного текста, включая 43 рисунка и 3 таблицы.

Защищаемые положения

1. При параметрах, характерных для мощных КгБ усилителей с электронно-пучковой накачкой, концентрация возбужденных молекул Кг2¥ (42Г) в смеси Аг/Кг/Р2 в несколько раз превышает концентрацию молекул КгР(В).

2. Основным фактором, препятствующим эффективному усилению излучения на переходе Кг2Р(42Г—► 1,22Г) в синей области спектра, является возникающее под действием накачки широкополосное нестационарное поглощение на переходе той же молекулы Кг2Р (92Г<—42Г).

3. Использование смесей Аг/Кг/Р2 с добавками азота или с трифторидом азота вместо Р2 позволяет уменьшить нестационарное поглощение в смеси, в результате чего усиление на переходе Кг2Р (42Г—>1,22Г) начинает превалировать над ним. При этом эффективный коэффициент усиления имеет величину порядка 10~3 см"1.

4. В смеси Не/Кг, в отличие от других бинарных смесей благородных газов, не происходит образования гомоядерного молекулярного иона более тяжелого газа Кг2+, ответственного за широкополосное поглощение в видимом диапазоне.

П. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении изложена тема диссертационной работы, ее цели и задачи, представлено обоснование ее актуальности, публикации автора по теме диссертации, ее структура, краткое содержание, а также перечислены положения, выносимые на защиту.

В Главе 1 проводится краткий обзор научных работ по теме диссертации. В п.1.1 приведены публикации, посвященные мощным лазерным системам с тера-и петаваттной пиковой мощностью, напр. [9, 10].

В п. 1.2 представлены работы, касающиеся усиления лазерного излучения на эксимерных молекулах KrF. Приведены типичные параметры KrF лазеров: длина волны Л = 248,5 нм, энергия кванта hy= 5 эВ, ширина полосы усиления АЛт =2,5 нм, плотность энергии насыщения

Qs = 2 мДж/см2 , сечение индуцированного излучения сг=2,5-10"16 см2, радиационное время жизни возбужденного состояния тг = 6,5 не, время жизни с учетом тушащих столкновений тс = 2 не [1].

В п. 1.3 приведены основные характеристики возбужденных тримеров Kr2F, такие как радиационное время жизни связанного состояния тг~ 180 не [11] и

Рис.1. Потенциальные кривые молекулы Kr2F (из работы [12])

В разных работах, рассмотренных в п. 1.3, ширина полосы поглощения Кг2Р(92Г<—42Г) варьировалось от 33 нм [13] до 80 нм [14], а положение максимума полосы флюоресценции перехода Кг2Р (42Г—> ], 2 2Г) - от -390 нм [15] до 420 нм [5]. По теоретическим расчетам [16] максимумы флюоресценции Кг2Б расположены на 361 нм (42Г-»1 2Г), 371 нм (42Г—>2 2Г), и намного более слабый максимум на 395 нм (42Г—>32Г). Таким образом, литературные данные, касающиеся флюоресценции и поглощения излучения на Кг2Р разрознены, и нуждаются в уточнении применительно к широкоапертурным лазерам с электронно-пучковой накачкой.

Также в п. 1.3 приведен рассчитанный в работе [5] коэффициент усиления слабого сигнала на переходе Кг2Р (42Г—>1,22Г), который составил 2x10"3 см"1. Отмечена описанная в работе [17] слабая лазерная генерация на переходе Кг2Р (42Г—>1,22Г)> которая была получена в послесвечении очень мощного импульса накачки в небольшой кювете объемом несколько см3 при относительно высоком давлении около 6 атм. Сложности с получением генерации, очевидно, были обусловлены значительным нестационарным поглощением, предположительно возникающим на возбужденных компонентах активной среды, однако природа этого поглощения осталась до конца невыясненной. Кроме того, параметры, при которых была получена генерация в [17] достаточно далеки от параметров мощных широкоапертурных усилителей.

В п. 1.4 рассматриваются известные из литературы механизмы образования и гибели ЮТ и Кг2Р. КгР образуется по ионному и метастабильному каналам, а распадается по радиационному каналу, либо благодаря тушениям. Кг2Р может образовываться из КгР, Кг2+ и Кг2* [18]. По данным работы [19] в смесях, содержащих добавку азота, возможно образование Кг2Б из молекулы КтЫ2Р*. Гибнут молекулы Кг2Р, вследствие столкновительных тушений, по радиационному каналу (42Г—>1,22Г), а также при поглощении квантов излучения с последующим распадом [2,18].

В п. 1.5 рассмотрены работы, посвященные нестационарному поглощению в смесях благородных газов. Ионизованные и возбужденные атомы, гомо- и гетероядерные эксимеры и молекулярные ионы благородных газов, являются одними из самых сильных поглощающих агентов в лазерах с электронно-пучковой накачкой [20]. Приведены известные из литературы данные по фотопоглощению на возбужденных молекулах и молекулярных ионах благородных газов.

В Главе 2 описываются эксперименты по измерениям флюоресценции возбужденных молекул ЮТ и Кг2Р и исследованию их динамики в типичной эксимерной смеси Аг/Кг/Р2.

В п. 2.1 описан эксимерный лазер «Бердыш» с поперечной электронно-пучковой накачкой, на котором проводились все измерения в данной работе. Приведены его основные параметры: активный объем лазерной камеры 10x10x110 см3, энергия электронов накачки 2504-350 кэВ, полная энергия пучка накачки 900 Дж, пиковая плотность тока 50 А/см2, длительность импульса накачки по полувысоте 90 не, максимальное давление смеси с содержанием галогенов до -1% - до 2,5 атм. За отправную точку в данной работе была взята типичная для таких лазеров рабочая смесь Аг/Кг/Р2 с соотношениями

компонентов 91,8/8,9/0,3% и полным давлением 1,8 атм, для которой удельная мощность накачки составляет -0,7 МВт/см3.

В п. 2.2 представлен интегральный за все время накачки спектр флюоресценции типичной смеси Аг/Кг/Р2 с широкой полосой перехода (42Г—>1,2 Г) молекулы Кг2Р с центром на >.-400 нм, которая сильно промодулирована линиями поглощения атомов и ионов Аг и Кг.

В п. 2.3 описывается методика измерений флюоресценции в схеме с калиброванной относительной спектральной чувствительностью, позволяющая количественно сравнивать интенсивности различных полос флюоресценции. Излучение флюоресценции активной среды проходило через монохроматор, который настраивался на определенную длину волны, и регистрировалось ФЭУ с временным разрешением порядка 1 не. Калибровка схемы проводилась с помощью импульсного источника на основе капиллярного разряда ИСИ-1, излучение которого соответствует абсолютно черному телу с температурой 39+2 кК.

В п. 2.4 приведены результаты измерений флюоресценции переходов КтИ (В—+Х) и Кг2Б (4"Г—► 1,2 2Г) в схеме с калиброванной относительной спектральной чувствительностью. Измерения проводились в «длинной» (Ь=\10 см) и в «короткой» (¿=7,5 см) активной среде, в которой флюоресценция практически не искажена усилением или нестационарным поглощением излучения. Показано, что молекулы Кг2Р (42Г) образуются с задержкой т -15 не по сравнению с КгР (В), а время их жизни в смеси с учетом всех тушений составляет тстолк+рад=30±3 не. Приведены полученные спектры флюоресценции переходов КгР(В->-Х) и Кг2Р (42Г->1,2 2Г), на основании сравнения интенсивностей и ширин их полос оценено соотношение их концентраций

^Кг2¥ _ ЛКГ2Р-АЯКГ2Г ЬУКГР ТКг2Р ,, ЯоКг2Р ЛКг2Р

—— - —-т:--т---- 6±0,5 и коэффициентов усиления 0 2Р = .

КгР ^ ЛКгР-ДЯКгР /1УКг2Р ТкгР т г ' д0Кг!, АКгР

= 0,056; где /¡укг2р и /гукгг - средние энергии квантов переходов, ЛКг2г и

АКгР - интенсивности полос в отн. ед., АХКг2р и Д^кгр - ширины полос, а Ткг2р и тКгР - радиационные времена жизни. По известному коэффициенту усиления слабого сигнала на переходе КгР (В->Х) ^0КгР = 0,09 см"1 оценен таковой для Кг2Р (42Г—> 1,2 2Г). его значение составило Яокг2г=0,0042 см"1.

В п. 2.5 описаны пробные эксперименты по измерению нестационарного поглощения с помощью зондирования активной среды излучением капиллярного разряда ИСИ-1. Полученный спектр содержит широкую полосу с максимумом на 335 нм и с поглощением в максимуме около 1,9 м"1.

В п. 2.6 описаны эксперименты по исследованию эффекта подавления флюоресценции перехода Кг2Р(42Г^1,2 2Г) интенсивным УФ излучением Кг1; (В—>Х). Если канал образования Кг2Р проходит через КгБ, то причиной эффекта подавления является снижение концентрации КгР из-за вынужденных переходов. Другой причиной может быть фотоионизация молекул Кг2Р УФ квантами излучения КгР. Приведены экспериментальные зависимости амплитуды и энергии импульса флюоресценции перехода Кг2Р (42Г—>1,2 2Г) от интенсивности излучения перехода КгР (В—>Х) при установке на лазерную камеру резонаторов различной добротности на

248 нм. На основании этих данных показано, что эффект подавления количественно объясняется фотоионизацией молекул Кг2Р УФ квантами излучения КгР с сечением сг= (1,2-н1,6)-1018 см2, которое близко к значениям а =

1 О л | л л

1,6-10" см и (т = 4-10 см из работ [12] и [1] соответственно. Большой разброс литературных данных по сечению фотоионизации не позволяет однозначно утверждать, что она является единственной причиной эффекта подавления, однако она точно вносит в него весомый вклад. Поэтому сделан вывод, что существует достаточно мощный канал образования Кг2Р «в обход» КгР.

В п. 2.7 перечислены основные выводы по второй главе диссертации.

В Главе 3 описываются эксперименты по зондированию активных сред с использованием широкополосного источника на основе лазерной эрозионной плазмы.

В п. 3.1, который представляет собой введение к Главе 3, кратко описан оригинальный метод зондирования, применявшийся в экспериментах. Также кратко перечислены газы и смеси, в которых по данной методике измерялось нестационарное поглощение.

В п. 3.2 описана методика, заключающаяся в зондировании активной среды импульсным широкополосным излучением эрозионной лазерной плазмы, создаваемой на поверхности мишени из фторопласта или меди импульсом излучения вспомогательного лазера, синхронизованным с накачкой. Приведена схема измерений, типичная форма импульса зондирующего излучения, с длительностью около 75 не по полувысоте, и типичный спектр зондирующего излучения, который близок к спектру излучения абсолютно черного тела с температурами -7000 К для фторопластовой и - 12000 К для медной мишеней. Также спектр содержал полосы, соответствующие лазерному излучению, рассеянному в плазме и на материале мишени, и, в случае использования медной мишени, небольшое количество линий меди, что приводило к неправильному измерению поглощения на этих участках спектра. Импульсное широкополосное излучение лазерной плазмы коллимировалось линзой, проходило сквозь лазерную камеру, и регистрировалось широкополосным (190-^510 нм) 10

спектрометром с ПЗС линейкой. Сначала записывался спектр зондирующего излучения без накачки активной среды, затем спектр прошедшего зондирующего излучения с включенной накачкой, из которого вычитался спектр собственной флюоресценции среды (в случае если она имела место). Таким образом, для получения одного спектра нестационарного поглощения требовалось всего 2 или 1 (если отсутствовала флюоресценция) импульс накачки, что позволило набрать большой массив спектров нестационарного поглощения различных смесей.

В п. 3.3 отмечается, что в условиях проведенных экспериментов, в отличие от ряда работ, не было зафиксировано никакой флюоресценции в чистых благородных газах и в их смесях, что связано с относительно низкой чувствительностью схемы, предназначенной для регистрации интенсивных полос KrF, Kr2F, ArF, Ar2F, и т.п.

В п. 3.4 описываются измерения спектров нестационарного поглощения благородных газов - Ne, Ar и Кг и смесей Ar/Kr и Ne/Kr по описанной выше методике, приводятся полученные спектры. На всех этих спектрах наблюдается множество узких «пичков» на фоне широких полос. Наиболее выраженные пички идентифицированы, они коррелируют со спектральными линиями атомов, ионов, и с полосами димеров благородных газов. В чистом аргоне широкие полосы поглощения с максимумами на длинах волн 292 нм и 325 нм и с поглощением в максимуме около 3,5 м"1, впервые наблюдавшиеся одновременно, в соответствии с литературными данными приписаны Аг2+ и Ar/. Полученный спектр приведен на Рис. 2, заштрихованы области, в которых

Рис. 2. Спектр нестационарного поглощения чистого аргона при давлении р=1,8 атм.

В чистом криптоне наблюдалась только одна широкая полоса поглощения с максимумом на длине волны X -320 нм, с шириной по полувысоте ~ 180 нм, и с поглощением в максимуме около 2 м-1, которая на основании литературных данных была приписана переходу 02Е„+ <- Х21.а+ димера Кг2+ . Наблюдавшаяся полоса гораздо шире, чем в случае оптического возбуждения, при котором ее

ширина составляла всего -60 нм [21]. Такое отличие можно объяснить тем, что распределение населенности колебательных уровней Кг2+ не термализовано, т.к. их заселение в случае электронно-пучковой накачки происходит сверху. Согласно расчетам [22], при заселении 4 нижних колебательных уровней ширина полосы поглощения достигает - 180 нм.

Спектр нестационарного поглощения смеси Ar/Kr при давлении 1,8 атм с обычным для KrF лазеров содержанием криптона 9%, практически идентичен спектру чистого криптона. Такое поведение ожидаемо - хорошо известно, что при малой добавке более тяжелого благородного газа к более легкому, возбуждение эффективно передается к более тяжелому, и спектр флюоресценции такой смеси становится идентичен спектру тяжелого газа (см. напр. [23]).

Приведенный в п. 3.4 спектр поглощения в чистом неоне содержит широкую полосу с симметричной колоколообразной формой с максимумом на длине волны X, - 285 нм, с полушириной -85 нм, и с поглощением в максимуме около 1,8 м"1. Эти результаты хорошо согласуются с расчетами [22], выполненными для Ne2\ что позволяет приписать ему наблюдаемую полосу поглощения. Других выраженных полос в диапазоне 1904-510 нм не наблюдалось.

Было обнаружено, что добавление криптона к неону приводит к неожиданному результату, качественно отличному от смеси Ar/Kr. Постепенное увеличение концентрации криптона ведет к уменьшению поглощения на 285 нм, т.е. к уменьшению концентрации Ne2+. При содержании криптона в смеси равном 9% полоса поглощения Ne2+ полностью исчезает, аналогично полосе Аг2+ в смеси Ar/Кг. Однако в смеси Ne/Kr не появляется полоса поглощения, принадлежащая Кг2+, даже при достаточно больших (9%) добавках криптона, хотя появляются полосы поглощения на 428,5 нм и 430 нм, принадлежащие Кг2*. Предположительно энергия и заряд передаются гетероядерному эксимеру NeKr+, хотя его полос поглощения в исследуемом спектральном диапазоне зарегистрировано не было. Также в данной работе не наблюдалось полос, принадлежащих Ne3+, Аг3+ и Кг3+.

Также в п. 3.4 приводятся оценки сечений фотопоглощения для молекулярных ионов благородных газов Rg2+. Чтобы оценить сечение фотопоглощения, необходимо в некоторый момент времени знать и коэффициент поглощения, и концентрацию поглощающего агента, которую проще всего определить для случая чистого Ne при давлении 2,5 атм, где все молекулярные ионы - это Ne2+ [24]. Если предположить, что атомарных ионов Rg+ в плазме много меньше чем молекулярных Rg2+, то, вследствие электронейтральности плазмы, концентрация последних приблизительно равна 12

электронной плотности. Согласно результатам расчетов, приведенным в [24], в аргоне с давлением 2 атм при накачке электронным пучком, концентрация Аг2+ превосходит концентрацию Аг+ на порядок, и подобное соотношение имеет место также для Ne и Кг. В случае равенства концентрации Rg2+ и электронной плотности ne(t), последняя может быть рассчитана из уравнения

£ ^ =W(t)~—a-ne2(t), где W(t) плотность мощности накачки, Eei - энергия на

образование одной электрон-ионной пары, а - константа скорости рекомбинации Rg2+ и электрона. В рамках сделанного выше предположения для каждого благородного газа - Ne, Аг и Кг при известной W(t) можно рассчитать концентрацию Rg2+ в любой момент времени и построить «калибровочные» кривые, связывающие измеренный (усредненный за время зондирования) коэффициент поглощения, и его пиковое значение. По рассчитанным таким образом пиковым концентрациям Rg2+ и соответствующим пиковым коэффициентам поглощения были вычислены сечения их фотопоглощения. Эти сечения составили CTmM(Ne2+)=(2±0,2)-1017, omax(Ar2+) =(1±0,3) 10"16 и <w(Kr2+) = (6+0,5)-10"17 см2 на длинах волн X = 285, 295 и 320 нм, соответствующих максимумам поглощения. Сечения для Ne и Кг хорошо согласуются с теоретическими рассчитанными значениями omax(Ne2+) = 2,0-10"17 см2 (X = 287 нм) и cmax(Kr2+) = 5,7-10"псм2 (А^322нм) [22]. Такое совпадение величин для криптона подтверждает допущения об отсутствии в возбужденном криптоне ионов Кг3+ и о равенстве концентраций свободных электронов и Кг2+. Теоретические литературные значения сечений для аргона aimx(Ar2+)=4,8,10" 17 см2 (>l=299 нм) [22] и cw(Ar2+)=3,8-10-17 см2 (1=297 нм) [25] меньше измеренных, что вероятно связано с вкладом в измеряемое поглощение полос Аг2* с центрами на длинах волн 305 и 325 нм.

Соотношения концентраций Rg+ и Rg2+ в условиях данных конкретных экспериментов точно неизвестны. Времена жизни Rg2+ сравнимы с длительностью накачки, поэтому для точного расчета их концентраций требуется решать нестационарную задачу. Времена жизни Rg+ составляют единицы наносекунд, поэтому на заднем фронте накачки и после ее окончания -когда проводилось зондирование - их концентрация значительно меньше пиковой, что повышает точность сделанных оценок сечений фотопоглощения Rg2+. Несмотря на это, найденные значения сечений являются оценкой снизу, т.к. некоторое количество Rg+ содержится в плазме в любом случае.

Также в п. 3.4 рассмотрена упрощенная кинетика смеси Ne/Kr, составлено кинетическое уравнение для концентрации Ne2+. При значении «общей» константы скорости реакций гибели Ne2+ /?=(2±0,5)-10"3° см6/с, подобранном

вручную, получено хорошее согласие рассчитанных концентраций Ыс2+ с измеренными. Значение /?=(2±0.5)-10"3° смб/с оказалось близко к значению (3,7+2)-1030 см6/с, определенному в работе [26] по «непрямым» измерениям. Полученное значение константы является оценкой сверху, т.к. при расчете не учтены реакции, уменьшающие скорость образования №2+, например, в реакции передачи заряда от Ыс+ к Кг+.

В п. 3.5 перечислены наиболее важные выводы из экспериментов по измерению нестационарного поглощения в благородных газах.

П. 3.6 посвящен флюоресценции и нестационарному поглощению смесей благородных газов с добавками азота Аг/Ы2, Кг/1М2 и Аг/Кг/М2, смесей со фтором Аг!¥2, Кг/Р2, Лг/Кг/Г;2, Ме/Кг/Р2, Аг/Кг/Р2/Не, со фтором и добавками азота Аг/Кг/Р2/М2, а также смесей с различными донорами фтора Аг/Кг/МР3, №/Кг/№'з, Аг/Кг/8Рб. Измерения проводились по методике зондирования излучением лазерной плазмы, описанной в п. 3.2.

Добавление фтора к криптону ведет к появлению полосы флюоресценции перехода (В—>Х) молекулы КгБ на 248 нм, а также полос переходов КгР (С— на 275 нм и Кг21; (42Г—>1,22Г) на 420 нм с полушириной 65 нм. При этом спектр нестационарного поглощения содержал полосу с центром на длине волны 325 нм с полушириной -90 нм (Рис. 3). Т.к. полосы флюоресценции и поглощения частично перекрываются, наблюдаемый спектр флюоресценции при длине активной области 110 см несколько искажен нестационарным поглощением, поэтому в п.3.6 приведен также скорректированный спектр, см. Рис. 3.

Рис. 3. Спектры (а) измеренной флюоресценции смеси Кг/Р2 (получены с использованием УФ фильтра) и флюоресценции, скорректированной на нестационарное поглощение, (б) поглощения в смеси Кг/Яг = 99.5/0.5 и в чистом Кг при давлении р=1,05 атм.

В смеси АгЛ;2 также наблюдались полосы флюоресценции (X = 275 нм, АХ = 60 нм) и нестационарного поглощения (А. = 300 нм, АХ = 120 нм), которые, согласно литературным данным, можно приписать тримеру Аг2Р. Показано, что известная из литературы и наблюдавшаяся в данной работе немонотонная зависимость интенсивности флюоресценции Аг2Р от давления смеси

обусловлена наличием нестационарного поглощения, и исчезает, если ввести на него соответствующую поправку.

Спектры флюоресценции и нестационарного поглощения тройных смесей Аг/Кг/Р2 и №/Кг/Р2 , также приведенные в п. 3.6, близки к спектрам смеси Кг/Р2 и содержат те же полосы. Однако, как было показано выше, в смеси №/Кг отсутствуют примеси, поглощающие в исследуемом спектральном диапазоне (1^2+), следовательно, полоса поглощения, наблюдающаяся в смеси №/Кг/Р2, может быть обусловлена только Кг2Р (92Г<—42Г). Поглощение в смеси Аг/Кг/Р2 практически идентично таковому в №/Кг/Р2, поэтому можно утверждать, что оно также обусловлено переходом Кг2Р (92Г-<—42Г)- Это подтверждается одинаковой зависимостью флюоресценции на переходе Кг2Р (42Г—>1,22Г) и поглощения в смеси Аг/Кг/Р2 от давления. Данный вывод имеет важное практическое значение: так как и усиливающий и поглощающий переходы начинаются на одном уровне 42Г, то с точки зрения работы лазера на Кг2Р (42Г—>1,22Г), это поглощение является насыщаемым.

Из того же сравнения смесей Аг/Кг/Р2 и №/Кг/Р2, следует, что в смеси Аг/Кг/Р2, полоса флюоресценции с центром на 275 нм с высокой достоверностью принадлежит переходу КгР(С-Л), а не Аг2Р(42Г—>1,22Г), который отсутствует в смеси с неоном.

В п. 2.6 было показано, что эффективность образования Кг2Р из ЮТ невелика. Если рассмотреть другие возможные каналы его образования, то в смеси Ые/Кг/Р2, где отсутствует Кг2+, он может образовываться только из Кг2* и, возможно, из ИеКгР. Во всех исследованных смесях (Аг/Кг/Р2, №/Кг/Р2, Кг/Р2, Аг/Кг/Р2+Не) концентрация Кг2Р была приблизительно одинакова при сравнимом удельном энерговкладе. Поэтому вероятно, что во всех перечисленных смесях Кг2Р образуется преимущественно по одному и тому же каналу, а таким каналом может быть только реакция Кг2* + Р2 —► Кг2Р+Р. При этом образование Кг2* в трехчастичных реакциях с участием атомов Аг, Кг и Не, как третьего тела, идет практически с одинаковыми скоростями А,—(5ч-6)-10"32 см6/с [1]. Следовательно, и Кг2Р во всех этих смесях должен образовываться приблизительно с одинаковой эффективностью.

В работе продемонстрировано, что при замене Р2 на или при добавках к смеси N2 интенсивность флюоресценции переходов (С-А), и особенно (В-Х) молекулы КгР уменьшается, а перехода Кг2Р (42Г—>1,22Г) - увеличивается. То, что интенсивности полос Кг2Р и КгР ведут себя существенно по-разному, косвенно подтверждает вывод о том, что существует мощный канал образования Кг2Б в обход КгР. При этом в диапазоне >>400 нм измеряемое нестационарное поглощение сильно уменьшается, и даже становится отрицательным, что

15

означает усиление зондирующего сигнала. Так, в смеси Аг/Кг/Р2+Н2 в диапазоне 410ч-500 нм было зарегистрировано широкополосное усиление с максимумом на длине волны /1=460 нм и с величиной коэффициента усиления в максимуме 0,054-0,2 м"1 (в разных сериях измерений), см. Рис. 4. К сожалению, применявшаяся методика не позволяла измерить коэффициент усиления с большей точностью, для этого была применена методика многопроходового зондирования, описанная в Главе 4. Причиной того, что при добавках азота усиление на переходе Кг2Р (42Г-»1,22Г) начинает превалировать над поглощением на Кг2Р (92Г<—42Г), вероятнее всего является ускоренная азотом релаксация по колебательным уровням внутри состояния Кг2Р(42Г), а также снижение электронной температуры.

Длина волны, нм

Рис. 4. Часть спектра нестационарного поглощения смеси Ar/Kr/F2/N2 при полном давлениир = 1,8 атм и парциальном давлении N2Р = 0,08 атм.

В результате распределение населенностей колебательных уровней внутри (42Г) смещается вниз, соответственно полоса поглощения (92Г<—42Г) сдвигается в коротковолновую область, а полоса флюоресценции (усиления) (42Г—>Т,22Г) - в длинноволновую. Более выраженный аналогичный эффект наблюдался и в смеси Kr/N2 для поглощения на молекулярном ионе Кг2+, имеющем очень похожую структуру потенциальных кривых.

Также в п. 3.6 работы продемонстрировано уменьшение нестационарного поглощения в чистых благородных газах при добавках азота. При этом добавки азота к чистому Ar, а также к смеси Ar/Kr уменьшают поглощение гораздо значительнее, чем в случае аналогичных добавок к чистому Кг. Это говорит о том, что энергия эффективно передается от высоколежащих состояний аргона к азоту. В п. 3.7 перечислены основные выводы из экспериментов, описанных в п. 3.6.

В Главе 4 описаны измерения усиления на Kr2F с помощью многопроходового зондирования активной среды излучением лазера на красителе. Погрешность измерений коэффициента усиления в описанных выше

экспериментах была соизмерима с эффективным коэффициентом усиления. Для более точного измерения потребовалось увеличение числа проходов зондирующего излучения через активную область.

В п. 4.1 описывается схема измерений, в которой для зондирования использовались специально разработанные лазеры на красителях кумарин-120 (Ая=440 нм, ДА.=8 нм) и кумарин-47 (А-460 нм, нм), которые накачивались вспомогательным КгН лазером, и выдавали импульсы длительностью около 30 не. Зондирующий импульс лазера на красителе совершал 7 проходов между внешними зеркалами, каждый раз проходя сквозь активную среду и сквозь два толстых (Я=25 мм) окна камеры, сделанных из СаР2. Затем пучок лазера на красителе проходил через монохроматор, настроенный на соответствующую длину волны, и регистрировался ФЭУ.

В п. 4.2 приводятся результаты измерений, полученные на описанной выше схеме. Было обнаружено сильное поглощение, наведенное в оптических элементах схемы (в окнах камеры) рентгеновским излучением, которое генерируется электронным пучком накачки. В результате его влияния пропускание камеры составляло от 20 до 40%. Для уменьшения влияния наведенного в оптике поглощения была применена схема с внутренними зеркалами, описанная в п. 4.3. Вместо окон камеры из СаР2 были установлены напылением внутрь диэлектрические зеркала на стеклянных подложках М1 и М2 с коэффициентами отражения 99% и 95% на длинах волн 440 и 460 нм соответственно, а в их центральной области было удалено напыление для ввода и вывода зондирующего излучения. Также внутри кюветы под углом к оси были установлены тонкие стеклянные пластинки П1 и П2 толщиной /г=2,5 мм каждая, которые препятствовали многопроходовому усилению излучения перехода В—>Х молекулы КгБ на длине волны 248 нм. В такой схеме зондирующее излучение только дважды проходит сквозь толстые окна кюветы, и 14 раз сквозь тонкие пластинки П1 и П2. При наполнении кюветы типичными газовыми смесями и введении задержки между накачкой и зондирующим импульсом 5004-700 не, ее пропускание, обусловленное наведенным поглощением в оптике, составляло 7,„.(г~600нс)=75±5%. При этом, данная величина не учитывает релаксацию наведенного поглощения за времена порядка 5004-700 не [27, 28].

В п. 4.4 описаны измерения усиления в рабочей смеси Лг/КгЛЧР3 в схеме с внутренними зеркалами. В ходе измерений варьировалась задержка между включением накачки и вводом импульса зондирующего излучения тБВОда, давление и состав смеси, длина волны зондирующего излучения. Согласно данным предыдущих измерений, усиление на переходе Кг2Р (42Г—>1,22Г) превалирует над поглощением в интервале от 410 до 500 нм, и достигает

максимального значения на длине волны 460 нм. Действительно, наиболее эффективное усиление наблюдалось в смеси Аг/Кг/КР3 с давлениями компонентов 1,64/0,16/0,0056 атм при зондировании излучением лазера на красителе кумарин-47 (полоса 456-г464 нм) при задержке ^вода ~90-Н 10 не. Среднее измеренное усиление импульса зондирующего излучения (пропускание) на семи проходах составило в этом случае 0таи(?=90нс) ~ 1,12, что соответствует коэффициенту усиления #тии=2,5х10"4 см"1. С учетом поправки на наведенное в оптике поглощение Г„(?~600нс>=75% эффективное усиление сигнала в активной среде составило соответственно Сэффек-^р^Онс) 1,6 (эффективное усиление). Соответствующий эффективный коэффициент усиления ^эффех^^Онс) в разных сериях изменялся в диапазоне (б±2)х10"4 см"1. Немого меньшие значения коэффициента усиления были получены для смеси Лг/КгЛЧ2/Р2 с давлениями компонентов 1,54/0,16/0,1/0,0056 атм. Разброс измеренных значений коэффициента усиления связан в первую очередь с его малостью. Небольшие трудноконтролируемые изменения параметров, таких как мощность накачки, синхронизация накачки и зондирования, наличие малых примесей (в первую очередь воздуха) в исследуемой смеси, деградация смеси, адсорбция и десорбция различных компонентов смеси в кювете, накопление и релаксация наведенных дефектов в оптике, и т.п., могут приводить к большим относительным изменениям малого измеряемого коэффициента усиления.

Также, было зафиксировано долгоживущее поглощение, накапливающееся от импульса к импульсу накачки, которое может быть связано с травлением оптики (стекла) агрессивным газом №3, появлением в смеси под действием накачки ряда фторидов азота, поглощающих в этой области, или наличием долгоживущего поглощения, наведенного в оптических элементах рентгеновским излучением.

В п. 4.5 описывается получение лазерного эффекта на переходе Кг2Р (42Г—>1,22Г)- Схема, использовавшаяся для получения лазерного эффекта, отличалась от предыдущей тем, что зеркала, установленные внутри камеры, были съюстированы по одной оптической оси с помощью котировочного лазера и образовывали резонатор. На той же оптической оси был установлен монохроматор, настроенный на диапазон длин волн 456+4,8 нм, близкий к максимуму усиления на Кг2Р. В камере была смесь Аг/Кг/ОТз, на которой при зондировании было получено максимальное усиление. При съюстированном резонаторе в момент времени т=100 не от начала накачки сигнал с ФЭУ резко возрастал, и в 5 раз превышал сигнал, полученный при разъюстированном резонаторе. Участок резкого роста объясняется возникновением в резонаторе генерации, а наличие задержки относительно начала накачки хорошо 18

согласуется с предыдущими измерениями. Следует отметить, что после проведения нескольких серий экспериментов на стеклянных пластинках внутри камеры невооруженным глазом наблюдались следы травления - поверхности были помутневшими. Это практически не влияло на результаты зондирования, т.к. потери на рассеяние в этих элементах автоматически учитывались в опорном сигнале, но, разумеется, препятствовало развитию лазерной генерации.

В п. 4.6 анализируются результаты зондирования активной среды излучением лазера на красителе. Обсуждается ряд работ (напр. [27, 28, 29]), посвященных поглощению, наведенному в оптических стеклах рентгеновским излучением и электронными пучками, а также релаксации этого поглощения. Основываясь на данных этих работ, можно считать, что оптическая плотность наведенного поглощения в оптических элементах схемы, непосредственно измеренная в момент времени / =600 не после накачки, спадает в 24-5 раз по сравнению со значением в момент времени, в который производится зондирование г=/ш. При введении поправки на это поглощение значение эффективного коэффициента усиления составляет £.>},фСКТ 2 (1-=-2)х10~3 см"1. Эта величина является оценкой сверху, и близка к оценке коэффициента усиления слабого сигнала на переходе Кг2Р(42Г—>1,22Г) из предыдущих измерений и расчетов [5]. Приведенные значения получены для удельной мощности накачки =0,65 МВт/см3, характерной для широкоапертурных эксимерных усилителей, что определяет их прикладную ценность.

В п. 4.7 рассматриваются возможные перспективы применения перехода 42Г—>1,22Г молекулы Кг2Р. Отмечается, что наличие наведенного в оптике поглощения, а также образование в смеси поглощающих агентов, которые ответственны за накапливающееся поглощение, не является принципиальным препятствием для применений. Необходимым условием работы мощного эксимерного лазера с электронно-пучковой накачкой с частотой повторения импульсов порядка нескольких Гц, является интенсивная прокачка рабочей смеси через лазерную камеру, при которой может производиться очистка смеси от нежелательных примесей. Внутри лазерной камеры могут быть расположены поворотные зеркала с высоким коэффициентом отражения в полосе усиления Кг2Р, для которых несущественно наведенное в толще материала поглощение. При этом вводное и выводное окна лазерной камеры могут быть расположены в районе геометрической тени, создаваемой специальными поглотителями для рентгеновского излучения, которое возникает в активном объеме, и не отражается от зеркал. Применение оптических элементов из фторостойкого материала, например СаР2, позволит избежать их химического травления фтором или донором фтора Предложенная схема позволит реализовать

эффективный коэффициент усиления порядка 10"3 см"1 при сохранении всех преимуществ газовых лазеров с электронно-пучковой накачкой, таких как масштабируемость, возможность работы с частотой повторения, и т.д.

В п. 4.8 перечислены выводы по экспериментам, описанным в Главе 4.

В Заключении диссертации перечисляются основные результаты работы.

Ш. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Ниже перечислены основные научные результаты данной работы.

1. Экспериментально показано, что при параметрах, типичных для мощных КгБ лазеров с электронно-пучковой накачкой канал образования Кг2Р через ЮГ не является определяющим. На основании сравнения интенсивностей флюоресценции в схеме измерений с калиброванной относительной спектральной чувствительностью оценено соотношение пиковых концентраций молекул Кг2Р и КгБ в типичной для КгР лазера с электронно-пучковой накачкой смеси Аг/Кг/Р2, которое составило ЛГкг2р=6±0,5 . Соответствующая величина

МкгР

коэффициента усиления на переходе Кг2Р (42Г—>1,22Г) -0,0042 см"'.

2. С помощью разработанной методики зондирования возбужденной среды излучением эрозионной лазерной плазмы получены спектры нестационарного поглощения в благородных газах N0, Аг и Кг и их смесях в диапазоне от 200 до 500 нм. Оценены сечения широкополосного поглощения молекулярных ионов Кй2+ на длинах волн X = 285, 295 и 320 нм, соответствующих максимумам поглощения: спих(Ке2+)=(2±0,2)-10"17, отах(Аг2+)=(1±0,3)-1016 и стпшх(Кг2+)=(6±0,5)-10"17 см2. Обнаружено, что в смеси №/Кг отсутствует полоса поглощения, принадлежащая Кг2+. В отличие от прочих бинарных смесей в ней при дезактивации молекулярных ионов Ые2+ не образуются гомоядерные молекулярные ионы Кг2+. Уточнена общая константа скорости тушения Ые2+ в смеси Ые/Кг /?=(2±0,5)хЮ"30 см6/с.

3. Показано, что нестационарное поглощение, препятствующее усилению излучения на переходе 42Г—>1,22Г в смеси Аг/Кг/Р2, в основном обусловлено переходом (92Г<—42Г) молекулы Кг2Р. Малые добавки азота или использование №'3 вместо Р2 приводят к изменению баланса усиления и поглощения и к появлению широкополосного (от 410 до 500 нм) усиления порядка 10"3 см"1. Получен лазерный эффект на переходе Кг2Р(42Г—► 1,22Г).

4. Максимальный коэффициент усиления излучения на переходе 42Г—>1,22Г молекулы Кг2Р в диапазоне длин волн 456-Н464 нм, измеренный при многопроходовом зондировании активной среды Аг/КгЛ\Р3 излучением лазера на красителе составил #=2,5x10"4 см"1. С учетом нестационарного поглощения,

наведенного в оптических элементах измерительной схемы тормозным рентгеновским излучением электронного пучка накачки, эффективный коэффициент усиления £эффе1П. составил от 0.4x10"3 до 2х10"3 см"1.

Публикации автора по теме диссертации

1. V.D. Zvorykin, N.V. Didenko, A. A. Ionin, I.V. Kholin, A.V. Konyashenko, O.N. Krokhin, A.O. Levchenko, A.O. Mavritskii, G.A. Mesyats, A.G. Molchanov, M.A. Rogulcv, L.V. Seleznev, D.V. Sinitsyn, S.Yu. Tenyakov, N.N. Ustinovskii, D.A. Zayarnyi, GARPUN-MTW: A hybrid Ti:Sapphire/KrF laser facility for simultaneous amplification of subpicosecond/nanosecond pulses relevant to fast-ignition ICF concept // Laser and Particle Beams. 2007. V. 25(3). P. 435-451.

2. V.D. Zvorykin, S.V. Arlantsev, R.V. Gaynutdinov, I.V. Kholin, A.O. Levchenko, N.N. Mogilenetz, A.G. Molchanov, V.F. Oreshkin, M.A. Rogulev, S.I. Sagitov, A.P. Sergeev, P.B. Sergeev, D.B. Stavrovskii, N.N. Ustinovskii, D.A. Zayarnyi, Quests for Inertial Fusion Energy conducted at GARPUN KrF laser facility // Journal of Physics: Conference Series. 2008. V. 112. paper 032055.

3. A.O. Левченко, В.Д. Зворыкин, C.B. Лихоманова, Н.Н. Устиновский, В.Ф. Штанько, Усиление и генерация излучения на переходе 42Г—>1,22Г молекулы Kr2F в широкоапертурном лазере с накачкой электоронным пучком // Квант. Электроника. 2010. №40(3). С. 203-209.

4. А.О. Levchenko, N.N. Ustinovskii and V.D. Zvorykin, Novel technique for transient absorption probing // Journal of Russian Laser Research. 2010. V. 31(5). P.475-480.

5. A. O. Levchenko, N. N. Ustinovskii, and V. D. Zvorykin, Absorption spectra of e-beam-excited Ne, Ar, and Kr, pure and in binary mixtures // J. Chem. Phys. 2010. V. 133. P. 154301.

6. N.N. Ustinovskii, A.O. Levchenko, and V.D. Zvorykin, Transient absorption and laser gain in e-beam-excited Ar/Kr/NF3(F2 + N2) gas mixtures // Laser and Particle Beams. 2011. V. 29. P. 141-152.

Список литературы цитируемой в автореферате

1. Молчанов А.Г., Теория активных сред эксимерных лазеров // Труды ФИАН. 1986. т. 171. С. 54-127..

2. Эксимерные лазеры /Под ред. Ч. Роудза, -М.: Мир, 1981.

3. Газовые лазеры /Под ред. И. Мак-Даниеля и У.Нигэна -М.: Мир, 1986.

4. Obenschain S.P., Sethian J.D., Schmitt A.J. A Laser Based Fusion Test Facility // Fusion Sci. Tech. 2009. V. 56. № 2. P. 594-603.

5. Molchanov A. G. Short pulse amplification in a KrF-laser and the pctawatt excimer laser problem // J. Phys. IV France. 2006. V. 133. P. 665-668.

6. Зворыкин В.Д., Левченко А.О., Устиновский H.H. Управление протяженными высоковольтными электрическими разрядами в атмосферном воздухе УФ излучением KrF-лазера// Квант. Электроника. 2011. №41 (3), с. 227233.

7. Зворыкин В.Д., Левченко А.О., Устиновский Н.Н., Сметанин И.В. Транспортировка СВЧ излучения в плазменных волноводах скользящих мод // Письма в ЖЭТФ. 2010. Т. 91. в. 5. с. 244-248.

8. В.П. Кандидов, С.А. Шлёнов, О.Г. Косарева, "Филаментация мощного фемтосекундного лазерного излучения", Квант, электроника, 2009, 39 (3), 205228.

9. Коржиманов А.В., Гоносков А.А., Хазанов Е.А., Сергеев A.M. Горизонты петаваттных лазерных комплексов// УФН. 2011. Т. 181, с. 9-32.

10. Moses E.I. Ignition and inertial confinement fusion at the National Ignition Facility // J. Phys.: Conf. Ser. 2010. V. 244. 012006.

11. Quigley G.P., Hughes W.M. The radiative lifetime and quenching of KrF // Appl. Phys. Lett. 1978. V. 32. P. 649.

12. Geohegan D.B., and Eden J.G. Absorption spectrum of Kr2F(42r) in the near ultraviolet and visible (335<lambda<600 nm): Comparison with Kr2F(l(l/2)u) measurements // J. Chem. Phys. 1988. V. 89 (6). P. 3410-3427..

13. Schloss J H, Tran H С and Eden, Photodissociation of Kr2F(42r) in the ultraviolet and near-infrared: Wavelength dependence of KrF (B2E) yield // J. Chem. Phys. 1997. V. 106. P. 5423-28.

14. Greene D.P., McCown A.W. Transient absorption spectroscopy of Kr2F (42Г) //Appl. Phys. Lett. 1989. V. 54. P. 1965-1967.

15. Xu J., Gadomski W., Setser D. W. Electronic quenching rate constants of KrF(B,C) and Kr2F* //J. Chem. Phys. 1993. V. 99. P. 2591-2600.

16. Wadt W. R., Hay P. J. Electronic states of Ar2F and Kr2F // J. Chem. Phys. 1978. V. 68. P. 3850-63.

17. Tittel F.K., Smayling M., Wilson W.L. Blue laser action by the rare-gas halide trimer Kr2F // Appl. Phys. Lett. 1980. V. 37. P. 862-864.

18. Boichenko A. M., Tarasenko V. F., Yakovlenko S. I. Exciplex RareHalide Lasers // Laser Physics. 2000. V. 10. P. 1159-87.

19. Зуев B.C., Канаев А.В., Михеев Л.Д., Ставровекий Д.Б. Исследование люминесценции в области 420 нм при фотолизе KrF2 в смесях с Аг, Кг, N2 // Квантовая электорника. 1981. т. 8. с. 2183 .

20. L. F. Champagne, 'Transient Absorption in UV Spectral Range", in Applied Atomic Collision Physics. Vol. 3, Gas Lasers, edited by E.W. McDaniel & W. L. Nighan, Academic Press, New York, (1982).

21. Jones R. В., Tran H. C., Eden J. G. Photoabsorption of Kr+2 in the ultraviolet: Revisited // J. Chem. Phys. 1995. V. 102. P. 4329-33.

22. Michels H. H., Hobbs R. H., Wright L. A. Electronic structure of the noble gas dimer ions. II. Theoretical absorption spectrum for the A2E+]/2u—>D2E l/2g+ system // J. Chem. Phys. 1979. V. 71. P. 5053-62.

23. Brau С A 1984 Rare Gas Halogen Excimers in Excimer lasers 2nd edn edited by Rhodes Ch K, (New York: Springer).

24. Champagne L F 1982 Transient Absorption in UV Spectral Range in Applied Atomic Collision Physics Vol 3, Gas Lasers, edited by E W McDaniel & W L Nighan (New York: Academic Press).

25. Wadt W. R. The electronic states of Ne2+, Ar2+, Kr2+, and Xe2+. II. Absorption cross sections for the l(l/2)u-*l(3/2)g, l(l/2)g, 2(l/2)g transitions // J. Chem. Phys. 1980. V. 73. P. 3915-26.

26. Collins С. В., Lee F. W. Measurement of the rate coefficients for the bimolecular and termolecular ion-molecule reactions of Ne2+ with selected atomic and molecular species //J. Chem. Phys. 1980. V. 72. P. 5381-89.

27. Арбузов В.И., Волчек А.О., Гусаров А.И., Лисицын В.М., Яковлев В.Ю. Радиационно-индуцированное нестационарное поглощение в многокомпонентных силикатных стеклах // Оптический журнал. 2004. Т. 71. #2.

28. Volchek А. О., et al. Transient optical transmission changes induced by pulsed electron radiation in commercial crown silicate glasses // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Section B. 2003.V. 211. Issue 1. P. 100-106..

29. Левченко A.O., Зворыкин В.Д., Лихоманова C.B., Устиновский Н.Н., Штанько В.Ф. Усиление и генерация излучения на переходе 42Г—>1,22Г молекулы Kr2F в широкоапертурном лазере с накачкой электоронным пучком // Квант. Электроника. 2010. Т. 40 (3). С. 203-209.

Подписано в печать 10.10.2012 г. Формат 60x84/16. Заказ №61. Тираж 50 экз. П.л 1.5. Отпечатано в РИИС ФИАН с оригинал-макета заказчика 119991 Москва, Ленинский проспект, 53. Тел. 499 783 3640

Введение.

Обоснование актуальности темы диссертации.

Цели работы.

Научная новизна.

Практическая ценность.

Характеристика методов исследования.

Краткое содержание работы по

главам.

Защищаемые положения.

Сведения об апробации результатов работы.

1 Обзор литературы.

1.1 Мощные лазерные системы для термоядерного синтеза и усиления ультракоротких импульсов.

1.2 Усиление лазерного излучения на эксимерных молекулах КгР.

1.3 Флюоресценция, нестационарное поглощение и усиление на переходах тримеров Кг2Р.

1.4 Кинетические процессы в эксимерных лазерных средах.

1.4.1 Образование КгР.

1.4.2 Образование Кг2Р.

1.5 Флюоресценция и нестационарное поглощение в смесях благородных газов.

1.5.1 Нестационарное поглощение в чистых аргоне, криптоне и неоне.

1.5.2 Нестационарное поглощение в бинарных смесях благородных газов

2 Флюоресценция и динамика возбужденных молекул КгР и Кг2Р в эксимерной смеси Аг/КГ/Р2.

2.1 Эксимерный лазер «Бердыш» с электронно-пучковой накачкой.

2.2 Обзорный интегральный спектр флюоресценции.

2.3 Методика измерений флюоресценции с калиброванной относительной спектральной чувствительностью.

2.4 Сравнение флюоресценции КгР и Кг2Р при разных длинах активной среды. Расчет концентраций этих молекул.

2.5 Пробные эксперименты по измерению нестационарного поглощения.

2.6 Временная динамика и эффект подавления флюоресценции Кг2Р.

2.7 Выводы.

3 Зондирование активных сред с использованием широкополосного источника на основе лазерной эрозионной плазмы.

3.1 Введение.

3.2 Методика эксперимента.

3.3 Спектры флюоресценции благородных газов.

3.4 Спектры нестационарного поглощения благородных газов.

3.4.1 Поглощение в чистых аргоне и криптоне и в смесях Ar/Kr.

3.4.2 Поглощение в чистом неоне и в смеси Ne/Kr.

3.4.3 Оценка сечения фотопоглощения Rg2+.

3.4.4 Оценка константы тушения Ne2+ криптоном.

3.5 Выводы.

3.6 Спектры флюоресценции и нестационарного поглощения смесей благородных газов с донорами фтора и добавками азота.

3.6.1 Смесь Kr/F2.

3.6.2 Смесь Ar/F2.

3.6.3 Смесь Ar/Kr/F2.

3.6.4 Смесь Ne/Kr/F2.

3.6.5 Смесь Ar/Kr/F2 + Не.

3.6.6 Замена F2 наNF3 и SFö.

3.6.7 Смеси Ar/Kr/F2 + N2.

3.6.8 Смеси Ar/N2, Kr/N2 и Ar/Kr/N2.

3.7 Выводы.

4 Зондирование активной среды излучением лазера на красителе.

4.1 Схема зондирования с внешними зеркалами.

4.2 Эффект наведенного поглощения в оптических элементах.

4.3 Схема зондирования с внутренними зеркалами.

4.4 Измерение усиления на переходе 42Г—>1,22Г молекулы Kr2F.

4.5 Лазерная генерация на переходе 42Г—>1,22Г молекулы Kr2F.

4.6 Обсуждение результатов.

4.7 Перспективы применения перехода 4 Г—>1,2 Г молекулы Kr2F для усиления УКИ.

4.8 Выводы.

Обоснование актуальности темы диссертации

Актуальность работы обусловлена тем, что мощные КгР и КггР усилители обладают рядом преимуществ перед твердотельными системами, и могут составлять им реальную конкуренцию в ряде применений. Преимущества и недостатки КгР и КггР усилителей подробно рассматривается в главе «Обзор литературы», здесь же уместно кратко перечислить лишь наиболее важные из них.

Несмотря на давшою историю исследований эксимерных лазеров, в частности криптон-фторовых, (см. например [1, 2, 3, 4] и ссылки в них), остается ряд неясностей и противоречий в кинетике их активных сред, влиянии наведенного нестационарного поглощения в активной среде на различных возбужденных компонентах и т.д. Новые экспериментальные данные важны для численного моделирования крупномасштабных КгР лазерных драйверов для лазерного термоядерного синтеза (ЛТС) [5, 6, 7, 8] и мощных КггР лазерных систем [9, 10, 11], где они могут составить реальную конкуренцию, а по некоторым параметрам и превосходить твердотельные лазеры.

В контексте ЛТС преимуществами КгР лазеров по сравнению с твердотельными системами являются высокий коэффициент полезного действия, короткая длина волны излучения и возможность работать с частотой повторения импульсов до нескольких Гц с достаточно большим ресурсом непрерывной работы [5]. Быстрое восстановление инверсии населеиностей в КгР усилителях позволяет усиливать цуги импульсов, следующих друг за другом с периодом от 2 не, что, например, делает возможным применение схем углового мультиплексирования усиливаемых пучков. Цуги УКИ с периодом в нескольно не также перспективны для создания в атмосферном воздухе протяженных проводящих плазменных каналов и коммутации длинных электрических (молниевых) разрядов [12], а также направленной передачи СВЧ-излучения по плазменному волноводу [13, 14, 15].

Преимуществами КггР усилителей, помимо уже упомянутой возможности работы с частотой повторения, являются большая ширина спектра усиления и высокая энергия насыщения, сравнимая с энергией насыщения твердотельных усилителей, позволяющие эффективно усиливать УКИ. Полоса усиления тримера Кг2? расположена в видимой (410^-460 им) части спектра, где на сегодняшний день нет мощных твердотельных усилителей. В перспективе возможно получение УКИ петаваттного уровня мощности при использовании КггР усилителей относительно небольшого объема [11]. Однако главным препятствием для практического использования таких усилителей являются малые коэффициенты усиления излучения и наличие в активной среде нестационарного 4 поглощения, природа которого окончательно не ясна, и нуждается в дальнейшем изучении. При этом, исследования механизмов образования и гибели тримера КггР, а также усиления и поглощения на нем, разумеется, ценны и с точки зрения работы ВЫ7 лазера, т.к. Ю^Р является одним из основных компонентов смеси, образующихся под действием накачки в типичных рабочих смесях.

Цели работы

Цели данной работы можно условно разделить на две связанные между собой части.

Первая часть - это экспериментальное исследование кинетики процессов, протекающих в активной среде мощных РМР лазеров с электронно-пучковой накачкой и получение новых (уточненных) данных об этих процессах, которые могут быть применены в численном моделировании таких лазеров. В этой части целями работы являются:

- Исследование флюоресценции и нестационарного поглощения в благородных газах №, Аг, Кг, которые могут входить в состав типичных лазерных смесей.

- Исследование нестационарного поглощения во фторсодержащих смесях Аг/Кг/Бг типичных для мощных КгБ лазеров с целью надежной идентификации поглощающих агентов, исследование бинарных смесей Аг и Кг с Бг.

2 2

Вторая часть - это изучение возможности применения перехода КггР(4 Г—>1,2 Г) для усиления лазерных импульсов. В этой части целями работы является:

- исследование каналов образования КггР в типичных эксимерных смесях.

- исследование нестационарного поглощения, препятствующего усилению излучения 9 и лазерной генерации на переходе КггР(4 Г—>1,2 Г), с целью его идентификации, изучение способов его уменьшения применительно к широкоапертурным лазерам с электронно-пучковой накачкой.

- исследование влияния добавок азота к рабочей смеси на кинетические процессы и на усиление излучения на переходе КггР(42Г—>1,22Г) в широкоапертурных лазерных усилителях.

- измерение усиления на этом переходе и получение на нем лазерной генерации при параметрах, типичных для широкоапертурных эксимерных усилителей с электронно-пучковой накачкой.

Научная новизна

1. Экспериментально показано, что при параметрах, типичных для мощных КгБ лазеров с электронно-пучковой накачкой канал образования КггР через КгР не является определяющим. Найдено соотношение концентраций молекул КггР и КгР в смеси Аг/Кг/Рг, и оценена соответствующая величина коэффициента усиления на переходе КггР (42Г—>1,22Г).

2. Обнаружено, что в смеси №/Кг, в отличие от прочих бинарных смесей благородных газов, при дезактивации молекулярных ионов не происходит передача энергии к более тяжелому газу с образованием гомоядерного молекулярного иона Кгг+, ответственного за нестационарное поглощение в синей области спектра. Уточнена общая константа скорости тушения №г+ в смеси Ые/Кг.

3. Идентифицировано широкополосное нестационарное поглощение с максимумом на длине волны ~310 нм, возникающее в рабочей смеси КгР лазера под действием

У "У накачки, и препятствующее усилению излучения на переходе КггР (4 Г—>1,2 Г). Показано,

2 2 что оно в основном обусловлено переходом (9 Г*—4 Г) той же молекулы. При добавлении к рабочей смеси азота или при использовании вместо Рг получено широкополосное

2 2 усиление и лазерный эффект на переходе КггР (4 Г—»1,2 Г) при параметрах, типичных для мощных КгР лазеров с электронно-пучковой накачкой.

Практическая ценность

Экспериментальные данные по спектрам нестационарного поглощения фторсодержащих эксимерных смесей, а также измеренные в работе соотношения концентраций КгР и КггР, могут быть использованы для сравнения с результатами численного моделирования кинетических процессов, протекающих в активной среде мощных КгР лазеров под действием электронно-пучковой накачки с целыо проверки и уточнения моделей.

Продемонстрированное в работе усиление излучения и лазерный эффект на

2 2 широкополосном переходе Кг2? (4 Г—>1,2 Г) может быть использовано для создания широкоапертурных усилителей ультракоротких импульсов видимого диапазона спектра с электронно-пучковой накачкой.

Характеристика методов исследования

Исследования в рамках данной работы проводились в лаборатории газовых лазеров ОКРФ ФИАН на лазерном усилителе с электронно-пучковой накачкой «Бердыш», имеющем параметры, типичные для мощных широкоапертурных КгР усилителей.

На этой установке проводились измерения спектров флюоресценции различных смесей благородных газов с донорами фтора в различных комбинациях в УФ и видимом диапазонах спектра, как с временным разрешением, так и без него. Отличительной особенностью этих экспериментов является то, что впервые для измерения спектра флюоресценции типичной смеси Аг/Кг/Тг применялась схема с калиброванной относительной спектральной чувствительностью, что позволило количественно сравнивать относительные интенсивности различных полос, и, следовательно, концентрации соответствующих возбужденных компонентов в смеси.

Для измерений нестационарного поглощения и усиления в исследуемых смесях применялись взаимодополняющие методики зондирования активной среды излучением различных источников.

Зондирование излучением капиллярного электрического разряда позволяло измерять нестационарное поглощение на любой выбранной длине волны с временным разрешением. Недостатком данной методики является то, что для построения спектра нестационарного поглощения в широком диапазоне и с относительно высоким спектральным разрешением необходимо произвести большое число импульсов накачки, что затруднительно для установки «Бердыш», способной производить лишь один импульс за несколько минут.

Для устранения этого недостатка была разработана методика зондирования активной среды импульсным широкополосным излучением эрозионной лазерной плазмы, которую можно указать в качестве другой отличительной особенности данной работы. За один импульс накачки эта методика позволяла записать спектр нестационарного поглощения смеси в диапазоне от 200 до 500 нм со спектральным разрешением порядка 0,1 нм. Временное разрешение определялось длительностью импульса зондирующего излучения, и составляло порядка 100 не, что сравнимо с длительностью накачки. Эта методика позволила набрать уникально большой массив экспериментальных данных по спектрам нестационарного поглощения различных смесей в УФ и видимом диапазоне за относительно небольшое число импульсов накачки, которое обычно является лимитирующим фактором для больших установок. Среди недостатков данной методики можно указать невысокую точность измерения малых коэффициентов поглощения или усиления из-за нестабильности мощности зондирующего излучения.

Для преодоления этой трудности в перспективном для лазерного усиления диапазоне длин волн применялось зондирование исследуемых смесей излучением лазеров на красителях. Малая лазерная расходимость зондирующего излучения в данных экспериментах позволила применить многопроходовую схему зондирования, и, следовательно, более точно измерять малые величины коэффициентов нестационарного поглощения и усиления.

Краткое содержание работы по главам

В первой обзорной главе обосновывается актуальность проводимых исследований с учетом современного уровня знаний в данной области. Анализируются применения КгР лазеров, их достоинства и недостатки по сравнению с другими мощными лазерами. Проводится анализ литературных данных, касающихся возбужденного тримера КггР, кратко описываются известные из литературы свойства молекул КгР и Кг2Р и механизмы их образования. Анализируются литературные данные, касающиеся нестационарного поглощения на различных возбужденных компонентах эксимерных лазерных смесей, образующихся в процессе накачки. Проводится оценка перспектив практического использования возбужденного тримера Кг2Р для усиления лазерных импульсов, в т.ч. ультракоротких. Анализируются литературные данные, касающиеся флюоресценции и нестационарного поглощения в чистых благородных газах и их смесях, что имеет важное значение для понимания кинетики процессов, происходящих в лазерных смесях под действием накачки. Делаются выводы о существующих неточностях, противоречиях, либо пробелах в литературных данных.

Во второй главе описывается лазерный усилитель с электронно-пучковой накачкой «Бердыш», на котором проводились все эксперименты в рамках данной работы. Приводится обзорный интегральный спектр флюоресценции типичной лазерной смеси Аг/Кг/Тг, а также спектры, полученные в схеме с калиброванной относительной спектральной чувствительностью и с временным разрешением. На основании полученных спектров и известных радиационных времен жизни молекул КгР и Кг2Р проводится расчет отношения их концентраций, и оцениваются концентрация и коэффициент усиления слабого сигнала на переходе Кг2Р(42Г—> 1,22Г). На основании измерений с временным разрешением оценивается эффективное время жизни молекулы

Кг2Р(4Т) в типичной лазерной смеси с учетом всех тушений. Описываются пробные эксперименты по зондированию активной среды излучением капиллярного разряда, приводится спектр нестационарного поглощения смеси, построенный по точкам для дискретных длин волн зондирующего излучения. Описываются эксперименты по подавлению флюоресценции перехода Кг2р(42Г—*1,22Г) усиленным излучением перехода КгР(В-^Х), делаются выводы о причинах эффекта подавления, о механизмах образования молекул Кг2Р(42Г), оценивается сверху сечение фотоионизации молекулы Кг2Р(42Г) излучением перехода КгР(В—>Х).

В третьей главе описывается оригинальная методика зондирования активной среды излучением эрозионной лазерной плазмы и результаты, полученные с ее помощью. В частности, приводятся и анализируются спектры поглощения в чистых благородных газах Аг, Кг, и в их смесях. Впервые отмечено нетипичное для бинарных смесей поведение спектров поглощения в смеси Ые/Кг, где не наблюдалось образования молекулярных ионов более тяжелого газа - Кг2+. Па основании полученных экспериментальных данных рассчитываются сечения фотопоглощения на молекулярных ионах благородных газов здесь и далее это химический символ инертного газа), которые согласуются с проведенными ранее в литературе теоретическими расчетами для этих величин.

Также в третьей главе приводятся результаты измерений спектров флюоресценции и нестационарного поглощения во фторсодержащих эксимерных смесях Аг/Рг, Кг/Рг, Аг/Кг/Р2, Ие/Кг/Т^ , Аг/Кг/Р2 + Не при различных давлениях и соотношениях компонентов, делаются выводы о поглощающих агентах в этих смесях и предположения о механизмах образования молекул КгР и Кг2Р. Исследуется эффект от замены Рг на №3 и БРб и эффект от добавок к типичной смеси Аг/Кг/Р2 азота, демонстрируется тушение нестационарного поглощения азотом, делаются предположения относительно механизмов этих эффектов. Приводятся спектры, демонстрирующие усиление пробного сигнала на переходе Кг2р(42Г—>1,22Г). Также демонстрируется тушение нестационарного поглощения в Аг, Кг, и в смеси Аг/Кг азотом, делаются выводы о возможных механизмах этого процесса.

В четвертой главе описываются эксперименты по многопроходовому зондированию активной среды излучением лазеров на красителях с целыо более точного измерения

Л Л малой величины коэффициента усиления на переходе Кг2Р(4 Г—>1,2 Г), а также получение лазерной генерации на этом переходе. Па основании экспериментов по многопроходовому зондированию делается вывод о существенном влиянии на измеряемую величину усиления нестационарного поглощения, наведенного в оптических элементах схемы рентгеновским излучением и рассеянными электронами накачки. Оценивается величина этого наведенного поглощения, характерная для установки «Бердыш», обсуждается его релаксация со временем. Для измеренного усиления рассчитываются истинные значения коэффициента усиления с учетом поправки на наведенное поглощение с разными скоростями релаксации. В заключение, предлагается схема мощного широкоапертурного усилителя на переходе Кг2Р(42Г—>1,22Г), в котором отсутствует негативное влияние наведенного поглощения, оцениваются его предельно достижимые характеристики.

Защищаемые положения

1. При параметрах, характерных для мощных KrF усилителей с электронно-пучковой накачкой, концентрация возбужденных молекул КьР (42Г) в смеси Аг/Кг/Рг в несколько раз превышает концентрацию молекул KrF(B).

2. Основным фактором, препятствующим эффективному усилению излучения на

9 7 переходе Kr2F(4 F—>1,2 Г) в синей области спектра, является возникающее под действием накачки широкополосное нестационарное поглощение на переходе той же молекулы K12F (92Г*—42Г).

3. Использование смесей Ar/Kr/F2 с добавками азота или с трифторидом азота вместо F2 позволяет уменьшить нестационарное поглощение в смеси, в результате чего усиление

У О на переходе KJ2F (4 Г—>1,2 Г) начинает превалировать над ним. При этом эффективный л « коэффициент усиления имеет величину порядка 10 см" .

4. В смеси Ne/Kr, в отличие от других бинарных смесей благородных газов, не происходит образования гомоядерного молекулярного иона более тяжелого газа Кг2+, ответственного за широкополосное поглощение в видимом диапазоне.

Свсдсння об апробации результатов работы

Результаты работы докладывались диссертантом на следующих международных и российских научных конференциях и школах:

1. Российский Научный Форум «Демидовские Чтения», 25 февраля - 6 марта 2006, Москва - Екатеринбург - Томск, доклад «Динамика флюоресценции и поглощения излучения в эксимерных смесях Ar/Kr/F2 в видимой и УФ областях спектра при возбуждении электронным пучком», опубликовано в тезисах конференции, с. 69.

2. XVII International Symposium on Gas Flow and Chemical Lasers & High Power Lasers, 15-19 September 2008, Lisbon, Portugal, доклад "Fluorescence and transient absorption spectra of excimer laser mixtures", опубликовано в тезисах конференции Program and Abstracts, paper CP 03; Proc. SPIE, vol. 7131, 71311A (2008); doi:10.1117/12.817515.

3. II Всероссийская школа по лазерной физике и лазерным технологиям, 22-25 апреля 2008 г., Саров, доклад "Спектры флюоресценции и нестационарного поглощения лазерных эксимерных смесей на основе благородных газов, азота и галогенов", опубликовано в Сборнике докладов, с.247-250.

4. Конференция "High-Power Lasers" в рамках международного симпозиума Photonics Europe (ЕРЕ10), 12-16 April 2010, Brussels, Belgium, доклад "Broadband amplification at Kr2F trimer transition for short-pulse high-power laser applications.", опубликовано в тезисах конференции Proc. SPIE 7721, 77211Н (2010); doi:10.1117/12.854593.

5. XIII Школа молодых ученых «Актуальные проблемы физики», 14-18 ноября 2010, Звенигород, доклад «Нестационарное поглощение и флюоресценция благородных газов и эксимерных смесей», опубликовано в Сборнике трудов, с. 30-35.

Также, результаты работы опубликованы в ряде периодических изданий, входящих в диссертационный перечень ВАК, ссылки на которые приведены ниже:

1. V.D. Zvorykin, N.V. Didenko, A.A. Ionin, I.V. Kholin, A.V. Konyashenko, O.N. Krokhin, A.O. Levchenko, A.O. Mavritskii, G.A. Mesyats, A.G. Molchanov, M.A. Rogulev, L.V. Seleznev, D.V. Sinitsyn, S.Yu. Tenyakov, N.N. Ustinovskii, D.A. Zayarnyi, GARPUN-MTW: A hybrid Ti:Sapphire/KrF laser facility for simultaneous amplification of subpicosecond/nanosecond pulses relevant to fast-ignition ICF concept // Laser and Particle Beams. 2007. V. 25(3). P. 435-451.

2. V.D. Zvorykin, S.V. Arlantsev, R.V. Gaynutdinov, I.V. Kholin, A.O. Levchenko, N.N. Mogilenetz, A.G. Molchanov, V.F. Oreshkin, M.A. Rogulev, S.I. Sagitov, A.P. Sergeev, P.B. Sergeev, D.B. Stavrovskii, N.N. Ustinovskii, D.A. Zayarnyi, Quests for Inertial Fusion Energy conducted at GARPUN KrF laser facility // Journal of Physics: Conference Series. 2008. V. 112. paper 032055.

3. A.O. Левченко, В.Д. Зворыкин, С.В. Лихоманова, Н.Н. Устиновский,

Л 'У

В.Ф. Штанько, Усиление и генерация излучения на переходе 4 Г—>1,2 Г молекулы K^F в широкоапертурном лазере с накачкой электоронным пучком II Квант. Электроника. 2010. №40(3). С. 203-209.

4. А.О. Levchenko, N.N. Ustinovskii and V.D. Zvorykin, Novel technique for transient absorption probing // Journal of Russian Laser Research. 2010. V. 31(5). P.475-480.

5. A. O. Levchenko, N. N. Ustinovskii, and V. D. Zvorykin, Absorption spectra of e-beam-excited Ne, Ar, and Kr, pure and in binary mixtures // J. Chem. Phys. 2010. V. 133. P. 154301.

6. N.N. Ustinovskii, A.O. Levchenko, and V.D. Zvorykin, Transient absorption and laser gain in e-beam-excited Ar/Kr/NF3(F2 + N2) gas mixtures // Laser and Particle Beams. 2011. V. 29. P. 141-152.

При этом результаты данной работы наиболее полно представлены в четырех последних публикациях.

За цикл из шести публикаций и выступлений на конференциях из числа перечисленных выше диссертанту была присуждена премия им. Н.Г.Басова УНК ФИАН за 2010 год.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

4.8 Выводы

В ходе проведенных экспериментов, описанных в Главе 4 было показано, что существенным фактором, препятствующим получению лазерной генерации и эффективному усилению импульсов на переходе 42Г—*1,22Г молекулы Кг2Р является поглощение, наведенное в оптических элементах рентгеновским излучением и рассеянными электронами накачки. Это нестационарное поглощение, наряду с л л нестационарным поглощением на переходе Кг2Р (9 Г<—4 Г) позволяет развиваться лазерной генерации только после окончания накачки.

В смеси Аг/Кг/ЫРз с давлениями компонентов 1,64/0,16/0,0056 атм был измерен коэффициент усиления излучения на переходе 42Г—>1,22Г молекулы Кг2Р в полосе длин волн 456+464 нм, соответствующей наибольшему усилению. Максимальное измеренное значение, составляющее gmeas=2,5x\0~4 см'1, достигается через -90 не после начала накачки (т.е. на ее заднем фронте) и соответствует максимуму импульса флюоресценции этого перехода. С учетом поправки на наведенное поглощение в оптических элементах, измеренное через -600 не после начала накачки, эффективный коэффициент усиления составил Эффект = (6±2)х10"4 см"1, что дает нижнюю оценку этой величины.

Согласно литературным данным наведенное поглощение к моменту времени /-600 не спадает в к=2+5 раз. С поправкой на такую релаксацию наведенного поглощения

3 1 значение эффективного коэффициента усиления составляет Эффект = (1+2)х10" см" . Эта величина является оценкой сверху, и близка к оценке коэффициента усиления слабого сигнала на переходе Кг2Р(42Г—*1,22Г) из предыдущих измерений и расчетов А.Г. Молчанова [11]. Приведенные значения получены для удельной мощности накачки -0,65 МВт/см3, характерной для широкоапертурных эксимерных усилителей, что определяет их прикладную ценность.

Показано, что в смеси Аг/Кг/ИРз имеет место сильное поглощение, накапливающееся от импульса к импульсу, и имеющее время жизни порядка 20±10 минут. Это поглощение может быть обусловлено как долгоживущим наведенным в оптических элементах поглощением, так и поглощением в смеси, например, на продуктах распада №3.

Также при параметрах, типичных для широкоапертурных усилителей, была получена лазерная генерация на переходе 4 Г—>1,2 Г молекулы Кг2Р в полосе длин волн 456±4,8 нм, причем она развивалась на спаде накачки вблизи максимума флюоресценции на этом переходе.

Предложена схема лазерного усилителя на Кг2Р с электронно-пучковой накачкой, позволяющая избежать негативного влияния наведенного поглощения и загрязнения смеси. При этом, в принципе возможна реализация режима работы установки с частотой -5 Гц [5, 6], а также масштабирование апертуры усилителя до величин -50 см.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В ходе работы исследованы флюоресценция и нестационарное поглощение (усиление) во фторсодержащих эксимерных смесях и в благородных газах при давлениях, составах смеси, и параметрах электронно-пучковой накачки, характерных для мощных широкоапертурных КгР усилителей - энергия электронного пучка накачки 900 Дж, пиковая плотность тока 50 А/см2, длительность импульса по полувысоте 90 не, удельная мощность накачки -0,7 МВт/см , давление газовой смеси до 2,5 атм. Результаты экспериментов, проведенных в рамках данной работы, и выводы, сделанные на их основании, подробно описаны в разделах 2.7, 3.5, 3.7 и 4.8. Ниже перечислены основные научные результаты данной работы.

1. Экспериментально показано, что при параметрах, типичных для мощных КгР лазеров с электронно-пучковой накачкой канал образования Кг2Р через КгР не является определяющим. На основании сравнения интенсивностей флюоресценции в схеме измерений с калиброванной относительной спектральной чувствительностью оценено соотношение пиковых концентраций молекул Кг2Р и КгР в типичной для КгР лазера с электронно-пучковой накачкой смеси Аг/Кг/Тг, которое составило ^Кг2Р-~б±0,5 .

2 2

Соответствующая величина коэффициента усиления на переходе

Кг2Р (4 Г—>1,2 Г)

-0,0042 см"1.

2. С помощью разработанной методики зондирования возбужденной среды излучением эрозионной лазерной плазмы получены спектры нестационарного поглощения в благородных газах N6, Аг и Кг и их смесях в диапазоне от 200 до 500 нм. Оценены сечения широкополосного поглощения молекулярных ионов на длинах волн X = 285, 295 и 320 нм, соответствующих максимумам поглощения: сттах(Ме2+)=(2±0,2)-10'17, сттах(Аг2+)=(1±0,3)-10"16 и сттах(Кг2+)=(6±0,5> 10"17 см2 . Обнаружено, что в смеси Ые/Кг отсутствует полоса поглощения, принадлежащая Кг2+. В отличие от прочих бинарных смесей в ней при дезактивации молекулярных ионов не образуются гомоядерные молекулярные ионы Кг2+. Уточнена общая константа скорости тушения №2+ в смеси Ые/Кг /?=(2±0,5)х 10"30 см6/с.

3. Показано, что нестационарное поглощение, препятствующее усилению излучения на переходе 42Г—>1,22Г в смеси Аг/Кг/172, в основном обусловлено переходом (92Г<—42Г) молекулы КггР. Малые добавки азота или использование №3 вместо Рг приводят к изменению баланса усиления и поглощения и к появлению широкополосного (от 410 до

3 1

500 нм) усиления порядка 10" см" . Получен лазерный эффект на переходе Кг2?(42Г—>1,22Г).

9 9

4. Максимальный коэффициент усиления излучения на переходе 4 Г—>1,2 Г молекулы КггР в диапазоне длин волн 456+464 нм, измеренный при многопроходовом зондировании активной среды Аг/Кг/ИРз излучением лазера на красителе составил

-4 1

2,5хЮ см" . С учетом нестационарного поглощения, наведенного в оптических элементах измерительной схемы тормозным рентгеновским излучением электронного л пучка накачки, эффективный коэффициент усиления ^эффект составил от 0.4x10* о 1 до2x10" см".

БЛАГОДАРНОСТИ

Автор считает своим приятным долгом выразить благодарности всем кто способствовал написанию данной работы.

В первую очередь, научному руководителю Владимиру Дмитриевичу Зворыкину, а также Николаю Николаевичу Устиновскому, принимавшим непосредственное участие во всех этапах работы, в соавторстве с которыми опубликованы все научные материалы по данной теме. Александру Георгиевичу Молчанову, к сожалению безвременно ушедшему из жизни, за инициирование данной работы, а также за консультации и обсуждение ранних результатов работы. Леониду Дмитриевичу Михееву за обсуждение работы и конструктивные замечания по существу. Павлу Борисовичу Сергееву за прочтение работы и критические замечания. Игорю Васильевичу Холину и Дмитрию Альбертовичу Заярному за подготовку первых экспериментов и участие в них. Владимиру Андреевичу Петухову за помощь в создании лазера на красителе. Андрею Алексеевичу Ионину и всем сотрудникам, аспирантам и студентам Лаборатории газовых лазеров ОКРФ ФИАН за моральную поддержку и дружескую атмосферу в коллективе.

1. Молчанов А.Г., Теория активных сред эксимерных лазеров // Труды ФИАН. 1986. т. 171. С. 54-127.

2. Эксимерные лазеры /Под ред. Ч. Роудза, -М.: Мир, 1981.

3. Газовые лазеры /Под ред. И. Мак-Даниеля и У.Нигэна -М.: Мир, 1986.

4. Сергеев П.Б. Особенности работы KrF-, ArF- и XeOl-лазеров с электронно-пучковым возбуждением в режимах высоких удельных параметров накачки // Диссертация кандидата физико-математических наук . 1989. АН СССР. Физ. институт им. П. Н. Лебедева.

5. Obenschain S. P., Colombant D. G.,Schmitt A. J., and Sethian J. D., Pathway to a lower cost high repetition rate ignition facility // Physics of Plasmas. 2006. V. 13. P. 056320.

6. Obenschain S.P., Sethian J.D., Schmitt A.J. A Laser Based Fusion Test Facility // Fusion Sci. Tech. 2009. V. 56. № 2. P. 594-603.

7. Sethian J.D., Friedman M., Jiuliani Jr. J.L., et. al Electron beam pumped KrF lasers for Fusion Energy // Phys. of Plasmas. 2003. V. 10. P. 2142-2146.

8. Sangster T.C., McCrory R.L., Goncharov V.N., et. al. Overview of inertial fusion research in the United States // Nucl. Fusion. 2007. V. 47. P. S686-S695.

9. Басов Н.Г., Зуев B.C., Канаев A.B., Михеев Л.Д., Ставровский Д.Б. Лазерная генерация на трехатомном эксимере Kr2F при оптической накачке // Квантовая электорника. 1980. т. 7. с. 2660.

10. Зуев B.C., Канаев А.В., Михеев Л.Д., Ставровский Д.Б. Исследование люминесценции в области 420 нм при фотолизе KrF2 в смесях с Аг, Кг, N2 // Квантовая электорника. 1981. т. 8. с. 2183 .

11. Molchanov A. G. Short pulse amplification in a KrF-laser and the petawatt excimer laser problem //J. Phys. IV France. 2006. V. 133. P. 665-668.

12. Зворыкин В.Д., Левченко A.O., Устиновский H.H. Управление протяженными высоковольтными электрическими разрядами в атмосферном воздухе УФ излучением KrF-лазера // Квант. Электроника. 2011. №41 (3), с. 227-233.

13. Зворыкин В.Д., Левченко А.О., Молчанов А.Г., Сметании, И.В., Устиновский Н.Н. Каналирование СВЧ-энергии в плазменных волноводах, создаваемых в атмосфере мощным уф лазером // Краткие Сообщения по Физике. 2010. Т. 37. № 2. с. 49-56.

14. Зворыкин В.Д., Левченко А.О., Устиновский Н.Н., Сметанин И.В. Транспортировка СВЧ излучения в плазменных волноводах скользящих мод // Письма в ЖЭТФ. 2010. Т. 91. в. 5. с. 244-248.

15. Chateauneuf М., Payeur S., Dubois J., Kieffer J.-C. Microwave guiding in air by a cylindrical filament array waveguide // Appl. Phys. Lett. 2008. 92. 091104.

16. Strickland D., Mourou G. Compression of amplified chirped optical pulses // Opt. Comm. 1985. V. 56. P. 219-221.

17. Коржиманов A.B., Гоносков А.А., Хазанов E.A., Сергеев A.M. Горизонты петаваттных лазерных комплексов// УФН. 2011. Т. 181, с. 9-32.

18. Moses E.I. Ignition and inertial confinement fusion at the National Ignition Facility // J. Phys.: Conf. Ser. 2010. V. 244. 012006.

19. Town, R.P., Rosen, M.D., Michel, et. al. Analysis of the National Ignition Facility ignition hohlraum energetic experiments // Phys. Plasmas. 2011. V. 18. P. 056302.

20. Foldes I.В., Szatmari, S. On the use of KrF lasers for fast ignition // Laser and Particle Beams. 2008. V. 26.1. 4. P. 575-582.

21. В.П. Кандидов, C.A. Шлёнов, О.Г. Косарева, Филаментация мощного фемтосекундного лазерного излучения // Квант, электроника. 2009. Т. 39 (3). С. 205-228 .

22. Tilleman М.М., Jacob J.H. Short Pulse Amplification in the Presence of Absorption // Appl.Phys.Lett. 1987. V. 50. P. 121.

23. Rosocha L.A., Bowling P.S., Burrows M.D., et al. An overview of Aurora: a multi-kilojoule KrF laser system for inertial confinement fusion // Laser and Particle Beams. 1986. V. 4.1. 01. P. 55-70.

24. Divall E.J., Edwards C.B., Hirst G.J., et al. Titania- а Ю20 Wcm'2 ultraviolet laser // J. Mod. Opt. 1996. 43. P. 1025.

25. Shaw M.J., Ross I.N., Hooker C.J. Ultrahigh-brightness KrF laser system for fast ignition studies // Fusion Engineering and Design. 1999. V. 44, P. 209.

26. Owadano Y., Okuda I., Matsushima E. KrF Laser Program at AIST // in Inertial Fusion Sciences and Applications 2001. (Tanaka K.A., Meyerhofer D.D., Meyer-ter-Vehn J. Eds.), P. 465-469. Elsevier 2001.

27. Зворыкин В.Д., Лебо И.Г., Розанов В.Б. О возможности создания источника термоядерных нейтронов на основе KrF лазера // КСФ ФИАН. 1997. №9-10. С. 20.

28. Lehmberg R.H., Giuliani J.L., Schmitt A.J. Pulse shaping and energy storage capabilities of angularly multiplexed KrF laser fusion drivers // J. Appl. Phys. 2009. V. 106. 023103.

29. Basov N.G., Gus'kov S.Yu., Feoktistov L.P. Thermonuclear gain of ICF targets with direct heating of the ignitor // J. Soviet Laser Res. 1992. V. 13. P. 396.

30. Shcherbakov V.A. Ignition of a laser-fusion target by a focusing shock wave // Sov. J. Plasma Phys. 1983. №9. P. 240.

31. Басов Н.Г., Данилычев В.А., Долгих B.A., и др. Новые эксимерные полосы излучения галоидов инертных газов // Письма в ЖЭТФ. 1977. № 26. 1. с. 20-23.

32. Geohegan D.B., and Eden J.G. Absorption spectrum of Kr2F(42T) in the near ultraviolet and visible (335<A,<600 nm): Comparison with Kr2F(l(l/2)u) measurements // J. Chem. Phys. 1988. V. 89 (6). P. 3410-3427.

33. Schloss J H, Tran H С and Eden, Photodissociation of Kr2F(42r) in the ultraviolet and near-infrared: Wavelength dependence of KrF (B2S) yield // J. Chem. Phys. 1997. V. 106. P. 5423-28.

34. Quigley G.P., Hughes W.M. The radiative lifetime and quenching of KrF // Appl. Phys. Lett. 1978. V. 32. P. 649.

35. Kimura W.D., Salesky E.T. KJ2F* fluorescence measurements of electron beam pumped KrF laser mixtures // Appl. Phys. Lett. 1986. V. 48. P. 897-899.

36. Tittel F.K., Smayling M., Wilson W.L. Blue laser action by the rare-gas halide trimer Kr2F // Appl. Phys. Lett. 1980. V. 37. P. 862-864.

37. Zvorykin V.D, Kholin I.V., Levchenko A.O., et al. Fluorescence and transient absorption spectra of Ar/Kr/F2 mixtures excited by e-beam // Proc. SPIE. 2006. V. 6346, 63462U.

38. Wadt W. R., Hay P. J. Electronic states of Ar2F and Kr2F // J. Chem. Phys. 1978. V. 68. P. 3850-63.

39. Wadt W. R. The electronic states of Ne2+, Агг+, Кгг+, and Xe2+. II. Absorption cross sections for the l(l/2)u->l(3/2)g, l(l/2)g, 2(l/2)g transitions // J. Chem. Phys. 1980. V. 73. P. 3915-26.

40. Tellinghuisen J 1982 Excimer Lasers in Applied Atomic Collision Physics Vol 3, Gas Lasers, edited by E W McDaniel & W L Nighan (New York: Academic Press).123

41. Greene D.P., McCown A.W. Transient absorption spectroscopy of Kr2F (4 Г) // Appl. Phys. Lett. 1989. V. 54. P. 1965-1967.

42. Xu J., Gadomski W., Setser D. W. Electronic quenching rate constants of KrF(B,C) and Kr2F* // J. Chem. Phys. 1993. V. 99. P. 2591-2600.

43. Zvorykin V.D., Arlantsev S.V., Gaynutdinov R.V., et al. Quests for Inertial Fusion Energy conducted at GARPUN KrF laser facility // J of Phys.: Conf. Series. 2008. V. 112. P. 032055.

44. Levchenko A.O., Ustinovskii N.N., Zvorykin V.D. Fluorescence and transient absorption spectra of excimer laser mixtures // Proc. SPIE. 2008. V. 7131. 71311 A.

45. Zvorykin V.D., Arlantsev S.V., Bakaev V.G., et al. Characterization of bremsstrahlung X-ray emission as a reason for optics degradation at rep-rate e-beam-pumped KrF laser driver in IFE application // Proc. of SPIE. V. 5120. P. 223-226.

46. Zavadovskaya E. K., Lisitsyn V. M., Baranov A. I., Fedorov V. A., and Stepanov V. G. Radiation-induced transformation of defects in CaP2, SrF2, and BaF2 // Springer New York. 1973. V. 16. N. 2, p. 229-231.

47. Gusarov A., Doyle D., Glebov L., Berghmans F. Comparison of radiation-induced transmission degradation of borosilicate crown optical glass from four different manufacturers // Proc. of SPIE. 2005. V. 5897. p. 58970I-1-58970I-8.

48. Ebendorff-Heidepriem H., Ehrt D., Radiation induced defects in eurupium and terbium doped glasses, Proc. Int. Congr. Glass, Edinburgh, Scotland, 1-6 July 2001, p. 891-892.

49. Nizovtsev V. V., Shishmentseva Ё. V., Kuz'min M. G., Prasolov A. P. and Solinov V. P. Spectral kinetic characteristics of photochromic sodium silicate glasses // Journal of Applied Spectroscopy. 1973. V. 18. N. 2. p. 252-253.

50. Swyler K. J., Hardy W. H., II, and Levy P. W. Radiation induced coloring of glasses measured during and after electron irradiation // IEEE Transactions on Nuclear Science. 1975. V. 22.1. 6. p. 2259-2264.

51. Арбузов В.И., Волчек А.О., Гусаров А.И., Лисицын В.М., Яковлев В.Ю. Радиационно-индуцированное нестационарное поглощение в многокомпонентных силикатных стеклах // Оптический журнал. 2004. Т. 71. #2.

52. Volchek А. О., et al. Transient optical transmission changes induced by pulsed electron radiation in commercial crown silicate glasses // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Section B. 2003.V. 211. Issue 1. P. 100-106. .

53. Газовые лазеры /Под ред. И. Мак-Даниеля и У.Нигэна -М: Мир, 1986, Эксимерные лазеры /Под ред. Ч. Роудза, -М.: Мир, 1981.

54. Brau С А 1984 Rare Gas Halogen Excimers in Excimer lasers 2nd edn edited by Rhodes Ch K, (New York: Springer).

55. Boichenko A. M., Tarasenko V. F., Yakovlenko S. I. Exciplex RareHalide Lasers // Laser Physics. 2000. V. 10. P. 1159-87.

56. Mandl A., Hyman H. A. N2 excited state absorption in XeF lasers // Appl. Phys. Lett. 1986. V. 49. P. 841-3.

57. Huestis D. L, Marowsky G. and Tittel F. K. 1984 Triatomic Rare-Gas-Halide Excimers in Excimer lasers 2nd edn edited by Rhodes Ch K, (New York: Springer).

58. Chantry P. J. 1982 "Negative ion formation in gas lasers, " in Applied Atomic Collision Physics Vol 3, Gas Lasers, edited by E W McDaniel & W L Nighan (New York: Academic Press).

59. Rokni M and Jacob J H 1982 Rare Gas-Halide Lasers? in Applied Atomic Collision Physics Vol 3, Gas Lasers, edited by E W McDaniel & W L Nighan (New York: Academic Press).

60. Shaw M. J., Jones J. D. C. Measurements of some reaction rates of importance in KrF lasers // Appl. Phys. 1977. V. 14. P. 393-398.

61. Miller M., Friedman J. F., Miller A. E. S., Paulson J. F. Thermal electron attachment to NF3, PF3, and PF5 // International Journal of Mass Spectrometry and Ion Processes. 1995. V. 149-150. P. 111-121.

62. Sauerbrey R., Tittel F. K., Wilson W. L. Jr., Nighan W. L. Effect of nitrogen on XeF(C—>A) and Xe2Cl laser performance // IEEE J.QE. 1982. V. 18. P. 1336-40.

63. L. F. Champagne, "Transient Absorption in UV Spectral Range", in Applied Atomic Collision Physics. Vol. 3, Gas Lasers, edited by E.W. McDaniel & W. L. Nighan, Academic Press, New York, (1982).

64. C.K. Rhodes (Ed.): Excimer Lasers Topics in Applied Physics, Vol. 30,2nd.

65. Champagne L F 1982 Transient Absorption in UV Spectral Range in Applied Atomic Collision Physics Vol 3, Gas Lasers, edited by E W McDaniel & W L Nighan (New York: Academic Press).

66. Birot A., Brunet PI., Galy J., Millet P., and Teyssier J. L. Continuous emissions of argon and krypton in the near ultraviolet // J. Chem. Phys. 1975. V. 63. P. 1469.

67. Salamero Y., Birot A., Brunet H., Galy J., Millet P. and Montagne J. P. Spectroscopic and kinetic studies of the VUV emissions of krypton // J. Phys. B: Atom. Mol. Phys. 1979. V. 12 (3). P. 419-425.

68. Langhoff H. The origin of the higher continua emitted by the rare gases // Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 1994. V. 27. L709-L714.

69. Killeen K. P., Eden J. G. Gerade Rydberg states and ns3Z+u(lu,0-u) photoionization spectra of the rare gas dimers (n=2-6) // J. Chem. Phys. 1986. V. 84. P. 6048-6074.

70. Collier F., Leblond J. B., Hoffbeck F., Cottin P. J. UV transient absorptions in high pressure argon excited by relativistic electrons // Chem. Phys. 1981. V. 74. P. 4372-4379.

71. Stevens W. J., Gardner M., Karo A. J. Theoretical determination of bound-free absorption cross sections in Ar2+ // J. Chem. Phys. 1977. V.67. P. 2860-2867.

72. Chiu Y. PI., Pullins S., Levandier D. J., Dressier R. A. Collision-induced dissociation dynamics of Ar2+ at high levels of vibrational excitation // J. Chem. Phys. 2000. V. 112. P. 10880-10889.

73. Neeser S., Kunz T., Langhoff PI. A kinetic model for the formation of Ar2 excimers // J. Phys. D: Appl. Phys. 1997. V. 30. P. 1489-98.

74. Rescigno T. N., Hazi A. U., Orel A. E. Calculation of the photoionization cross section of the l£u+ excimer state of Ar2 // J. Chem. Phys. 1978. V. 68. P. 5283-5284.

75. Sauerbrey R., Emmert F., Langhoff H. Fluorescence and absorption in electron beam excited argon //J. Phys. B: At. Mol. Phys. 1984. V. 17 P. 2057-2074.

76. Champagne L F and Chang R S F Transient absorption studies in pure rare gases from 2500 A to 4000 A // J. Phys. Colloques. 1980. V. 41. C9. P. 445-447.

77. West J. B., Long W. H. Jr. Ultraviolet absorption by diatomic rare gas ions in E-beam excited plasmas // J. Chem. Phys. 1979. V. 70. P. 3457-61.

78. Marowsky G., Glass G. P., Tittel F. K., Et Al. Formation kinetics of the triatomic excimer Ar2F// IEEE J. Quant. Electron. 1982. V. 18. P. 898-902.

79. Bigio I J, Czuchlewski S J, McC1990 Los Alamos Unclassified Report LAUR-89-2875, http://catalog.lanl.gOv/F.

80. Levinger N. E., et. al. The visible photoabsorption spectrum of Агз+ // J. Chem. Phys. 1988. V. 89. P. 71-74.

81. Jones R. В., Tran H. C., Eden J. G. Photoabsorption of Кг2+ in the ultraviolet: Revisited Hi. Chem. Phys. 1995. V. 102. P. 4329-33.

82. Champagne L. F., Chang R. Transient absorption studies in pure rare gases from 2500 A to 4000 A // J. Phys. Colloques. 1980. V. 41 C9. P. 445-447.

83. Michels H. H., Hobbs R. H., Wright L. A. Electronic structure of the noble gas dimer ions. II. Theoretical absorption spectrum for the A2E+l/2u—>D2£ l/2g+ system // J. Chem. Phys. 1979. V. 71. P. 5053-62.

84. Kalus R., Paidarova I., I-Irivnak D., Gadea F. X. Modelling of Krn+ clusters. II. Photoabsorption spectra of small clusters (n=2-5) // Chemical Physics. 2004. V. 298. P. 155-66.

85. Kane D. J., et. al. Rydberg states of the Kr2 molecule // J. Chem. Phys. 1993. V. 99. P. 99-112.

86. Naumkin F. Y. Transition intensities in rare gas triatomic ions: DIM versus pointcharge approximation // Chemical Physics 2000. V. 252.1. 3. P. 301-314.

87. Bender C. F., Winter N. W. Theoretical absorption spectra of ArKr // Appl. Phys. Lett. 1978. V. 33. P. 29-31.

88. Kawanaka J., Kubodera S., Sasaki W. 134 nm vacuum ultraviolet emission using an Ar/Kr gas mixture excited by a quasi-continuous-wave gas jet discharge // Appl. Phys. B: Lasers and Optics. 2001. V. 72. P. 179-82.

89. Рогулев M.A. и др. Синхронизация формирующих линий в системе высоковольтного питания электронных ускорителей KrF лазерной установки «ГАРПУН» // тезисы докладов Российского Научного Форума «Демидовские Чтения». 2006. с.73.

90. Demidov M.I., Ogurtsova N.N., Podmoshenskii I.V. Pulsed black body with 40000° and pulse duration 10"5 s // J. Appl. Spectroscopy. 1970. V. 12 (2). P. 365-367 (in Russian).

91. H.B. Карлов «Лекции по квантовой электронике» (изд.2-ое), М. «Наука», 1988. Ф-ла 3-12.

92. Greene D.P. and McCown A.W. Transient absorption spectroscopy of Kr2F (42Г) // Appl. Phys. Lett. 1989. V. 54 (20). P.1965-1967.12796 .http://jp.hamamatsu.com/resources/products/etdypdf/L 1314L 1835TLSO 1012E04.pdf.

93. Oka T. Calculation of the modified Beer-Lambert law // Res. Rep. Nagaoka Tech. Coll. 1977. V. 13(4). P. 207.

94. Davis C.C., McFarlane R.A. Lineshape effects in atomic absorption spectroscopy // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1977. V. 18. P. 151.

95. Ustinovskii N. N., Kholin I. V. Rate constant for mixing of the 3£u+ and lEu+ states of the excimer Ar2+ by electron impact // Sov. Phys. Tech. Phys. 1990. V. 35. P. 808.

96. McCusker V M 1984 The Rare Gas Excimers in Excimer lasers 2nd edn dited by Rhodes С К, (New York: Springer).

97. Striganov A R and Sventitskii N S 1968 Tables of Spectral Lines of Neutral and Ionized Atoms, (NY:PlenumPress).

98. Sauerbrey R, Eizenhofer H., Schaller U., and Langhoff PI. Photoexcitation of the rare-gas excimer molecules Ne2*, Ar2*, and Kr2* //J. Phys. B: At. Mol. Phys. 1986. V. 19. P. 2279-2289.

99. Pages L., Bertel E„ Joffre II., Sklaventis L. Energy Loss, Range and Brumsstrahlung yield for 10 keV to 100 meV Electrons in Various Elements and Chemical Compounds // Atomic Data. 1972. v. 4. N. l.p. 1-127.

100. Заярный Д. А., Льдов А. Ю., Холин И. В. Дезактивация атомов криптона в метастабильном состоянии 5s(3P2) при столкновениях с атомами криптона и аргона // Квант, электроника. 2009. Т. 39 (9). с. 821-824.

101. Bohme D. К., et. al. Flowing Afterglow Studies of the Reactions of the Rare-Gas Molecular Ions He2+, Ne2+, and Ar2+ with Molecules and Rare-Gas Atoms // J. Chem. Phys. 1970. V. 52. P. 5094-5101.

102. Холин И.В. Лазеры на атомных переходах инертных газов с электронной накачкой // Диссертация доктора физико-математических наук . 1999. РАН. Физ. институт им. П. Н. Лебедева.

103. М. A. Biondi, Electron-Ion Recombination in Gas Lasers in Applied Atomic Collision Physics Vol. 3, Gas Lasers, edited by E. W. McDaniel & W. L. Nighan (Academic Press, New York, 1982).

104. Collins С. В., Lee F. W. Measurement of the rate coefficients for the bimolecular and termolecular ion-molecule reactions of Ne2+ with selected atomic and molecular species // J. Chem. Phys. 1980. V. 72. P. 5381-89.

105. Shannon D. C., Killeen K. P., Eden J. G. Br2 ion pair state formation by electron beam excitation //J. Chem. Phys. 1988. V. 88. P. 1719-31.128

106. Sauerbrey R., Zhu Y., Tittel F. K., Wilson W. L. Jr. Optical emission and kinetic reactions of a four-atomic rare gas halide exciplex: A^F // J. Chem. Phys. 1986. V. 85. P. 1299— 1302.

107. Zvorykin V D, et. al. Transport of electron beams and stability of optical windows in high-power e-beam-pumped krypton fluoride lasers // Laser and Particle Beams. 2001. V. 19. P. 607-620.

108. Kanaev A. V., et. al. Excimer formation mechanism in gaseous krypton and Kr/N2 mixtures // J. Phys. D. 1993. V. 27. P. 29-37.

109. McCown A. W., Ediger M. N., Geohegan D. В., Eden J. G. Absorption of electronically excited Xe2Cl in the ultraviolet // J. Chem. Phys. 1985. V. 82. P. 4862-66.

110. Handbook of lasers with selected data on optical technology, Ed. By R.J. Pressley, Chemical Rubber Co, Cleveland, 1971.

111. Ernst W. E., Tittel F. K., Wilson W. L., Marowsky G. Gain conditions for electron-beam-excited Ar-N2 laser lines at 337.1, 357.7, and 380.5 nm // J. Appl. Phys. 1979. V. 50. P. 3879-83.

112. Smith D., Adams N. G., Alge E., Villinger PI., Lindinger W. Reactions of Ne2+, Ar2+, Kr2+ and Xe2+ with the rare gases at low energies // J. Phys. B: Atom. Mol. Phys. 1980. V. 13. P. 2787-99.

113. Langhoff II. The origin of the higher continua emitted by the rare gases // J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 1994. V. 27.

114. Wieser J., Ulrich A., Fedenev A., Salvermoser M. Novel pathways to the assignment of the third rare gas excimer continua// Opt. Comm. 2000. V. 173. P. 233-245.

115. Brackmann U. Lambdachrome Laser Dyes, 3rd Edition, Lambda Physik AG ■ D-37079 Goettingen • Germany, (2000). стр. 96, 104.

116. Лейпунский О.И., Новожилов Б.В., Сахаров B.PI., "Распространение гамма-квантов в веществе", Физ.-мат. лит. (1960).

117. Barabanov V.S., Sergeev Р.В., Electron-beam-induced absorptinon of ArF, KrF, and XeF laser radiation in optical materials // Quantum Electronics. 1995. V. 25(7). P. 717-720.

118. Mironov I.A. et al., High-purity CaF2 as a material for windows of powerfull excimer lasers // Proc. of SPIE. 2004. V. 5479. p. 135-140.

119. Ehrt D., Ebeling P., Natura U. Redox equilibria and ultraviolet radiation induced defects in glasses // Proc. Int. Congr. Glass, Edinburgh, Scotland, 1-6 July. 2001. V. 1. p. 84-93.

120. Ebendorff-Heidepriem H., Ehrt D., Radiation induced defects in eurupium and terbium doped glasses // Proc. Int. Congr. Glass, Edinburgh, Scotland, 1-6 July 2001, p. 891-892.

121. Панкратов А. В., Химия фторидов азота, M., 1973.