Формирование узконаправленного излучения мощных лазеров инфракрасного и ультрафиолетового диапазона длин волн тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

На правах рукописи >1

Глухих Игорь Васильевич

ФОРМИРОВАНИЕ УЗКОНАПРАВЛЕННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ МОЩНЫХ ЛАЗЕРОВ ИНФРАКРАСНОГО И УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН

01.04.21- Лазерная физика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

2 ОЕВ Ш

Санкт-Петербург - 2011

005009010

Работа выполнена в Федеральном Государственном Унитарном Предприятии «Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им.Д. В. Ефремова», г. Санкт-Петербург

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Гарнов Сергей Владимирович,

доктор физико-математических наук Туманов Игорь Алексеевич,

доктор физико-математических наук, профессор

Сидоров Александр Иванович

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

Защита состоится 22 марта 2012 г. на заседании диссертационного совета & /6"ОО Д 212.229.01 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет», по адресу: 195251, Россия, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д.29, II уч. корпус, ауд. 470

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментально библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственны политехнический университет».

Автореферат разослан " января 2012г.

Ученый секретарь диссертационного

совета Д 212.229.01 д.т.н., профессор Короткое А.С

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. С момента открытия лазеров проблема формирования узконаправленного лазерного излучения всегда была самостоятельной и актуальной задачей. Б большинстве фундаментальных задач взаимодействия мощною лазернош излучения с веществом, проблем лазерного термоядерного синтеза, специальных или технологических применений лазеров требуется либо доставка излучения на значительные расстояния, либо его фокусировка в пятно минимальных размеров. Для этого необходимо обеспечить максимальную яркость лазерного излучения, которая прямо пропорциональна мощности и обратно пропорциональна квадрату расходимости лазерного излучения.

Электроионизационные (ЭИ) СОг-лазеры импульсно-периодического действия являются наиболее распространенными среди мощных лазерных источников среднего ИК диапазона. Современные ЭИ С02-лазеры имеют объем активной среды (АС), достигающий нескольких сот литров, а поперечные размеры лазерного пучка - нескольких десятков сантиметров. При длительности импульса генерации Хишг=Ю+40мкс энергия импульса излучения таких лазеров может достигать нескольких килоджоулей, а пиковая мощность - сотен мегаватт при КПД до 20%. Одной из важнейших характеристик лазерного пучка является расходимость излучения, на величину которой оказывают влияние ши и параметры применяемого в лазере резонатора и оптические неоднородности АС.

В настоящее время в подавляющем большинстве С02-лазеров с большими поперечными размерами АС, в том числе и в ЭИ СОглазерах, применяются неустойчивые резонаторы (НР), способные в случае оптически однородной АС обеспечить генерацию излучения с предельно малой расходимостью, определяемой дифракцией излучения на выходной апертуре лазера.

Причинами появления оптических неоднородностей в АС ЭИ СОг-лазеров могут был. волны сжатия и разрежения, стримеры и токовые шнуры, формирующиеся в нрюлектродных областях активной среды, а также

газодинамические возмущения в объеме АС. В проточных импульсно-периодических ЭИ С02-лазерах существенную роль могут играть акустические колебания резонансного характера, возникающие в газовом тракте при периодическом вкладе энергии и турбулентность газового потока

С помощью современных технических средств эти возмущения могут быть значительно снижены, так что их влияние на качество выходнош пучка будет незначительным. Например, дни проточных лазеров однородность плотности газового потока Лр/р удалось уменьшить до величины ~10"3 %

Однако расходимость излучения ЭИ СОг лазеров оказалась далека от предельно достижимой даже при импульсном режиме работы, когда активная среда в исходном состоянии не имеет оптических неоднородностей. Одной из причин ухудшения расходимости излучения ЭИ С02-лазера являются оптические неоднородности самовоздействия, вызванные зависимостью скорости V-!' релаксации возбужденных молекул С02 от локальной интенсивности светового поля. Поскольку причиной возникновения неоднородностей самовоздействия является само излучение, уменьшить его влияние на расходимость лазерного пучка техническими средствами не представлялось возможным. Поэтому потребовались систематические экспериментальные исследования пространственно-временных характеристик лазерного излучения в условиях, характерных дня мощных ЭИ СОг-лазеров, которые влияют на развитие эффекта самовоздействия в АС.

Мощные твердотельные лазеры (ТТЛ) могут рассматриваться как альтернатива СО1 - лазерам в различных технологических процессах вследствие компактности и надежности конструкции, стабильности параметров и возможности применения гибких волокон дня доставки излучения до объекта воздействия. Однако традиционные ТТЛ с ламповой накачкой обладают низкой эффективностью, а расходимость излучения таких лазеров в 20+100 раз превышает дифракционный предел. Это обстоятельство не позволяет в полной мере реализовать преимущества технологических операций, требующих высокой степени концентрации излучения. Б то же время лазеры ближнего ИК

диапазона представляют значительный интерес в связи с более высоким поглощением лазерного излучения большинством материалов, применяемых в промышленности.

Использование диодной накачки решает многие проблемы при разработке мощных УГЛ, позволяя создавал более эффективные лазерные комплексы. Для достижения мощности 1-енерации киловагшого уровня используются различные огггаческие схемы накачки, в том числе поперечная накачка цилиндрического активного элемента сборками лазерных диодов. Однако возникновение тепловой линзы и наведенного двулучепрелошения в активном элементе является препятствием при создании мощных ТТЛ с высоким качеством лазерного излучения. Кроме тою, при использовании плоскою резонаюра 1шервдия происходит на нескольких поперечных модах и расходимость излучения существенно превышает дифракционный предел.

Проблема уменьшения расходимости излучения также актуальна при создании эксимерных лазеров, которые применяются в качестве источника ультрафиолетового излучения для литографии, в установках модификации поверхности, микрообработки материалов и для научных исследований. Средняя мощность эксимерных лазеров лежит в диапазоне от единиц до нескольких сот ватт. Энергия в импульсе изменяется от единиц миллиджоулей до нескольких джоулей при длительности импульсов 10+300нс и частоте следования от десягеа до сотен герц.

Максимальные мощности излучения эксимерных лазеров обеспечивают плоские резонаторы. Однако при этом расходимость излучения составляет дня сантиметровых аиер!ур несколько миллирадиан, что почти на два порядка превышает дифракционный предел и не позволяет сфокусировать лазерный луч в пятно размерами в несколько микрон. Это обстоятельство является принципиальным ограничением в ряде задач микроэлектроники и требует проведения исследований.

Таким образом, для мощных газовых и твердотельных лазеров инфракрасного (ИК) и ультрафиолетового (УФ) диапазона длин волн задача

достижения расходимости излучения, близкой к дифракционному пределу, является акуальной.

Помимо энергетических и пространственных характеристик лазерного излучения эффективность использования лазеров в таких областях, как лазерная

химия, лазерный термоядерный сингез, нелинейная оптика и друшх, *

определяется спектральной шириной линии 1-енерадии и возможностью перестраивать длину волны излучения. Кроме того, спектральный состав линии генерации лазера имеет значение при прохождении лазерного луча через протяженные трассы в атмосфере. Поэтому также актуальной является задача управления спектром излучения ЭИ СОг лазера с длительностью импульса накачки т„=10+30мкс.

Применение полупроводниковых излучателей, вместо ламп накачки, излучающих в широком спектральном диапазоне и имеющих низкую надежность, позволяет создавать мощные, малогабаритные и надежные лазеры и лазерные системы с хорошим качеством излучения и высоким к.н.д. Для эффективной диодной накачки активных сред твердотельных лазеров требуется согласование спектра излучения лазерных диодов и спектра поглощения активной среды.

Если накачиваемая среда имеет узкую полосу поглощения, то на эффективность накачки существенное влияние оказывают ширина огибающей спектра излучения и положение ее максимума. Поэтому исследование спектрального состава излучения мощных лазерных диодов является актуальной задачей.

Согласование спектра излучении диодной накачки и шекгра поглощения активной среды особенно важно для лазеров на парах щелочных металлов. Бели дня накачки твердотельных лазеров ширина спектральной линии излучения современных мощных диодных лазеров (ДХ~Знм) сравнима с шириной спектральной линии поглощения активного элемента, то для газовых лазеров на парах щелочных металлов ширина линии поглощения (Цг) меньше более чем на порядок. Поэтому, непосредственное использование для накачки активных сред

на парах щелочных металлов излучения традиционных мощных линеек и матриц диодных лазеров оказывается недостаточно эффективным. Создание диодных лазеров с более узкой шириной спектра генерации является также актуальной задачей.

Цель и задачи работы

Основной целью данной работы является обоснование физических принципов формирования лазерного излучения высокой направленности мощных лазеров и разработка методов достижения максимальной яркости излучения мощных лазеров ИК и УФ диапазонов длин волн - С02) чвердотеньных и эксимерных лазеров.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• Разработать методики исследования энергетических, пространственных и спектральных характеристик лазерного излучения ИК и УФ диапазонов длин волн

• Исследовать механизмы, влияющие на расходимость излучения лазеров ИК и УФ диапазонов длин волн

• Оптимизировать состав активной среды мощных алегароразрядных С02 -лазеров для подавления влияния эффекта самовоздействия на расходимость излучения

• Исследовать динамику формирования спектрального состава излучения С02 - лазеров для различных изотопов молекулы С02

• Провести расчеты, разработать и изготовить мощные модули диодной накачки для ТТЛ на основе теплоотводов с повышенной эффективностью отвода тепла на уровне 1кВт/см5

• Разработать конструкцию и изготовить излучатели для ТТЛ мощностью 100+КХЮВт

• Провести расчеш и экспериментально исследовать оптические схемы резонаторов ТТЛ и эксимерных лазеров дня формирования излучения с предельно малой расходимостью

Научная новизна

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Впервые для ЭИ С02-лазеров атмосферного давления проведена оптимизация состава смеси АС и экспериментально показано, что для характерных условий накачки ненасыщенный коэффициент усиления, который обеспечивают "легкие" смеси тшш С02:Ы2.'Не=1:1:б> на 20% выше, чем традиционные смеси 1:2:3,1:5:2 или 1:6:3. Представлены экспериментальные результаты измерения распределения ненасыщенного коэффициента усиления по сечению АС, как дня традиционных смесей, так и для смесей, содержащих добавки водорода и аргона.

2. Разработаны методики исследования энергетических и пространственных харакгерисшк излучения мощных С02, твердотельных и эксимерных лазеров дня длин волн - Юмкм, 1064нм и 248нм.

3. Впервые проведены комплексные экспериментальные исследования зависимости расходимости излучения мощного импульсного ЭИ С02-лазера атмосферного давления от мощности и длительности накачки, интенсивности вынужденного излучения, состава смеси и параметров резонатора, в том числе:

• Проведено сравнение влияния на расходимость излучения катодной и анодной волн плотности и волны плотности, возникающей на границе лазерного пучка вследствие эффекта теплового самовоздействия. Показано, что только из-за эффекта самовоздействия расходимость излучения более чем в три раза превышает дифракционный предел.

Получена зависимость углового распределения интенсивности излучения мощного ЭИ СОг-лазера в течение импульса генерации, и показано, что при длительности импульса излучения ¿ЗОмкс широкие и достаточно интенсивные крылья диаграммы направленности излучения образуются спустя 10+15мкс после начала генерации даже при убывающей во времени мощности излучения.

• Теоретически обосновано и экспериментально показано, что при длительности импульса накачки т„530мкс наименьшую расходимость излучения обеспечивают смеси с содержанием Не на уровне 75% и отношением концентраций [С02]:[Ы2]=1*2.

4. Экспериментально установлено, что генерация ЭИ С02-лазера атмосферного давления с длительностью импульса накачки ЗОмкс протекает одновременно на нескольких вращательных переходах Р(14)+Р(20) с выделением 70+90% полной энергии на переходе Р(20).

5. Предложена методика расчета неустойчивого резонатора отрицательной ветви дшцраммы устойчивости при наличии 1радиенш показдашя преломления по радиусу активного элемента. Для ТТЛ с диодной накачкой непрерывного действия экспериментально получена расходимость излучения лишь в 2 раза превышающую дифракционный предел.

Практическая значимость работы

1. Результаты исследования использованы для разработки мощных злоарорщрядных С02 и эксимерных лазеров с высоким качеством выходнош излучения.

2. В результате проведенных исследований найдены рабочие смеси, позволяющие получать расходимость излучения ЭИ С02-лазера, близкую к дифракционной, при высоком удельном энергосъеме, характерном дня традиционно используемых смесей. Для широкоапертурного резонатора с размерами апертуры 10x20см в импульсном режиме получена расходимость (2+3)-10"4рад по уровню 0,8 полной энергии.

3. Применение редких изотопов С02 в АС ЭИ С02-лазера позволило получить генерацию излучения в спектральных диапазонах 9.3+9,бмкм и 11.2+11,бмкм.

4. На основе численных расчетов и экспериментов разработаны эффективные теплоотводы сборок лазерных линеек и матриц для систем накачки мощных твердотельных лазеров. Разработана базовая конструкция и изготовлена серия твердотельных Nd:Yag лазеров с диодной накачкой мощностью излучения 150, 300, 500 и 1000Вт и однородностью по сечению активного элемента на уровне 10%

5. Результаты исследования могут быть использованы дня разработки мощных > 10 кВт ТТЛ с диодной накачкой с улучшенным качеством излучения ближнего ИК диапазона длин волн.

6, На базе зксимерного КгУ-лазера с неустойчивым телескопическим резонатором для микроэлектронной технологии создан лазерный комплекс, позволивший сфокусировать лазерный луч в пятно диаметром 2мкм. Положения, выносимые на защиту

1. Использование 1 адовых смесей С02:М2:Не=1:1:6; 1:1:8 позволяет получил более высокий (по сравнению с традиционными смесями) ненасыщенный коэффициент усиления АС ЭИ С02-лазера атмосферного давления с длительностью импульса накачки 10+30мкс.

2. Наименьшую расходимость излучения ЭИ С02-лазера атмосферного давления при длительности импульса накачки Тн^ЗОмкс обеспечивают смеси СОг^Не с содержанием Не на уровне 75% и отношением [С02]:[Ы2]=1+2.

3. Применение широкоапертурного резонатора с размерами апертуры 10x20см позволяет в импульсном режиме получить расходимость излучения ЭИ С02-лазера (2+3)-10'4 рад по уровню 0,8 полной энергии.

4. Генерация ЭИ СОглазера атмосферного давления с длительностью импульса накачки ЗОмкс протекает одновременно на нескольких вращательных переходах Р(14>Р(20) с выделением 70+90% полной энергаи на переходе Р(20).

5. Использование неустойчивого резонатора отрицательной веши диаграммы устойчивости для ТТЛ с диодной накачкой непрерывного действия позволяет получить расходимость излучения только в 2 раза превышающую дифракционный предел.

6. Применение неустойчивого телескопического резонатора с большим увеличением М=10 дня зксимерного КтЬ'-лазера позволяет в 10 раз уменьшить расходимость излучении при незначительной потере выходной мощности. Результаты выполненной работы представляют собой решение научной проблемы формирования лазерного излучения высокой направленности мощных лазеров ИК и УФ диапазонов длин волн и следующих задач:

1. Подавление влияния эффекта самовоздействия в объеме АС на качество излучения ЭИ СОглазера для достижения минимальной расходимости излучения среднего ИК диапазона (длина волны Х=10мкм).

2. Достижение близкой к дифракционной расходимости излучения ближнего ИК диапазона (Х=1,06мкм) ITJ1 с диодной накачкой.

3. Уменьшение расходимости излучения УФ диапазона (А,=0,248нм) эксимерного KrF-лазера до уровня (2+4)-10"4, чго позволило сфокусировать лазерный луч в пятно диаметром 2мкм и использовать лазер в микроэлекгронной технологии. Личный вклад автора

Личный вклад автора заключается в постановке задач, разработке методик и проведении исследований энергетических, спектральных и пространственных характеристик мощных лазеров ИК и УФ диапазонов длин волн. Личное участие автора является определяющим в получении, анализе и представлении экспериментальных результатов исследования расходимости излучения мощных С02, твердш-ельных и эксимерных лазеров. Апробация результатов работы

Основные результаты работы докладывались на 12 международных конференциях "Оптика лазеров1987,2000,2003,2006Д008", CLEO Europe-2005Д007, Photonics West-2008, Europhoton-2006, ALT-07, Харитоновские чтения-2008, HPLB-2006, Iй Topical Meeting on Lasers-2009. Публикации

Но материалам диссертации опубликовано 43 печатные работы в научных журналах, докладах и тезисах конференций. Из них 19 - в ведущих рецензируемых научных изданиях из перечня ВАК. Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения, содержит 209 страниц машинописного текста, 90 рисунков, 8 таблиц и список литературы, включающий 140 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность выбранной темы исследований, и кратко описываются проблемы, сформулированные в предшествующих научных работах. Далее приводится описание четырех лазерных установок, на которых проводились экспериментальные исследования.

Основные экспериментальные методики, использованные в данной работе дня измерения энергетических и пространственных характеристик лазерного излучения, были отработаны на лазерном стенде "Модуль-2", представляющем собой импульсный ЭИ СОг-лазер атмосферного давления с объемом активной среды Юл и межэлектродным расстоянием 10см. Для вывода излучения использовался неустойчивый телескопический резонатор с различными увеличениями М=1,5+3. Удельная энергия накачки варьировалась в пределах 1 ОО+ЗООДж/л-атм при длительности накачки 10-ь30мкс.

Разработанные экспериментальные методики были использованы дня исследований характеристик излучения лазеров "Максим" и "Эклаз". Лазерная установка "Максим" представляет собой импульсный ЭИ СОг лазер квазинепрерывного действия с замкнутым газовым контуром и объемом активной среды 2л. При максимальной скорости протока газа 21м/с и расходе 1аза 0,8кг/с максимальная частота следования импульсов длительностью ЗОмкс составляла 2001ц. Для формирования излучения применялся даухпроходный неустойчивый телескопический резонатор. Максимальная средняя мощность генерации установки "Максим" 5кВт.

Установка "Эклаз" представляет собой электроразрядный эксимерный лазер импульсно-периодическош действия с замкнутым газовым кошуром. Объем активной среды составляет 56см3 при межэлектродном расстоянии 2см. При максимальной частоте следования импульсов 200Гц средняя мощность генерации дня KrF-смесей составила 30Вт.

На стенде «Твердотельных Лазеров с диодной накачкой» проводились исследования характеристик излучения созданных в НИИЭФА ТТЛ с диодной накачкой мощностью 150, 300 и 500Вт. В лазерных шловках использовались Nd:Yag стержни 04+6мм длиной 80+100мм с концентрацией Nd 0,6%. Накачка производилась модулями линеек лазерных диодов суммарной мощностью 500, 840 и 1680Вт соответственно.

В первой главе представлены результаты экспериментальных измерений энергетических характеристик и усиления АС ЭИ С02-лазеров "Модуль-2" и

"Максим" при длительности импульса накачки 10+30мкс. Приводятся зависимости удельной энергии генерации от удельной энергии накачки для различных смесей и режимов накачки. Обосновывается возможность достижения высоких удельных энерговкладов при использовании в качестве АС смесей с содержанием Не более 50%. Описана методика и приведены экспериментальные результаты измерения распределения коэффициента усиления слабого сигнала по сечению АС импульсного ЭИ СОг-лазера для набора смесей С02:К2:Не:Н2:Аг и различных режимов накачки. Для ЭИ С02-лазера "Максим" в импульсно-периодическом режиме работы представлены временные зависимости коэффициента усиления слабого сигнала через 1, 2 и 5 минут работы лазера на частоте 30Гц и средней мощности накачки 10*Вт/л. По результатам этих измерений показана целесообразность использования

системы регенерации смеси дня ЭИ С02 - лазеров импульсно-периодического действия.

Вторая глава посвящена комплексному исследованию расходимости излучения импульсного ЭИ С02-лазера "Модуль-2". Во введении второй главы описан метод фокального пятна, который использовался для измерения расходимости излучения. Как известно, время образования оптических неоднородностей, их пространственный масштаб и степень влияния на расходимость излучения определяются мощностью и длительностью накачки, интенсивностью вынужденного излучения, составом рабочей смеси и параметрами резонатора. В первом параграфе второй главы представлены результаты измерения расходимости излучения, когда в качестве АС лазера используются традиционные смеси С02:Ы2:Не=1:2:3; 1:3:0 и С02:>)2:Н2=1:3:0,12 при дашельностях накачки т„=15 и ЗОмкс. Дм вывода излучения использовался неустойчивый телескопический резонатор (Ш'Р) с М=2 и апертурой 10x10см2. Оказалось, что даже при малом значении энергии накачки д„=67Дж/л расходимость излучения по уровню 0,8 полной энергии в 4 раза превышает дифракционный предел. Обусловлено это, главным образом, рефракцией излучения на катодной и анодной волнах плотности, так как ухудшение

оптического качества АС из-за самовоздействия при интенсивности излучения <1)=30кВт/см2, усредненной по сечению пучка и за время генерации, еще невелико. С повышением мощности накачки и интенсивности излучения увеличивается влияние граничных волн плотности и мелкомасштабных

оптических неоднородностей (МОН), обусловленных самовоздействием, что *

приводит к еще большему увеличению расходимости излучения.

Сокращение т„ до 15мкс при сохранении мощности накачки на том же уровне, что и при т„=30мкс, не сопровождается уменьшением углового распределения энергии. Совпадение двух кривых свидетельствует о том, что при т„=30мкс расходимость излучения достигает максимума в течение первых 15мкс, когда мощности накачки и излучения также максимальны и не слишком быстро изменяются во времени. Этот вывод подтверждается распределением интенсивности излучения на развернутой во времени дальнопольной картине: наибольшая ширина крыльев распределения наблюдается спустя 15мкс после начала генерации.

Во втором параграфе показано влияние на расходимость излучения оптических неоднородностей, образующихся в различных зонах АС.

В силу аксиальной симметрии НТР генерирующую среду можно представить как совокупность четырех секторов, разделенных плоскостями, проходящими через диагонали квадратного вогнутого зеркала. При использовании маски расходимость излучения каждого сектора будет определяться неоднородностнми соответствующею участка среды. Сравнение угловых распределений энергии излучения разных зон показывает, что расходимость излучения может быть уменьшена, если предотвратить проникновение катодной и анодной волн в резонаторный объем во время генерации. Это достигается уменьшением апертуры резонатора. Однако такой прием приводит к уменьшению генерирующего объема, поэтому его использование оправдано только при условии, что влияние на расходимость излучения катодной и анодной волн больше, чем волны, возникающей на наружной границе лазерного пучка. Соотношение СоТн<11/2)-а, где с0-скорость звука,

Ь=100мм - высота разрядного промежутка, 2а - апертура резонатора, заведомо выполняется для смеси СОа:М2:Не = 1:2:3 (с0 = 517м/с при 1-400К), если х„=10мкс и 2а=80мм. Полученная дня этих условий расходимость по уровню 0,8 полной энергии более чем в 5 раз превышает дифракционную, причем наблюдавшуюся с НГР при 2а= 100мм. Существенно, что лучшая расходимость излучения получена с резонатором меньшей апертуры при больших иЧг-

Поскольку расходимость излучения, полученная с НГР малой апертуры, определяется в основном оптическими неодиородностями, возникающими из-за самовоздействия, его подавление иди ослабление является условием продвижения к дифракционному пределу. Представлена экспериментальная проверка одной из таких возможностей ослабления самовоздействия, которая заключайся в увеличении плотности р рабочей смеси в связи с тем, что с^р^. В эксперименте использовалась смесь С02:Ы2=1:3, которая по сравнению со смесью СОг^Не = 1:2:3 помимо меньшей Со имеет большие удельную теплоемкость и время УТ-релаксации населенности уровня 01'О С02. Так как эти свойства способствуют ослаблению и замедлению не только самовоздействия, но и всех волн плотности, измерения расходимости излучения на смеси С02:К2=1:3 были проведены с НТР, апертура которого равнялась высоте разрядного промежутка. Поскольку длительность генерации на данной смеси при тн =30мкс не превышала 15мкс, т„ была уменьшай до 15мкс, а мощность накачки увеличена до предельной величины, при которой возбуждение среда по высот« разряднош промежутка оставалось еще однородным. Несмотря на эти меры, полный энергосъем составил всего 54Дж, а интенсивность <1> «бЗкВт/см2, что примерно в 5 раз ниже тех же параметров дня смеси 1:2:3.

В этих условиях, когда исходный важный дня развития самовоздействия параметр-интенсивность излучения оказался малым, расходимость излучения уменьшилась в 2 раза и составила по уровню 0,8 полной энергии 2,5 дифракционной. Принимая во внимание, что при уменьшении апертуры резонатора от 100 до 80мм угловое распределение энерти излучения

улучшается в 1,5раза, можно считать, что на смеси СОг^2=1:3 с резонатором малой апертуры расходимость излучения будет близкой к дифракционной.

Описывается попытка повысить энергосъем для смеси С02:М2=1:3, не изменяя ее термодинамических, акустических и оптических свойств, путем небольшой (~3%) добавки Н2. Однако обеспечиваемый ею почти двукратный вышрыш в энерши оборачивается более чем трехкратным прошрышем в расходимости излучения.

Причиной ухудшения расходимости излучения для смеси С02:Ыг=1:3 при добавлении в нее Н2 является усиление самовоздействия. Оценка тепловыделения в областях АС показала, чти в водородной смеси оно больше но величине, чем в смеси С02:^:Не=1:2:3, что обусловлено большей скоростью расселения обоих лазерных уровней в присутствии даже столь малой добавки Н2.

В третьем параграфе подробно описана методика и приведены результаты измерения временной зависимости углового распределения интенсивности

излучения с применением скоростного фоторегистратора (СФР) и графитизированной фотопленки. Показано (рис.1), то при длительности импульса излучения ЗОмкс широкие и достаточно интенсивные крылья диаграммы направленности излучения образуются спустя «10+15мкс после

Рис.1 Временная зависимость диаграммы направленности излучения С02 ЭЙЛ

начала генерации даже при убывающей во времени мощности излучения.

Сделана оценка масштаба неоднородностей, отвечающих за образование крыльев диаграммы направленности излучения. Анализ, проведенный для ряда зависимостей углового распределения энергии, полученных в области удельных энергий накачки 100+250Дж/л-атм, удельных съемов энергий Зч-25Дж/л-атм, дня различных составов рабочей смеси и длительности импульсов 15 и ЗОмкс показал, что масштаб неоднородностей, вызывающих рассеяние лазерного излучения и образование крыльев диаграммы направленности, меняется в указанных условиях от 2 до 5мм.

В четвертом параграфе описана теория эффекта самовоздействия, приводящего к образованию МОН в АС ЭИ С02-лазеров, которые в свою очередь приводят к ухудшению расходимости излучения. Показано, что временные изменения МОН отслеживают временные изменения теплового источника, и их амплшуда не зависит от скорости звука в АС. "Силу" взаимодействия света с волнами плотности, обусловленными самовоздействием, определяет параметр В, равный

в - (и, •«. • *•<«•-П)—^-т,

U+'o/

где п0 - показатель преломления АС; 8- константа светоиндуцированного нагрева (СИН); у - показатель адиабаты АС; T=t/%, ("/-текущее время); т0 -относительное время изменения знака СИН; cío - коэффициент усиления слабого сшнала АС; 1а - начальная интенсивность излучения в единицах интенсивности насыщения.

Приводятся результаты расчетов, которые показывают, что дня уменьшения эффекта СИН параметр В должен быть отрицательным и наименьшим по абсолютной величине. Первое требование удовлетворяется при т<то, т.е. при больших значениях х0, которое пропорционально времени столкновительного распада верхнего лазерного уровня. Среди компонентов рабочей смеси ЭИ С02-лазера (С02, N2, Не) наименьшей константой расселения верхнего лазерного уровня обладает Не. Следовательно, увеличение доли Не в

составе рабочей смеси за счегг остальных компонентов является предпочтительным. Для уменьшения величины В необходимо, чтобы рабочая смесь имела малые значения таких характеристик как (п0 - \), 6 и большое значение у. Из всех компонентов рабочей смеси гелий обладает наименьшим значением (щ - \). Константа СИН 8 с увеличением в смеси доли гелия также уменьшается. Результаты расчетов параметров д, *о и В0=ВС1/ав

(в9 = г)А7г,) дня трех различных смесей приведены в таблице 1.

о

Таблица 1

С02:М2:Не £ то, ти, Ту-т, <Ь

см мкс см мкс мкс Дж/л-а

1:2:3 5,1 20 1.36 10,2 0,68 19

1:1:6 3,0 26 0,51 12,0 0,45 18

1:1:8 2Л 29 0,28 13,6 0,42 16

Значения Во, приведенные в таблице, показывают целесообразность использования "легких" смесей 1:1:6 и 1:1:8 дня подавления эффекта самовоздействия в АС ЭИ СОглазеров.

Экспериментальная проверка выводов теории описана в пятом параграфе. Показано, что переход от смеси 1:2:3 к "легким" смесям не сопровождается изменением удельной энергии генерации в области я„=100+250Дж/л. Приводятся энергетические диаграммы расходимости излучения для смесей 1:2:3, 1:1:6 и 1:1:8 при т„=15 и ЗОмкс, различных увеличениях резонатора М и уровнях накачки ц„, показывающие, что переход от смеси 1:2:3 к "легким" смесям приводит при всех использованных значениях М к улучшению расходимости излучения, которое не изменяется при варьировании ^ в пределах 150+250Дж/л и уменьшении т„ от 30 до 15мкс. Дополнительно уменьшить расходимость излучения удалось при установке в ближней зоне алертурной диафрагмы, обрезающей периферийную область выходного пучка, возмущенную

граничными волнами самовоздействия. При этом при использовании "легких" смесей получена расходимость излучения, близкая к дифракционной. Заметим, что на смеси 1:2:3 апергурная диафрагма не улучшала расходимости излучения. Это свидетельствует о том, что МОИ в АС, обусловленные СИН, оказывают решающее влияние на расходимость излучения при использовании традиционных смесей. Диаграмма на рис.2 показывает энергию и среднюю силу света для различных смесей C02:N2:He. Из диаграммы видно, что "легкие смеси" 1:1:8 обеспечивают близкую к традиционным смесям 1:2:3 энергию и значительно большую среднюю силу света излучения ЭИ-С02 лазера. Заслуживает внимания также тот факт, что смесь 1:3:0 хотя и является самой низкоэнергетичной, обеспечивает среднее значение силы света. Диаграмма также показывает, что дня эффективного использования лазерного излучения иногда можно пожертвовать энергией ради расходимости излучения.

490

400~

3S0

300~

250 20«

1S0~

100— 50—

О

1:2:» (10x10см) 1:2:8 <®8см> 1:3:0 (10x1 Оси) 1:1:в(«х8сы> 1:1:в(7х7ем)

Рис.2 Энергия (Е) и средняя сила света (I) излучения С02 лазера для смесей

C02:N2:He

В шестом параграфе описывается серия экспериментов, целью которых была проверка влияния на расходимость излучения ЭИ С02-лазера показателя преломления АС. Были исследованы 12 смесей с различными показателями преломления в диапазоне

(И(г/>=(0,3+3)-10'4. При измерениях расходимости излучения энергия генерации для каждой смеси поддерживалась близкой к 180Дж подбором энергии накачки. Дня сравнения угловых распределений энергии излучения использовался угол ®о.а, в котором содержится 80% полной энергии. Зависимость ®о.ь от (п0-1) не является монотонно возрастающей: для некоторых смесей с одинаковыми или

л

близкими значениями (щ-1) углы ®ол различаются даже с учетом ншрешности измерений. Отдельно показано влияние на расходимость таких факторов как отношения концентраций С02 и N2, а также концентрации Не при [ССу/р^]^.

В седьмом параграфе экспериментально показана возможность достижения расходимости излучения ЭИ С02-лазера на уровне 10"4рад при использовании "леткой" смеси. Для ишо использовался широкоапертурный НТР с увеличением М=1,7 и размерами 200x100мм. В направлении, соответствующем наибольшей ширине выходной апертуры резонатора, измеренное угловое распределение не превышает двух дифракционных и составляет но уровню 0,8 полной энер1ии величину (2+3)10'4рад.

В третьей главе представлены методика и экспериментальные результаты измерения спектрального состава и ширины линии 1шерации излучения ЭИ СОг-лазера при использовании различных изотопов С02. Методика позволяла регистрировать энергию , и форму импульсов генерации отдельных вращательных переходов колебательной полосы 00°1-(10в0,02в0) излучения молекулы С02. Спектральное разрешение интерферометра Фабри-Перо, который использовался дня измерения ширины линии генерации отдельной вращательной компоненты, составляло «2-10"3см"1. Для смесей с основным изотопом С02 показано, что при энергии накачки 150+250Дж/л основная доля энергии излучается на вращательных линиях Р(18) и Р(20). В 20 экспериментах получен баланс энергии Ополя-=Ор(18)+Ор(20). укладывающийся в погрешность измерения энергаи калориметрами ИМО-2Н (±10%).

Показано, что энергия, излучаемая за весь импульс генерации на переходе .Р(18), существенно меньше, чем на переходе Д20), и изменяется в различных экспериментах в пределах (ОД-гО.З^Опаш. Сопоставление осциллограмм

импульсов излучения на переходах Р(18) и Д20) с осциллограммой импульса излучения, суммарного по всем переходам, показывает, что генерация на указанных переходах происходит одновременно и различна только по мощности излучения.

Спектральные измерения тонкой структуры отдельною вращательного перехода показали, что ее спектральная ширина не превышает 4,7- 10"3см"'.

Показана возможность расширения спектрального интервала генерации излучения ЭИ С02-лазера путем применения в АС редких изотопов 13С1602 и 12С1802. При этом в одинаковых условиях накачки спектр излучения изотопа 13С1602 несколько богаче по количеству вращательных линий, чем спектр на смесях с 12С16Ог, а энергия излучения более равномерно распределена между ними. Доминирующим в излучении является переход Р(18) полосы 00°1+[1000,02°0]ц. Изменения соотношения компонентов рабочей смеси (1:2:3, 1:6:3) и длительности импульса накачки (10+30мкс) проявляются в незначительном перераспределении энергии между устойчиво воспроизводящимися линиями. С увеличением удельной энергии накачки в пределах 100+250Дж/л-атм наблюдается рост интенсивности линий без изменения их числа.

Для различных смесей с этими изотопами представлены зависимости удельной энергии генерации от удельной энергии накачки.

В четвертой главе приведены результаты исследования спектров 1шерации индивидуальных эмиттеров линейки лазерных диодов (ЛДЦ) на основе АЮаАз с использованием монохроматора МДР-23 и автоматизированной системы регистрации на основе пакета программ БрЬаЬ. Получены экспериментальные зависимости ширины спектра и модового состава излучения каждого эмиттера ЛДД от тока. Показано, что в диапазоне изменения тока от порогового значения до 2,51пор.=15А все эмиттеры ЛЛД имеют на полувысоте огибающей значения ширины спектров генерации 1,2 -1,9нм. В указанном диапазоне токов спектры излучения отдельных эмиттеров аномально уширены, в результате чего снижается спектральная яркость генерации. При токе 15А

разброс длин волн максимумов линии генерации излучателей достигает Ihm, что приводит к уширению интегрального спектра ЛЛД до Знм.

Также представлены результаты исследований характеристик мощного диодного лазерного излучателя с уменьшенной шириной спектра излучения, предназначенного дня селективной оптической накачки паров Cs, имеющих узкую полосу поглощения. Излучатель, состоящий из 60 отдельных диодных лазеров с составными резонаторами, имеет полуширину спектра менее 2 нм. Мощность оптического излучения на выходе жгута волоконных световодов с диаметром 2,5 мм составила около 100Вт в непрерывном режиме.

В пятой главе представлены результаты исследования энерхетических и пространственных характеристик излучения твердотельных лазеров с диодной накачкой непрерывного действия. Приведены расчеты и результаты конструирования модулей диодной накачки с применением оригинальных теплоотводов на основе микроканальных радиаторов. Созданы модули диодной накачки, работающие в непрерывном режиме, мощностью 100, 280 и 760Вт. Данные модули использовались в Nd: Yag излучателях с мощностью 1>енерации 150,300,500 и 1000Вт.

Также была разработана конструкция излучателя с поперечной накачкой активного элементами пятью модулями матриц лазерных диодов СЛМ-З производства ОАО «НПП «Инжект» (г.Саратов). Суммарная импульсная мощность накачки - 20кВт, длительность импульса-250мкс и частота следования импульсов до 100щ. Энергия импульса накачки и генерации при частоте следования импульсов 301ц составила 4,5Дж и 1,5Дж соответственно. Оптический КПД = 33%.

Измерения пространственных характеристик проводились на ТТЛ с двумя лазерными головками для устойчивого и неустойчивого вариантов резонатора.

Устойчивый резонатор представляет собой традиционно используемый в технологическом комплексе ЛИТ-100 вариант с ламповой накачкой, состоящий из 2-х плоских зеркал. Расстояния в оптической схеме подобраны так, что

каждое зеркало изображается само на себя наведенными в активных элементах термическими линзами. Этот резонатор обладает высокой энергетической эффективностью, но не может обеспечить малую расходимость выходного излучения из-за многомодового режима генерации. Две лазерные головки по 300Вт каждая в описанном резонаторе обеспечили выходную мощность игнерации 500Вт и расходимость излучения но уровню 0,8 полной мощности 11,5мрад. Эта расходимость превышав! дифракционный предел в 25 раз.

С другой стороны, известно, что в лазерах с неоднородными средами использование неустойчивых резонаторов отрицательной ветви диаграммы устойчивости приводит к уменьшению угловой расходимости, которое сопровождайся лишь небольшим падением энергетической эффективности.

Оптическая схема (Рис.3) неустойчивого резонатора, образованного полностью отражающими плоскими зеркалами и выводным зеркалом с отверстием обратной связи, была использована для ТТЛ с диодной накачкой с теми же двумя лазерными головками.

Рис.3 Оптическая схема неустойчивого резонатора 1,2-термолинзы активных элементов, 3,4- отражающие зеркала, 5-выводное зеркало с отверстием

Отверстие выводного зеркала 5 изображается само на себя элементами 1,2 и 4. Выполнение условия самоизображения отверстая (/г=/ и позволяет практически без потерь мощности пропустить через него пучок, распространяющийся со стороны активного элемента 1. Диаметр отверстия А не

превышает диаметр сечения активных элементов с целью обеспечения оптимального заполнения их объема излучением. Расстояние /; выбирается исходя из требуемого уровня расходимости излучения, верхний предел которого равен ¿/211. Необходимое увеличение М при заданном расстоянии Ь реализуется выбором расстояния 13 между активными элементами. Для случая одинаковых фокусных расстояний / тепловых линз, что, как правило, реализуется на практике,

¡з=2/-/(М-1//4М ¡1

При расстройке от софокусного расположения активных элементов А-/(М-])3/4М //>0, (М<0), резонатор эквивалентен резонатору, состоящему из плоского и вохнушго зеркал, расположенных на расстоянии 11 друг от друга, причем радиус кривизны вогнутого зеркала Н=//А.

Со стороны левого зеркала 3 в сторону зеркала 5 распространяется расходящаяся сферическая волна. На поверхности зеркала 5 диаметр этой волны в М раз превышает диаметр отверстия, а центр кривизны ее находится от этого зеркала на расстоянии 21№фЛ-1). Центральная часть волны проходит через отверстие в зеркале и служит для осуществления обратной связи в резонатор, а остальная часть выходит из резонатора в качестве полезного излучения. При необходимости отражающей поверхности зеркала 5 придается кривизна, компенсирующая сферическую составляющую падающей на него волны.

В эксперименте наилучшие результаты были получены при с1=5мм, и=1м, 13=0,75м и М=-1,8.

Мощность излучения уменьшилась до 300Вт, а расходимость составила 1,6мрад, что соответствует лишь 2-х кратному превышению дифракционного предела. Экспериментальные результаты измерения расходимости методом фокального пятна представлены на рис.4.

Рис.4 Экспериментальные результаты измерения расходимости излучения

ТТЛ

Параметры выходного излучения ТТЛ при токе накачки 1=25А приведены в таблице 3 Таблица 3.

Схема резонатора Р (Вт) ср (мрад) АУ(МВт/стер)

устойчивый 500 11,5 4,8

неустойчивый 300 149Д

В таблице указана мощность Р, расходимость <р по уровню 0.8б*Р и средняя сила света 4Р/дар2.

Из полученных результатов видно, что схема с неустойчивым резонатором позволяет при 40% уменьшении мощности более чем в 30 раз повысить осевую силу снега лазерного излучения и рассчитывать на существенное увеличение эффективности применения излучателя в технологических лазерных установках.

В шестой главе представлены расчеты и результата экспериментальных исследований пространственных и энергетических характеристик излучения КгЕ эксимерного лазера "Эклаз". Результаты численного моделирования

электроразрядного эксимерного лазера на смеси Не-Кг-К2 показали, что при оптимальном содержании Кг и К2 соответственно 130 и 4'1'ор при общем давлении 2,5атм можно получить в импульсе лазерное излучения длительностью 30нс с энергией 180мДж. В эксперименте была получена максимальная энергия генерации 150мДж. Пиковая интенсивность излучения составила 6МВт, полный к-п.д. лазера, определяемый как отношение энергии, запасенной в конденсаторе, к энергии излучения, равен 1%; к.и.д. вклада электрической энергии в газ 35%; электрооптический к.п.д. 3%.

С целью получения минимальной расходимости излучения были измерены пространственные характеристики излучения лазера с различными тинами резонаторов. Поверхности зеркал резонаторов были изготовлены с предельно достижимым качеством полировки и отклонениями формы не хуже №0,2; ДЫ<0,1. На первом этапе измерений использовался плоский резонатор, состоящий из «глухого» и полупрозрачного зеркал. Зеркала были изготовлены из полированного кварца с многослойным диэлектрическим покрытием. На длине волны 248нм «глухое» зеркало имело коэффициент отражения К=99.5%. Для оптимизации коэффициента отражения выводного зеркала резонатора использовались полупрозрачные зеркала с Я= 4; 25; 50; 75 и 85%. Измерение энергии проводилось калориметрическим датчиком с апертурой 40 мм. Лазер работал в импульсном режиме. Максимальная энергия генерации ~150мДж была достигнута при К==25%.

Кроме плоского резонатора, использовался резонатор «плоскость-сфера» с фокусным расстоянием сферического зеркала 5м, менее чувствительный к разъюстировке. С этими резонаторами методом фокального пятна была измерена расходимость излучения лазера. Один из калориметров измерял энершю в отраженном от 1рани оптическою клина опорном луче. Второй калориметр измерял долю энергии луча, прошедшего через калиброванную диафрагму (0=1+40 мм), установленную в фокусе линзы с фокусным расстоянием 1 м.

Расходимость излучения по уровню энергии 0,8 составила для обоих резонаторов бмрад, что значительно превышает дифракционную (<рд,ф=ю.075мрад).

Далее были проведены исследования резонатора с пространственной селекцией и неустойчивого телескопического резонатора с коэффициентом увеличения 10 (см.рис.5). В резонаторе с селекцией использовались диафрагмы диаметром 0=1;О.5;О.Змм. При значительном падении энергии в импульсе удалось достигнуть минимальной расходимости ф0>8Е=0.5мрад при 0=О.Змм. Применение резонатора с пространственной селекцией, хотя и приводит к существенной потере энергии, может обеспечить бблыную силу света выходного излучения. Но наилучшие результаты были гголучены с неустойчивым телескопическим резонатором. При увеличении М=10 была получена расходимость Оо.8Е=0,4мрад, что более чем на порядок лучше расходимости доя плоского резонатора.

а

¿Г

Рис.5 Резонатор с пространственной селекцией (а) и неустойчивый телескопический резонатор (б) Сравнительные харакгеристики излучения представлены в таблице 2.

Таблица 2

Параметры Плоский резонатор Селективный р-р с диафрагмой 0 НТР с М=10

1мм 0,5 мм 0,3 мм

Энергия в импульсе, мДж 150 18 5 2 100

Расходимость по уровню энергаи 0,8, мрад 6 1.4 U 0,5 0,4

Средняя сипа света, кДж/стерад 5,3 12 4,4 10 800

Из таблицы видно, чго наибольшую энергическую эффективность лазера обеспечивает плоский резонатор. Неустойчивый и селективный резонатор с диафрагмой 01мм имеют энергетическую эффективность, меньше в 1,5 и 8 раз соответственно. Однако данные резонаторы обеспечивают меньшую расходимость излучения лазера и по силе света селективный резонатор превосходит плоский в 4 раза, а неустойчивый - более, чем на 2 порядка.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Разработаны методики исследования энергетических и пространственных характеристик излучения мощных С02> твердотельных и эксимерных лазеров для длин волн - Юмкм, 1064нм и 248нм.

2. Для ЭИ СОг-лазеров атмосферного давления проведена оптимизация состава смеси АС и экспериментально показано, что для характерных условий накачки ненасыщенный коэффициент усиления, который обеспечивают "легкие" смеси тапа C02:N3:He=l:l:6, на 20% выше, чем традиционные смеси 1:2:3, 1:5:2 или 1:6:3. Измерения распределения ненасыщенного коэффициента усиления (Ко) по сечению АС как для традиционных смесей, так и для смесей, содержащих добавки водорода и аршна, показали, что величина Ко1"* практически не

изменяется по высоте разрядного промежутка на разных смесях и уменьшается в поперечном направлении на 50% только на расстоянии ±10см от продольной оси разряда.

3. Комплексные экспериментальные исследования зависимости расходимости излучения мощного импульсного ЭИ С02-лазера атмосферного давления от мощности и дди-кшьносш накачки, интенсивности вынужденного излучения, состава смеси и параметров резонатора показали, что:

• на расходимость излучения импульсного ЭИ С02-лазера существенное влияние оказывают катодная и анодная волны плотности и волны плотности, возникающей на границе лазерного пучка вследствие эффекта теплового самовоздействия. Показано, чго только из-за эффекта самовоздействия расходимость излучения более чем в три раза превышает дифракционный предел.

• угловое раафеделение интенсивности изду чения мощною ЭИ С02-лазера в течение импульса генерации при длительности импульса излучения ¿ЗОмкс имеет широкие и достаточно интенсивные крылья дшираммы направленности излучения, которые образуются спустя 10+15мкс после начала генерации даже при убывающей во времени мощности излучения.

• при длительности импульса накачки т„^30мкс наименьшую расходимость излучения обеспечивают смеси с содержанием Не на уровне 75% и отношением [С02]:[Ы2]=1+2.

4. Б результате проведенных исследований найдены рабочие смеси, позволяющие получать расходимость излучения Эй СОглазера, близкую к дифракционной, при высоком удельном энергосъеме, характерном для традиционно используемых смесей. Для широкоапертурного резонатора с размерами аиер1уры 10x20см в импульсном режиме получена расходимость (2+3)-10"чрад по уровню 0,8 полной энергии.

5. Применение редких изотопов С02 в АС ЭИ СОу-лазера позволило получил, генерацию излучения в спектральных диапазонах 9.3+9,6мкм и 11.2+11,6мкм.

6. Экспериментально показано, что оптическая схема с неустойчивым резонатором отрицательной ветви диаграммы устойчивости позволяет более чем в 30 раз повысил, осевую яркость излучения ТТЛ с диодной накачкой.

7. Экспериментально показано, что применение неустойчивого телескопическою резонатора для эксимерного Кг*'-лазера позволяет в 10 раз улучшить расходимость ею излучения при незначительной потере выходной мощности.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Белоусова ИМ, Глухих И.В., Дутов А.И., Курзенков В.Н., Чирков В.Н., Ячнев И.Л Исследование спектра излучения ЭИ СО^-лазера /Квантовая Электроника. 1986. Т.13, №2, с.260-265.

2.Белоусова ИМ., Глухих И.Е, Дутвв А.И., Чирков В.Н., Ячнев И.Л. Спектрально-энергетические характеристики излучения ЭИ СОа-лазера //Квантовая Электроника. 1987. Т.14, №2, с.378-381.

3.Гиухих И.а, Дутов А.И., Чирков В.Н., Ячнев ИЛ. Исследование расходимости излучения импульсного СОг ЭИЛ /Квантовая Электроника. 1991. Т. 18, №2, с.214-218.

4.Глухих И.Е, Гордеева М.Н., Дутов А.И., Чирков ЕН., Ячнев И.Л. Влияние Аг на характеристики излучения СОг ЭИЛ /Квантовая Электроника. 1991. Т.18, №11, с.1301-1303.

5.Глухих И.В., Гордеева М.Н., Дутов А.И, Ячнев ИЛ. Влияние показателя преломления и состава смеси на расходимость излучения СОг ЭИЛ /Квантовая Электроника. 1991. Т.18, №11, с1299-1301.

6.Глухих ИВ., Дутов А.И., Федоров С.В., Чирков В.Н., Юрьев М.С., Ячнев ИЛ. Активная среда, обеспечивающая дифракционную расходимость излучения электроионизационного СОг-лазера /Письма в ЖТФ. 1990. Т.16, №11, с.56-59.

7.Глухих ИВ., Горячкин ДА., Дутов ЛИ. Калинин В.П., Козловская ИМ., Чирков КН. Шерстобитов ЕЕ., Ячнев И.Л. Влияние длины неустойчивого

резонатора на расходимость излучения COj-лазера атмосферного давления //Письма в ЖТФ. 1987. Т.13, №4, с.240-243.

8.Глух1П И.а, Гордеева М.Н., Дутов А.И., Федоров С.В, Чирков ВН., Ячнев ИЛ. Вынужденное рассеяние в активной среде импульсного CQj-лазера и расходимость лазерного излучения ¿Известия АН СССР сер.физ. 1991. T.S5, №2, с.389-393.

9.Баландин А.Н., Гаркуша Б.Ф., Глухих И.Е, Град А.Г., Жданов И.Е, Желтов В.А., Кузнецов ВС., Юдин А.М., Ясевич В.Ю., Яценко Б.П. Эксимерный лазер дли микротехнологии //Приборы и техника эксперимента.1994. №5, с. 117-125.

10.1'лухих И.В., Дутов А.И., Чирков В.Н., Ячнев ИЛ. Расходимость излучения импульсного электроионизационного СОг - лазера с широкоапертуриым резонатором //Препринт НИИЭФА 11-0971.-М.:ЦНИИатоминформ, 2002, 7с., с ил.

11.Глухих И.В., Дутов А.И., Чирков В.Н., Ячнев И.Л. Распределение ненасыщенного коэффициента усиления по сечению активной среды ЭИ COj -лазера // Препринт НИИЭФА П-0972.-М.:ЦНИИагоминформ, 2002,23с., с ил.

12.Белоусова И.М., Глухих И.В., Дутов А.И., Чирков ВН., Ячнев И.Л. Влияние изотопического состава двуокиси углерода на параметры излучения ЭИ СОг-лазера //Оптика лазеров, 1987, Л., Тезисы докладов, с.78

13.Глухих И.В., Кубасов В.А., Курунов Р.Ф., Поликарпов С.С., Смирнов ВГ., Филимонов М.М. Исследование излучштаиьных характеристик мощных непрерывных инжекционных лазеров спектрального дианозона 798- 820 нм на безалюминиевых структурах InGaAsP, //Международная конференция "Прикладная оптика - 2000". Сб. трудов, т. 1, с. 97-98.

14.Глухих И.В., Кубасов ВА., Курунов Р.Ф., Поликарпов С.С., Смирнов ВГ., Суровцев ВА., Филимонов М.М. Исследование спектральных характеристик импульсно-периодических линеек лазерных диодов. //Известия Академии наук. Серия физическая. 2001. т. 65, № б, с 891-897

15.1'лухих HB., Кубасов ВА., Курунов Р.Ф., Поликарпов С.С., Смирнов В.Г., Филимонов М.М. Исследование излунательных характеристик мощных непрерывных лазеров спектрального диапазона 790-820 нм на безалюминиевых структурах ïnGaAsP.//M.: ЦНИИатоминформ. 2001,32с. ( Препринт НИИЭФА : 11-0964).

16.1 лухих И.В., Коваль Ю.П., Кубасов В.А., Петровский В.А., Привезенцев В.В., Поликарпов С.С., Филимонов М.М.Непрерывные линейки лазерных диодов мощностью 10Вт с высокоэффективным теплоотводом. //Гез. докл. 4-го Белорусско-Российского семинара "Полупроводниковые лазеры и системы на их основе", 20-25 мая, 1999, Минск, Беларусь, с. 32-34. 17.1 'лухих И.В., Кубасов ВА., Курунов Р.Ф., Поликарпов С.С., Суровцев В.А., Филимонов М.М.Исследование спектров излучения индивидуальных митгеров импульсно-периодических линеек лазерных диодов на основе соединения InGaAsP.// Сб. ВАНТ, Серия электрофизическая аппаратура, вып. 7,2002, с. 3-9. 18.Glukbikh LV., Kubasov V.A., Kurunov R.F., Polikarpov S.S., Smirnov V.G., Surovtsev V.A., Filimonov MM. The investigation of the radiation dynamics of QCW laser diode linear array. //X Conferense on Laser Optics, St Petersburg, Russia, June 26-30, 2000. ThA4-p.l3.

Ш'лухих И.В., Коваль Ю.П., Кубасов B.A., Курунов Р.Ф., Привезенцев В.В., Поликарпов С.С., Фролов C.B., Филимонов М.М. Мощные непрерывные линейки лазерных диодов с высокоэффективным теплоотводом для накачки твердотельных лазеров. //Вопросы атомной науки и техники. Серия: электрофизическая аппаратура, СПб, в.1 (27), 2002, с. 83-87

20.Кононенхо В.К., Цвирко В.И., Глухих И.В., Кубасов В.А., Поликарпов С.С., Филимонов М.М. Спектральные характеристики мощных кванговоразмерных лазерных диодных линеек. /Международная конференция "Лазерная физика и применения лазеров" ICPLA-2003, Минск, 14-16 мая,с.37.

21.Kononenko V.K., Tsviiko V.l., Glukhikh I.V., Kubasov V.A., Polikaipov S.S., Filimonov M.M. Output power and spectral characteristics of quantum - well lasa

diode bars, // Proc. of Intl. Conf. on Laser Applications and Optical Metrology (ICLAOM-03X December 1-4,2003, New-Delhi (India), P.259-262 22.Kononenko V.K, Tsvirko V.I, Glukhikh IV., Kubasov V.A., Polikarpov S.S., Filimonov MM. Spectral characteristics of power quantum- well laser diode barv/XI Conference on Laser Optics, St-Petersburg. 2003. P. 37 23,1'лухих И.В., Кубасов B.A., Курунов Р.Ф., Поликарпов С.С., Цвирко В.И. Особенности спектральных лазерных линеек в системе GaAs-AlGaAs. /Материалы V Международной научно- технической конференция "Квантовая электроника", Минск, 22-25 ноября 2004 г. с.89.

24.1 'лухих И.В., Поликарпов С.С., Иривезенцев В.В., Степанов AJ3., Фролов С.В. 300Вт Nd:YAG лазер с диодной накачкой. //Сборник статей 5-ю Ьелоруссхо - Российского семинара "Полупроводниковые лазеры и системы на их основе" Минск, 1-5 июня 2005г., с.148-151

25.Glukhikh I.V., Kononenko V.K., Polikarpov S.S., Privezentsev V.V., Tsvirko V.I. Output performance characteristics of laser diode bars for quantizers И Proc. VIET Scientific Conf. on Optoelectronic and Electronic Sensors (СОЕ 2004). - Wroclaw, 2004, P.421-424.

26.1 лухих И.В., Иривезенцев В .В. Расчет предельной мощности линейки диодов, расположенной на модуле с цилиндрическим каналом охлаждения. // 1'езисы международной конференции"Лазерная физика и применения лазеров", Шнек, Беларусь, 14 - 1бмая 2003 г.,1-14с

27.Glukhikh IV., Matveentsev A.V., Polikarpov S.S,, Sevastianov S.R, Mayorov A.P., Dub A.D., Volkov V.G., Gratsa E.V. 0,81 pm CW laser bars with hyperthin InGaAs active layers. // XI Conference on Laser Optics, St- Petersburg, 2003. P.94

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

29.Glukhikh IV., Polikarpov S.S., Privezentsev V.V., Frolov S.V. 320W CW diode-pumped Nd: YAG laser //Technical Program XII Conference on Laser Optics, St Petersburg, 2006, p.40

30.Glukhikh I.V., Polikaipov S.S, Privezentsev V.V., Frolov S.V. 500W CW diode-pumped Nd:YAG laser // International Conference on High Power Laser Beams HPLB-2006, Нижний Новгород, 2006

31 .Глухих И.В., Поликарпов С.С., Привезенцев В.В., Фролов СВ.Модули накачки на основе линеек лазерных диодов Silver Bullet // 6-й Белорусско-Российский Семинар «Полупроводниковые лазеры и системы на их основе», 4-8 июня 2007 года, Минск (Беларусь), стр. 81-83

32.Ghikhikh LV., Polikarpov S.S., Frolov S.V. Unstable Resonator for Diode Pumped 300W CW Nd:Yag laser //International Conference CLEO/IQEC-2007, Munich-2007. CA-15, P.48

33.Ghikhikh I.V., Kunmov R.F., Charukchev A.V., Smimov V.G. Source of Radiation for Diagnostics of the Divertor Plasma on the ITER Facility ¿Plasma Devices and Operations, V.16, no.3, Sept.2008, pp.211-222

34.Gtakhikh I.V., Frolov S.V., Polikaipov S.S. 300W CW diode pumped Nd:YAG aser with improved divergence of output beam // Technical Program, Photonics West Conference, San Jose, California, USA, 19-24 Jan. 2008, p.308

35.GluMiikh I.V., Kunmov R.F., Polikarpov S.S., Frolov S.V. The development of KW level output power diode pumped solid state lasers in the D. V. Efremov Institute // Сборник тезисов докладов, Международная конференция "Мощные лазеры и исследования физики высоких плотностей энергий", Саров, 11-14 марш 2008, стр.68-69

ЗбГлухих И.В., Поликарпов С. С., Фролов С. В. Мощные твердотельные лазеры с диодной накачкой в НИИЭФА им. Д В. Ефремова //тезисы 6-ой Всероссийской научно-технической конференции "Проблемы создания лазерных систем", Владимир, сентябрь 2008, с.8

37.GIukhikh LV., Polikarpov S.S., Privezentsev V.V., Frolov S.V. Temperature mode of the microchannel heat exchanger for powerful CW laser diode bar//

Technical Program, XIII Conference on Laser Optics, St. Petersburg, 2008, p. 68

38.Glukhikh I.V., Polikarpov S.S., Stepanov A.V., Frolov S.V. Diode Pumped Nd:Yag laser with low beam divergence // EPS-QEOD EUROPHOTON Conference on SolidState and Fiber Coherent Light Sources, Pisa, Italy, 10-15 September 2006, TuC25, P. 24

39.Glukhikh I.V., Polikarpov S.S., Privezentsev V.V., Frolov S.V. High-power CW diode-pumped Nd: YAG rod laser for industrial applications// Материалы шестой Международной конференции "Квантовая Электроника", Минск, 14-17 ноября 2006г., стр.52

40.Буничев А.П.,Глухих И.В.,Микаелян Г.Т.,Панарин В.А., Поликарпов С.С., Соколов С.Н., Фролов С.В. Полупроводниковый излучатель мощностью 100Вт для селективной накачки активной среды на парах Cs // 6-ой Белорусско-Российский семинар "Полупроводниковые лазеры и системы на их основе", Минск, 2007г., стр. 77-80

41.Glukhikh I.V., Kurunov R.F., Polikarpov S.S. and Frolov S.V.Intracavity frequency doubling 15WQCW diode pumped Nd:YAG laser// The 15th International Conference on Advanced Laser Technologies ALT-07, September 3 - 7, 2007, Levi, Finland, Conf. Abstracts P. 166

42.Глухих И.В., Поликарпов C.C., Фролов C.B., Волков А.С., Привезенцев В.В. Охлаждение лазерных диодных сборок конструкции Silver Bullet //Журнал технической физики, 2010, том 80, вып. 6, стр. 101-106

43.Глухих И. В., Димаков С.А., Курунов Р.Ф., Поликарпов С.С., Фролов С.В. Мощные твердотельные лазеры на Nd:YAG с поперечной диодной накачкой и улучшенным качеством излучения // Журнал технической физики, 2011, т.81, вып.8, стр.70-76

Подписано к печати 21.12.2011 Формат 60х90/16.уч.-изд.л.0,9. Тираж 100 экз. Заказ №97 Отпечатано в НИИЭФА

ВВЕДЕНИЕ.

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТАНОВОК.

ГЛАВА 1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И УСИЛЕНИЕ АКТИВНЫХ СРЕД ЭИ-С02 ЛАЗЕРОВ.

ГЛАВА 2. РАСХОДИМОСТЬ ИЗЛУЧЕНИЯ ЭИ-С02 ЛАЗЕРОВ.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЯ СПЕКТРОВ ИЗЛУЧЕНИЯ С02 ЛАЗЕРА

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРНЫХ ДИОДОВ.

ГЛАВА 5. ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ЛАЗЕРЫ С ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ

ГЛАВА 6. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭКСИМЕРНОГО ЛАЗЕРА «ЭКЛАЗ».

С момента открытия лазеров, проблема формирования узконаправленного лазерного излучения всегда была самостоятельной и актуальной задачей. В большинстве фундаментальных задач взаимодействия мощного лазерного излучения с веществом, проблем лазерного термоядерного синтеза, специальных или технологических применений лазеров требуется либо доставка излучения на значительные расстояния, либо его фокусировка в пятно минимальных размеров. Для этого необходимо обеспечить максимальную яркость лазерного излучения, которая прямо пропорциональна мощности и обратно пропорциональна квадрату расходимости лазерного излучения. Поэтому проблема формирования узконаправленного излучения в лазерах различных типов и назначений является актуальной задачей до настоящего времени. Эта проблема, в частности, остро стоит при разработке мощных С02, твердотельных и эксимерных лазеров.

СО2 лазеры являются наиболее широко распространенными источниками когерентного излучения среднего ИК диапазона. К достоинствам этих лазеров можно отнести простоту их конструкции, высокий коэффициент полезного действия Г|~ 20% /'/ и возможность однородного возбуждения активной среды (АС) большого объема.

Особое место занимают электроионизационные (ЭИ) С02- лазеры

ЭИЛ) с несамостоятельным разрядом /2/, /3/, /4/, /5/, /б/, объем АС которых может достигать нескольких сот литров, а поперечные размеры лазерного пучка нескольких десятков сантиметров /7/. В ЭИ лазерах ионизация газовой смеси производится пучком быстрых электронов с энергией 150-н300кэв, а энергия возбуждения вкладывается в активную среду при оптимальной напряженности электрического поля Е/р=3-^5кВ/см-атм. При этом для различных газовых смесей С02:1Ч2:Не достигаются достаточно высокие

2 1 значения коэффициента усиления активной среды на уровне (2-И-)-10" см" /4/. Энергия излучения таких лазеров может достигать нескольких килоджоулей при длительности импульса генерации в несколько десятков микросекунд, при этом пиковая мощность составляет сотни мегаватт /8/.

ЭИ С02-лазеры находят применение в производственных технологических процессах, научных исследованиях и при решения специальных задач (дальняя связь, передача энергии на расстояние, лазерная коррекция орбит искусственных спутников Земли /9/, /10/). В настоящее время мощные С02 системы находят свое применение при ликвидации пожаров на нефтяных скважинах и аварий на радиационно опасных объектах.

В большинстве практических случаев лазерное излучение должно обладать минимальной расходимостью, по возможности, близкой к дифракционному пределу 0д~А,/Т) (к - длина волны, Б - апертура лазерного пучка).

На расходимость лазерного излучения существенное влияние оказывает выбор оптической схемы резонатора, применяемого в лазере, а также оптические неоднородности активной среды /п/.

В ЭИ СОг-лазерах с большими поперечными размерами АС, обычно, применяются неустойчивые резонаторы (НР), способные без потерь энергии обеспечить генерацию излучения с предельно малой расходимостью, определяемой дифракцией излучения на выходной апертуре /и/.

Однако наличие в АС лазера оптических неоднородностей приводит к ухудшению расходимости излучения даже при использовании НР. В ЭИ С02-лазерах причинами их появления могут быть, например, приэлектродные

12 13 волны сжатия и разрежения / /, стримеры и токовые шнуры II и газодинамические возмущения при неоднородном возбуждении АС /|4/.

Даже в импульсном режиме работы ЭИ С02 лазера и при неподвижной газовой среде расходимость его выходного пучка далека от дифракционной /15/.

Эксперименты, описанные в показали, что качество пучка резко ухудшается уже в течение импульса генерации ~20мкс. В этой же работе было показано, что во время генерации в АС ЭИ С02- лазера атмосферного давления возникают оптические неоднородности, являющиеся причиной снижения его качества. Эти оптические возмущения, причиной возникновения которых является само излучение, обычно называют неоднородностями самовоздействия.

В работе /1б/ были выполнены численные расчеты, чтобы объяснить наблюдавшийся экспериментально факт сильного уменьшения яркости лазерного пучка за время импульса генерации (тимп=20мкс). В модели расчетов предполагалось ухудшение оптического качества АС лазера из-за проникновения в объем резонатора акустической волны самовоздействия, возникшей на краю пучка. Однако согласия между экспериментальными и расчетными данными получено не было. В эксперименте яркость лазерного пучка за время светового импульса уменьшалась значительно быстрее.

До последнего времени традиционно используемыми в крупномасштабных ЭИ импульсно-периодических (ИП) СОг-лазерах атмосферного давления являлись рабочие смеси типа С02^2:Не = 1:5:2, 1:6:3. Такой состав смеси был обусловлен экономией Не и большей, чем в других смесях, устойчивостью разряда. Благодаря способности генерировать в течении 4СН-5 Омкс, такие смеси обеспечивают съемы энергии до нескольких десятков килоджоулей / /.

Однако как состав традиционных смесей, так и длительности импульсов накачки тн>15^-20мкс не являются оптимальными для достижения минимальной расходимости излучения ЭИЛ. Так, на стенде, описанном в /7/ на смеси С02:1Ч2:Не =1:5:2 в импульсном режиме и при использовании неустойчивого телескопического резонатора (НТР) была получена расходимость излучения, составляющая по уровню 0,5 полной энергии 2x10" Зрад, что почти в 30 раз превышает дифракционный предел (9д=7х10"5рад).

Пути достижения расходимости ЭИ С02-лазеров на уровне 10"4рад и, в дальнейшем, дифракционной расходимости без существенного снижения энергии излучения были не ясны.

Кроме энергетических и пространственных характеристик лазерного излучения эффективность использования С02-лазеров в таких областях, как лазерная химия, нелинейная оптика и других требуется иметь возможность генерации излучения в узком спектральном интервале и перестраивать длину волны излучения. В то же время спектральный интервал линии генерации лазера имеет значение при прохождении лазерного луча через протяженные трассы в атмосфере. Применение редких изотопов двуокиси углерода в С02-лазерах позволяет обогатить спектр излучения и уменьшить потери на поглощение при прохождении лазерного луча через атмосферу. В нескольких работах теоретически /17/, /18/, /19/, /20/, /21/ и экспериментально /19/, /22/, /23/, /24/ изучался спектр излучения импульсных ЭИЛ, однако, в них исследовались лазеры с длительностью импульса накачки тн< 1мкс.

Расчет спектра излучения ЭИЛ атмосферного давления с длительностью накачки в несколько десятков микросекунд был выполнен в п с

Расчеты, аналогичные проведенным в / /, были опубликованы в

26 работе / / при тн=1мкс и тн=40мкс для ЭИЛ атмосферного давления на изотопах 12С1602, 13С1602. Экспериментально спектр излучения ЭИЛ

12 18 13 16 атмосферного давления на изотопах

ХС'°02, С Ог изучался в импульсном

27 режиме при ти

2мкс Г/.

Проведение спектральных исследований излучения ЭИ С02-лазера при длительности накачки активной среды в несколько десятков микросекунд представляло интерес.

Проблема уменьшения расходимости излучения также актуальна для эксимерных лазеров, которые применяются в качестве источника ультрафиолетового излучения для литографии, в установках модификации поверхности и микрообработки материалов. В настоящее время разработкой и производством эксимерных лазеров занимаются свыше десятка фирм и предприятий. Выпускаются лазеры с излучением на длинах волн 157 нм (на ¥2), 193 нм (на АгБ), 248 нм (на КгБ), 308 нм (на ХеС1), 222 нм (на КгС1). Средняя мощность лазеров лежит в диапазоне от единиц до сотни ватт.

Энергия в импульсе изменяется от единиц миллиджоулей до нескольких джоулей при длительности импульсов 10-к300нс, частоте следования от десятка до сотен герц. Ресурс работы лазеров с обновлением газовой смеси достигает 108 импульсов. Стабильность мощности излучения от импульса к

28 импульсу 3-г10%, к.п.д. 1-г-5% / /. Максимальные мощности излучения эксимерных лазеров обеспечивают плоские резонаторы. Однако при этом расходимость излучения составляет для сантиметровых апертур несколько миллирадиан, что почти на два порядка превышает дифракционный предел.

Это обстоятельство является принципиальным ограничением, например, в ряде актуальных задач микроэлектроники, в которых для создания топологии больших микросхем требуется фокусировать излучение эксимерных лазеров в пятно размерами 2-^3мкм. Для этого было необходимо улучшить расходимость излучения лазера до уровня ~1СГ4 рад, а это требовало проведения исследования энергетических и пространственных характеристик излучения эксимерного лазера.

Мощные непрерывные твердотельные лазеры (ТТЛ) могут рассматриваться как альтернатива хорошо разработанным С02 - лазерам в различных технологических процессах вследствие компактности и надежности конструкции, стабильности параметров и возможности применения гибких волокон для доставки излучения до объекта воздействия. Однако традиционные ТТЛ с ламповой накачкой обладают низкой эффективностью, и расходимость излучения таких лазеров в 20-100 раз превышает дифракционный предел. Это обстоятельство не позволяет в полной мере реализовать преимущества технологических операций, требующих высокой степени концентрации излучения. В то же время лазеры ближнего ИК диапазона представляют значительный интерес в связи с более высоким поглощением лазерного излучения большинством материалов, применяемых в промышленности.

Использование диодной накачки решает многие проблемы при разработке мощных технологических ТТЛ, позволяя создавать более эффективные лазерные комплексы. Для достижения мощности генерации киловаттного уровня, как правило, используется поперечная накачка цилиндрического активного элемента сборками лазерных диодов. Однако возникновение тепловой линзы и наведенного двулучепреломления в активном элементе является препятствием при создании мощных ТТЛ с высоким качеством лазерного излучения. Кроме того, при использовании плоского резонатора генерация происходит на нескольких поперечных модах и расходимость излучения существенно превышает дифракционный предел.

Таким образом, для большинства практических применений газовых и твердотельных лазеров задача достижения расходимости излучения, близкой к дифракционному пределу, является актуальной.

Положения, выносимые на защиту.

1. Экспериментально установлено, что "легкие" смеси обеспечивают более высокий (по сравнению с традиционными смесями) ненасыщенный коэффициент усиления АС ЭИ С02-лазера атмосферного давления с длительностью импульса накачки Ю-г-ЗОмкс.

2. Экспериментально показано, что при длительности импульса накачки тн<30мкс наименьшую расходимость излучения ЭИ С02-лазера атмосферного давления обеспечивают смеси С02:К2:Не с содержанием Не на уровне 75% и отношением [С02]:[1Ч2]=1-К2.

3. Применение широкоапертурного резонатора с размерами апертуры 10x20см позволяет в импульсном режиме получить расходимость излучения ЭИ С02-лазера равную (2н-3)Т0~4рад по уровню 0,8 полной энергии.

4. Экспериментально установлено, что генерация ЭИ С02-лазера атмосферного давления с длительностью импульса накачки ЗОмкс протекает одновременно на нескольких вращательных переходах Р(14)-Н°(20) с выделением 70+90% полной энергии на переходе Р(20).

5. Использование неустойчивого резонатора отрицательной ветви диаграммы устойчивости для ТТЛ с диодной накачкой непрерывного действия позволяет получить расходимость излучения только в 2 раза превышающую дифракционный предел.

6. Применение неустойчивого телескопического резонатора для эксимерного КгР лазера позволяет в 10 раз улучшить расходимость его излучения при незначительной потере выходной мощности.

Описание экспериментальных установок.

Стенд "Модуль-2"

Основные экспериментальные методики, использованные в данной работе для измерения энергетических, пространственных и спектральных характеристик лазерного излучения, были отработаны на лазерном стенде "Модуль-2" в Государственном Оптическом Институте. Стенд "Модуль-2" представляет собой импульсный ЭИ С02-лазер атмосферного давления с длиной активной среды 1м. Электронный ускоритель-тетрод с прямонакальным катодом позволял получать пучок электронов с энергией на входе в фольговый узел до 200кэВ и изменять плотность тока в пределах 5^20мА/см2.

Электрическая схема с частичным разрядом накопителя применялась для питания разряда газоразрядной камеры (ГРК). Максимальная напряженность электрического поля разряда составляла 5кВ/см при межэлектродном расстоянии в 10см. Концентрация электронов разряда на квазистационарной стадии разряда длительностью до ЗОмкс не превышала 3-10,2см"3.

Для вывода излучения использовался неустойчивый телескопический резонатор с прямоугольными зеркалами и различными увеличениями

М= 1,5-т-З, размещенными на расстоянии 2м друг от друга внутри разрядной камеры. Размер стороны вогнутого зеркала составлял 116мм.

Постоянно контролируемыми в экспериментах параметрами являлись токи электронного пучка и разряда, энергия и форма импульса излучения. Ток пучка измерялся поясом Роговского, ток разряда - безындуктивным шунтом, энергия генерации - стандартными термопарными калориметрами КТП-5-2. Форма импульса излучения регистрировалась фотоприемниками типа "Свод". Хорошая воспроизводимость характеристик разряда и лазера наблюдалась в течение, по меньшей мере, 30 разрядов при одном напуске рабочей смеси в камеру. Удельная энергия накачки менялась в пределах 10СИ-300 Дж/л-атм.

Установка "Максим"

Лазерная установка "Максим" представляет собой импульсный ЭИ СОг-лазер квазинепрерывного действия с замкнутым газовым контуром и объемом активной среды 2л. При максимальной скорости протока газа 21м/с и расходе газа 0,8кг/с частота следования импульсов длительностью ЗОмкс составляла 200Гц. Для формирования излучения применялся двухпроходный неустойчивый телескопический резонатор. Максимальная средняя мощность генерации установки "Максим" - 10кВт.

Устройство ионизации - электронный ускоритель - имел следующие основные физико-технические и конструктивные параметры:

Тип электронно-оптической системы.планарный триод

Ускоряющее напряжение.200-к25ОкВ

Ток нагрузки.6-^10А

Ток за фольгой.2-гЗА

Длительность импульса.ЗОмкс

Площадь выводного окна.80x700мм

Средняя мощность выведенного пучка.7,2кВт

В системе питания разряда ГРК лазера "Максим" использовалась схема с частичным разрядом накопительной емкости со следующими техническими данными:

Номинальное напряжение накопителя.20кВ

Импульсное значение тока разряда.2кА

Длительность импульса разряда.ЗОмкс

Частота повторения мпульсов.50ч-200Гц

Максимальная потребляемая мощность.200кВт

Данная система электропитания обеспечивала удельный энерговклад в разряд ГРК до ЗООДж/л.

Стенд твердотельных лазеров с диодной накачкой

На стенде «Твердотельных Лазеров с диодной накачкой» проводились исследования характеристик излучения созданных в НИИЭФА ТТЛ с диодной накачкой мощностью 150, 300 и 500Вт. Для их создания были разработаны диодные модули накачки, работающие в непрерывном режиме с выходной мощностью излучения 500, 840, и 1400 Вт на основе линеек лазерных диодов(ЛЛД) Silver Bullet (SB) фирмы Cutting Edge Optronics (США). 500Вт-ные модули разработаны с использованием базового элемента ASM01C020 мощностью излучения 20 Вт. В модулях с мощностью излучения 840 и 1400Вт использованы сдвоенные ЛЛД типа ASM01C040, каждая из которых имеет мощность генерации 40Вт. Ширина линии излучения ЛЛД составляла ~2нм с максимумом на длине волны 805 нм при температуре 25°С. В лазерных головках использовались Nd:Yag стержни 04^-бмм длиной 80^100мм с концентрацией Nd 0,6%.

Эксимерныйлазер "Эклаз"

Некоторые из освоенных методик использовались при оптимизации параметров излучения эксимерного лазера "Эклаз", разработанного в НИИЭФА.

Упрощенно поперечный разрез излучателя лазера показан на Рис. 1. В дюралюминиевом корпусе излучателя 9 имеются полости газового контура, внутренняя поверхность которых пассивирована атомарным и молекулярным фтором. Сверху к корпусу крепится изолятор 7, на котором установлена металлическая крышка с анодом разрядной камеры. По бокам анода через отверстия выведены искровые электроды (свечи) 6 для у.ф.-предыонизации активной среды. Катод и анод разрядной камеры изготовлены из никеля и имеют профиль Чанга.

Е^ЯТ

Рис. 1 Поперечный разрез излучателя эксимерного лазера

Разрядный промежуток 3 между ними составляет 20мм. Газовый поток обеспечивает вентилятор 4. Конденсаторы 2, индуктивности 5, тиратрон 1 (ТГИ-10000/30) и токопроводящие шины 8 высоковольтной системы импульсного электропитания размещаются таким образом, чтобы обеспечить минимальную индуктивность разрядного контура (Рис. 2.) На Рис. 2 приняты следующие обозначения: 11т, Ьт - эквивалентные сопротивление и индуктивность тиратрона; Со - накопительная емкость; Ьо - индуктивность разрядного дросселя; Ьв, Св - выравнивающие индуктивность и емкость; Яи -сопротивление искрового разрядника; Ьр, Ср - емкость и индуктивность разрядного промежутка; Я] , Ь\ - сопротивление и индуктивность разряда.

Рис. 2 Электрическая схема системы питания

На торцах изолятора расположены окна и котировочные узлы с зеркалами оптического резонатора. Для защиты окон излучателя от загрязнения возврат очищенного газа в контур производится в зоны, непосредственно прилегающие к окнам, что обеспечивает поток газа от них к центру разряда. Около выходного зеркала резонатора расположен датчик мощности лазерного излучения, используемый в системе стабилизации мощности лазера при помощи обратной связи по энергии.

Рабочий газ очищается непосредственно во время работы лазера. Часть газовой смеси отбирается из контура при помощи вентилятора и поступает в систему очистки криогенного типа, где загрязняющие вещества вымораживаются при температуре жидкого азота. Для очистки газовой смеси от пыли и аэрозолей используются фильтры с размером ячейки до 0.01 мкм, изготовленные из никелевой керамики.

Принцип действия генератора фтора основан ' на термическом разложении гексафторникелата кальция Са№Р2. Генератор фтора состоит из ампулы с Са№Р2, системы нагрева и полдержания температуры, системы управления и контроля и запорнорегулирующей арматуры. Генератор позволяет сделать 300 заправок фтором рабочего объема лазера и автоматически во время работы лазера добавлять необходимое количество фтора.

В стойку электропитания входит блок управления тиратроном, импульсный трансформатор с выпрямителем и стабилизатором. Там же смонтирована система автоматизированного управления параметрами излучения лазера. Источник импульсного напряжения позволяет получить до ЗОкВ в импульсе длительностью несколько сот наносекунд с последующим обострением до десятков наносекунд. К основным блокам примыкают системы вакуумирования и газонапуска.

Откачка контура производится через азотную ловушку и поглотитель фтора и фторидов. Возможен напуск заранее подготовленной газовой смеси.

Основные выводы

Разработан излучатель непрерывного режима работы мощностью около 100 Вт на длине волны 852 нм с шириной спектральной линии менее 1,3 нм с выводом излучения через жгут волоконных световодов с внешним диаметром 2,7 мм. Использование одиночных лазерных диодов и системы ввода излучения в световод, включающей в себя дополнительный внешний резонатор, в совокупности с индивидуальным подбором рабочей температуры групп лазерных диодов позволило сузить ширину спектрального распределения лазерного излучения до значений 1,1 ч- 1,3 нм, что меньше первоначальной ширины спектральной характеристики отдельного диодного лазера (>1,8 нм).

Таким образом, метод составного резонатора, примененного для сужения спектра мощных диодных лазеров, позволяет создавать наборные излучатели с большой мощностью и с шириной спектра, приемлемой для эффективной накачки газовых лазеров на парах щелочных металлов. Дальнейшее уменьшение ширины спектра излучения возможно при оптимизации конструкции составного резонатора.

Заключение

1. Разработаны методики исследования энергетических, пространственно- временных и спектральных характеристик излучения мощных электроразрядных С02, твердотельных и эксимерных лазеров.

2. Для двух разномасштабных ЭИ С02-лазеров атмосферного давления проведена оптимизация состава смеси АС и экспериментально показано, что для характерных условий накачки ненасыщенный коэффициент усиления, который обеспечивают "легкие" смеси типа С02^2:Не=1:1:6 на 20% выше, чем традиционные смеси 1:2:3, 1:5:2 или 1:6:3. Измерения распределения ненасыщенного коэффициента усиления (К0) по сечению АС как для традиционных смесей, так и для смесей, содержащих добавки водорода и

К мах о практически не изменяется по высоте разрядного промежутка на разных смесях и уменьшается в поперечном направлении на 50% только на расстоянии ±10см от продольной оси разряда.

3. Комплексные экспериментальные исследования зависимости расходимости излучения мощного импульсного ЭИ СОг-лазера атмосферного давления от мощности и длительности накачки, интенсивности вынужденного излучения, состава смеси и параметров резонатора показали, что:

- на расходимость излучения импульсного ЭИ С02-лазера существенное влияние оказывают катодная и анодная волны плотности и волны плотности, возникающей на границе лазерного пучка вследствии эффекта теплового самовоздействия. Показано, что только из-за эффекта самовоздействия расходимость излучения более, чем в три раза превышает дифракционный предел;

- угловое распределение интенсивности излучения мощного ЭИ С02-лазера в течение импульса генерации при длительности импульса излучения <30мкс имеет широкие и достаточно интенсивные крылья диаграммы направленности излучения, которые образуются спустя 10-И5мкс после начала генерации даже при убывающей во времени мощности излучения.

- при длительности импульса накачки тн<30мкс наименьшую расходимость излучения обеспечивают смеси с содержанием Не на уровне 75% и отношением [С02]:р\Г2]=1-к2.

4. Экспериментально установлено, что генерация ЭИ С02-лазера атмосферного давления с длительностью импульса накачки ЗОмкс протекает одновременно на нескольких вращательных переходах Р(14)-^Р(20) с выделением 70-^90% полной энергии на переходе Р(20). Показано, что интегральная за время импульса излучения ширина линии излучения

2 1 вращательного перехода не превышает 2-10" см", а ширина одной из

3 1 зарегистрированных компонент линии менее 4,7-10" см" .

5. В результате проведенных исследований найдены рабочие смеси, позволяющие получать расходимость излучения ЭИ С02-лазера, близкую к дифракционной, при высоком удельном энергосъеме, характерном для традиционно используемых смесей. Для широкоапертурного резонатора с размерами апертуры 10x20см в импульсном режиме получена расходимость (2-^3)Т0"4рад по уровню 0,8 полной энергии.

6. Применение редких изотопов С02 в АС ЭИ С02-лазера позволило расширить спектральный интервал генерации излучения от 9.3-Н 1.4мкм.

7. Экспериментально показано, что оптическая схема с неустойчивым резонатором отрицательной ветви диаграммы устойчивости позволяет более чем в 30 раз повысить осевую силу света ТТЛ с диодной накачкой.

8. Экспериментально показано, что применение неустойчивого телескопического резонатора для эксимерного КгР лазера позволяет в 10 раз улучшить расходимость его излучения при незначительной потере выходной мощности.

1. L.V.Bodakin, G.Sh.Manukyan, A.B.Produvnov, I.A.Tumanov1.dustrial pulse-periodic lOkW C02 laser pumped with EB-controlled longitudinal discharge //SPIE V.2257/109

2. Charles A. Fenstermacher, Murlin J. Nutter, John P. Pink and Keith Boyer «Electron beam initiation of large volume electrical discharges in C02 laser media» Bulletin of the American Physical Society v. 16, January, p.42 (1971).

3. C.A. Fenstermacher, M.J. Nutter, W.T. Leland and K. Boyer «Electron-beam-controlled electrical discharge as a method of pumping of large volumes C02 laser media at high pressure » Applied.Physics Letters. V.20,N2 p56-60 (1972).

4. Н.Г.Басов, Э.М.Белинов, В.А.Данилычев, А.Ф.Сучков «Электроионизационные лазеры высокого давления» Вестник АН СССР N3,CTp. 12 18 (1972).

5. Н.Г. Басов, В.А. Данилычев, А.А. Ионин, Н.Б. Ковш, В.А. Соболев "Электроионизационный импульсный ОКГ с энергией излучения 200 Дж" ЖТФ T.XLIII, вып. 11, стр.2357-2363 (1973).-у

6. И.К.Бабаев, С.В.Бардаковский и др. «Расходимость излучения ЭИ С02 усилителя атмосферного давления с длительностью импульса ЗОмкс.» Квантовая Электроника т. 18, N1, стр. 12-14 (1991).о

7. И.К.Бабаев, С.В.Бардаковский и др. «Получение излучения с энергетической силой на уровне тераватт на стерадиан в импульсно-периодическом электроионизационной С02 системе задающий генератор-усилитель.» Квантовая Электроника т. 18,~N1, стр.6-7 (1991).

8. A.R.Kantrowitz. Aeronaut. Astronaut, 9, 35 (1971).

9. Ф.В.Бункин, А.М.Прохоров. УФН,119, 425 (1976).

10. Ю.А.Ананьев. «Оптические резонаторы и проблема расходимости лазерного излучения." Москва, Наука, 1979.

11. Е.Р. Pugh, J. Wallage, J.H. Jacob, D.B. Northam, J.D. Dangherty "Optical quality of pulsed electron-beam sustained lasers" Applied Optics v. 13, p. 2512-2517(1974).

12. Курунов Р.Ф. Канд. Диссертация. Jl., 1990

13. Е.П. Глотов, В.А. Данилычев и др. «Влияние газодинамического движения активной среды в течение импульса накачки на угловую расходимость излучения электроионизационных лазеров» Квантовая электроника т. 5, N9, стр.1924- 1932 (1978).

14. V.G.Roper, H.M.Lamberton, E.V.Parcell, A.W.J.Manley, "Laser induced medium perturbation in a pulsed C02 laser"Optics Comm v.25, N2, p.235-240 (1978).

15. S.A.Roberts and H.M.Lamberton «Numerical predictions of phase distortions due to a heating differential in a C02 laser discharge tube» J.Phys.D:Appl.Phys.,v.l3 (1980) p.1383-90. Printed in Great Britan.

16. B.J.Feldman. IEEE J. QE-9, 1070 (19731

17. Ю.И.Бычков, Ю.А.Курбатов, В.В.Савин. ЖТФ, 44, 803 (1974)

18. Ю.И. Бычков, Ю.А.Курбатов, В.П.Кудряшов. ЖТФ, 49, 1572 (1979)

19. В.В.Осинов, В.В.Савин. Изв.вузов, Сер.Физика, 24, 15 (1981)

20. А.И.Сидоров, В.Н.Чирков, И.Л.Ячнев. Влияние теплового самовоздействия излучения на сдвиг частоты генерации С02- ЭИЛ // Квантовая электроника, 1994, Т.21, №6, С.553-555.

21. Н.Г.Басов, Э.М.Беленов, В.А.Данилычев и др. Препринт ФИАН, М., №58, (1972)

22. В.А.Алейкин, В.Н.Баграташвили, И.Н.Князев и др., Квантовая Электроника, 1, 334, (1974).

23. A.H.M.Olberts. Optical and Quantum Electronics, 9, 536 (1977)5

24. М.Г.Галушкин, В.Г.Лякишев, В.И.Родионов и др. Тез. докл. Всес. конф. «Оптика лазеров». Д., Изд-во ГОИ, 1983, с. 56.

25. Н.Н. Воробьев, М.Г. Галушкин, Е.П. Глотов и др. Квантовая электроника, 11, 1454(1984).9*7

26. С.В.Бардаковский, Н.М.Владимиров, В.П.Зарубин и др. Квантовая электроника, 12, 622 (1985).9 о

27. Технологические лазеры. Справочник. Т.1/ Под ред. Г.А.Абильсиитова. М.: Машиностроение, 1991

28. И.В.Глухих, М.Н.Гордеева, А.И.Дутов, ИЛ.Ячнев Квантовая Электроника, т. 18, №11, 1299 (1991)

29. Ю.В.Григорьев, Л.П.Шантурин ПТЭ, №2 187 (1978)-з 1

30. А.А.Бетин и др. "Обращение волнового фронта лазерного излучения в нелинейных средах", Минск,с.22 (1987)

31. А.И.Дутов и др. ЖТФ, 52, 654 (1982); J.H.Jacob et al. -J.Appl.Phys.,45,2609 (1974)

32. Справочник по лазерам под ред. А.М.Прохорова, т.1, "Сов.радио", М. (1978)

33. J.C.Comly et al. IEEE, J.QE, QE-17, 1786 (1981)

34. Н.Г.Басов и др. Труды ФИАНЛ16, 3 (1980)

35. В.М.Громовенко и др. Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Оптика лазеров", Л-д, с.82 (1982)

36. Е.П.Глотов и др. Труды ФИАН,П4, 3 (1983)

37. M.T.Joder, D.R.Ahouse. Appl. Optics, 27, 673 (1975).

38. V.G.Rooper, H.M.Lamberton, E.W.Parcell, A.W.Manley. Optics Comms, 45, 235 (1978).

39. С.А.Димаков, Л.Н.Малахов, B.E.Шерстобитов, В.П.Яшуков. Квантовая электроника, 10, 397 (1983).

40. В.В.Боровков, В.Г.Корнилов, Б.В.Лаженцев, В.А.Нор-Аревян, Л.В.Суханов, В.И.Челпанов. Изв. АН СССР. Сер. физич., 51, 1276 (1987).

41. А.И.Павловский, В.В.Боровков, В.Г.Корнилов, Б.В.Лаженцев, В.А.Нор-Аревян, Л.В.Суханов, В.И.Челпанов. Квантовая электроника, 16, 1551 (1989).

42. В.Е.Семенов, С.В.Федоров, М.С.Юрьев. Квантовая электроника, 13, 617 (1986).

43. R. W. O'Neil, H. Kleiman, L. С. Margnet, С. W. Kilcline, D. В. Northam. Appl. Optics. 13,314(1974).

44. H. Granek, A. J. Morency. Appl. Optics, 13, 368 (1974).

45. Н.Г.Басов, В.А.Данилычев, В.Д.Зворыкин, И.А.Леонов, И.Г.Рудой,

46. A.M.Сорока, ДАН СССР, 283, 1177 (1985).

47. И.В.Глухих, Д.А.Горячкин, А.И.Дутов, В.П.Калинин, И.М.Козловская,

48. B.Н.Чирков, В.Е.Шерстобитов, И.Л.Ячнев. Письма в ЖТФ, 13, 240 (1987).

49. В.Н.Курзенков, Ю.А.Рубинов, В.Н.Соколов.

50. Опт.-Мех. Пром, №10,8,1983

51. В.А.Данилычев, И.Б.Ковш, В.А.Соболев. Труды ФИАН, 116,98,1980

52. С.В.Федоров, М.С.Юрьев. Квантовая электроника, 10, 1001, 1983

53. Е.П.Глотов, В.А.Данилычев и др. Квантовая электроника, 5, 1924, 1978

54. R.L.Tailor, S.Bitterman. Rev.Mod.Phys., 41,26,1969

55. T.G.T."Winter. J.Chem.Phys. ,3%,2161,1963

56. C.B.Moorse, R.E.Wood, et al. J.Chem.Phys.,46,422,1967

57. G.C.Dente. Proc.SPIE,293,153, 1981.

58. И.В.Глухих, А.И.Дутов и др. Квантовая электроника, 18, №2, 214, 1991

59. J.D.L.H.Wood, P.R.Pearson, J.de PhysiqueM,su^.ll, p.C9-351,19805 8

60. А.С.Еременко, В.В.Любимов и др., Квантовая электроника, 12, №8, 1985

61. А.И.Авров и др., Письма в ЖТФ, 8, №21, 1323, 1982

62. M.J.Joder, D.R.Ahouse. -Appl. Phys. Letts, v.27, № 12, 673 (1975).

63. С.В.Федоров, М.С.Юрьев. Тезисы докл. IV Всес. Конф, "Оптика лазеров". Л.,ГОИ, 1984, с. 152.

64. В.И.Беспалов, В.И.Таланов. Письма в ЖЭТФ, т.З, 471 (1966).

65. Б.Ф.Гордиец и др. Кинетические процессы в газах и молекулярные лазеры.-М.: Наука, 1980.

66. М.Борн, Э.Вольф. Основы оптики. М.: Наука, 1970.

67. W.L.Nighan. Phys. Rev., v.A2, 1989 (1970); St.J.Kask,Ch.Cason. - J.Appl. Phys., T.44, № 4, 1631 (1975).

68. Л.Бергман. Ультразвук и его применение в науке и технике. М.: Изд.-во иностр. лит., 1957.

69. Физическая акустика. Т.2, ч.А / Под ред. У.Мэзона. М.: Мир, 1968.

70. А.С.Еременко, ELB,Любимов, В.Е.Семенов и др. Квантовая электроника, т. 12, № 8,1705, (1985).

71. G.F.Fraizier,T.D.Wilkerson, J.M.Lindsay. Appl. Optics, v.15,1350 (1976).

72. С.А.Димаков, А.Г.Пильменев, В.Ф.Петров и др. Квантовая электроника, т. 12, № 6,1285, (1985).

73. С.В.Федоров, М.С.Юрьев. Квантовая электроника, т.Ю, №5, 1001 (1983).

74. И.В.Глухих, А.И.Дутов и др. Письма в ЖТФ, 16, 56, 1990

75. М.В.Волькенштейн. Молекулярная оптика. -М.: ГИТТЛ, 1956, с. 744.

76. Справочник химика. Т. 1. М. : Химия, 1966, с. 1071 ; Д.Кей, Т.Лэби. Справочник физика экспериментатора. -М.: ИЛ, 1949, с.299

77. R.K.Brimacombe, J.Reid, IEEE J. QE-19, 1668, 1983

78. Landolt-Bornstein.Zahlenwerte und Funktioner aus Physik, Chemilc, Astronomik, Technik.2 Band, 8 Teil.- Berlin: Springer-Verlag, 1962, s.901.

79. JI.В.Ковальчук, А.Ю.Родионов. Оптика и спектроскопия, 65, 1317, 1988755

80. М.С.Юрьев. Оптика и спектроскопия, 62, 136, 1987 И.В.Глухих, М.Н.Гордеева и др. Квантовая электроника, 18, 1299, 1991 В.Г.Бородин, К.П.Бахманин, В.Н.Веснин, А.А.Артемов, С.В.Красов, С.Л.Потапов, А.В.Чарухчев

81. Оптические системы для исследования атмосферы //Оптический журнал. 1999. Т.66, №41. С.47^50

82. B.J.Feldman, IEEE, QE-9, 1070 (1973)

83. Ю.И.Бычков и др., ЖТФ, 44, 803 (1974)

84. Ю.И.Бычков и др., ЖТФ, 49, 1572 (1979)

85. В.В.Осипов и др., Изв. Вузов, Сер. Физика, 24, 15, (1981)

86. Н.Г.Басов, Э.М.Беленов, В.А.Данилычев и др. Препринт ФИАН, М.,1972, № 58.

87. В. А. Алейкин, В. Н. Баграташвили, И. Н. Князев и др. Квантовая электроника, 1,334(1974).

88. А. Н. М. Olberts. Optical and Quantum Electronics, 9, 536 (1977).

89. Витшас Л.Н., Наумов В.Г., Письменный В.Д. и др.

90. Спектрально-временные характеристики импульсного электроионизационного СО2 лазера с криогенным охлаждением рабочей среды //Квантовая Электроника. 1990. Т.17, №8. С.9821. OQ

91. Витшас Л.Н., Наумов В.Г., Письменный В.Д. и др.

92. Управление спектральным составом излучения С02-лазера атмосферного давления с длительностью импульса 40мкс //Квантовая Электроника. 1990. Т. 17, №1. С.60

93. М. Г. Галушкин, В. Г. Лякишев, В. И. Родионов и др. Тез. докл. Всес. конф. «Оптика лазеров». JL, Изд-во ГОИ, 1983, с. 56.

94. С. Freed, L. С. Bradley. R. G. 0' Donnell. IEEE J. QE-16, 1195 (1980). A.-H. Зайдель^ Г. В. Островская, Ю.-И. Островский. Техника и практикаспектроскопии. —М.: Наука, 1976.

95. А. И. Дутов, В. Н. Николаев, В. А. Пивовар, М. С. Юрьев. Изв. АН СССР. Сер. Физич., 45,403 (1981).

96. A. JI. Микаэлян, М. Л. Тер-Микаэлян, Ю. Г. Турков. Оптические генераторы натвердом теле. —М.: Сов. радио, 1967.

97. H.H. Воробьев, М.Г. Галушкин, Е.П. Глотов и др. Квантовая электроника, 11, 1454(1984).

98. C.B. Бардаковский, Н.М. Владимиров, В.П. Зарубин и др. Квантовая электроника, 12, 622 (1985).

99. Б.Ф. Гордиец, А.И. Осипов, Е.В. Ступоченко. JI.A. Шелепин. УФН, 108, 655 (1972).

100. С.Т. Корнилов, С.Н. Чириков. Газовые лазеры. — М.: Энергоатомиздат, 1983, с. 57.

101. А.Н. Писарчик. Тез. докл. конф. молодых специалистов. — JL: ГОИ им. С. И. Вавилова, 1986, с. 196.

102. В.О. Петухов, H.H. Сажина, B.C. Старовойтов и др. Квантовая электроника. 12,416(1985).

103. А.Б. Бахтадзе, В.М. Вецко, H.H. Воробьева и др. Квантовая электроника, 13, 5 (1986).102

104. Е.П.Глотов, В.А.Данилычев, В.Д.Зворыкин и др. Квантовая электроника, 7,630 (1980).

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

106. Glukhikh I. V., Kurunov R. F., Smirnov V. G., Charukchev A. V. Source of radiation for diagnostics of the divertor plasma on the ITER facility // Plasma Devices and Operations, September 2008, V. 16, No. 3J5. 211 222.

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

108. Кейси X., Паниш М. Лазеры на гетероструктурах // М., МИР, 1981.Т.2. 364с.113

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

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

111. A. Sharma, et al, Appl. Phys. Lett., 39, No.3, (1981).

112. W.F. Krupke, et al., Opt. Lett., 28, No.23, p.2336 (2003).

113. R.J. Beach, et al., J. Opt. Soc. Am. B, 21, No. 12, p.2151 (2004).

114. Y. Zheng et al., Opt. Lett. 30 (18), p.2424 (2005).

115. E. Babcock et al., Appl. Opt, 44(15), p.3098 (2005).

116. C. Talbot et al, Appl. Opt, 44(29), p.6264 (2005).

117. B. Zhdanov, et al. Opt. Com, 260, p.696 (2006).

118. Lee S, Choi D, Kim C.-J, Zhou J. Opt. Laser Technol, 39, 705 (2007)123

119. Кравцов H.B. Квантовая электроника, 31, 661 (2001)

120. Гречин С.Г, Николаев П.П. Квантовая электроника, 39, 1 (2009)125

121. Аполлонов В.В., Державин С.И., Кузъминов В.В., Машковский Д.А., Тимошкин В.Н., Филоненко £.Л.//Письма в ЖТФ.1999.Т.25. №1. С.87.

122. BeachR., Benett W., Freitas В., et al JI IEEE J. Quantum Electronics. 1992. Vol. 28. No. 4. P. 966.

123. Ebert T., Treusch G., Loosen P., et al.// SPIE. 1997. Vol.3097.128

124. Глухих И.В., Поликарпов С. С., Степанов A.B. и др.//Материалы 5-ого белорусско-российского семинара, 1-5 июня 2005, Минск, Беларусь^1 90

125. Кутателадзе C.C.//0сновы теории теплообмена. Ленинград: Издательство машиностроительной литературы, 1962, издание 2. С. 176.

126. Петухов B.C., Генин Л.Г., Ковалев С.А.//Теплообмен в ядерных энергетических установках. М: Энергоатомиздат, 1986, издание 2. С.52.131

127. Лойцянский Л./".//Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1973, издание 4. С.441.

128. Golla D.,Rnoke S., et al. Appl. Phys. В, 58,389 (1994)

129. Konno S., Inoue Y., et al. Appl Opt., 40, 4341 ( 2001)

130. Глухих И.В., Поликарпов С.С., Фролов C.B., Волков A.C., Привезенцев В.В.

131. ЖТФ, 2010, т.80, вып. 8, стр. 101-105

132. Глухих И.В., Е.А. Копина и др. Сборник статей 7го Белорусско-Российского семинара «Полупроводниковые лазеры и системы» , 84 (2009)

133. Ю.А.Ананьев. Оптические резонаторы и лазерные пучки. М., 1990. р.328

134. S.A.Dimakov, A.V.Gorlanov, etc. Powerful Nd:YAG laser of two active elements with improved divergence of output beam. Proc. SPIE Vol. 2095, p. 184-187

135. Град А.Г. Препринт НИИЭФА K-0824 М.: ЦНИИатоминформ, 1990.

136. Молчанов А.Г. II Труды ФИАН. Т. 171. М.: Наука, 1986.

137. Лакоба И.О., Сыцько Ю.И, Якубцева Е.Д. // Труды ФИАН. Т. 148. М.; Наука, 1984.