Ионные газоразрядные лазеры на парах металлов с накачкой столкновениями 2-го рода тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правах рукописи

ИВАНОВ Игорь Григорьевич

ИОННЫЕ ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ЛАЗЕРЫ НА ПАРАХ МЕТАЛЛОВ С НАКАЧКОЙ СТОЛКНОВЕНИЯМИ 2-ГО РОДА

Специальность 01.04.03 - радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Ростов-на-Дону 2005

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионально! о образования «Ростовский государственный университет» (РГУ)

Научный консультант доктор физико математических наук, профессор |Сэм Мирослав Францевич]

Официальные оппоненты доктор физико математических наук, профессор Тарасенко Виктор Федотович,

Ведущая организация Физический институт им П Н Лебедева РАН

Защита состоится " 19 " мая 2005 г в 14 часов, на заседании диссертационного совета Д 212 208 10 в Ростовском государственном университете по адресу 344090, г Ростов на Дону, ул Зорге, 5, РГУ, физфак, ауд 247

С диссертацией можно ознакомится в научной библиотеке РГУ по адресу г Ростов на-Дону, ул Пушкинская, 148

доктор физико математических наук, профессор Привалов Вадим Евгеньевич,

доктор физико математических наук, профессор Кравченко Владимир Федорович

Автореферат разослан

апреля 2005 г

Ученый секретарь диссертационного совета Д212.208.10,доктор физико -математических наук, профессор

Общая характеристика работы

Диссертация посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию динамики процессов создания инверсии в лазерах на парах металлов и содержит решение ряда проблем, связанных с исследованием и созданием непрерывных и импульсных ионных газоразрядных лазеров с накачкой столкновениями 2-го рода, генерирующих на нескольких длинах волн, и предназначенных для использования в науке, технике, медицине, связи и др.

Актуальность темы. Стратегия поиска новых лазерных активных сред и новых способов их возбуждения остается актуальной на протяжении нескольких десятилетий, что привело к созданию новых типов лазеров, пригодных для практики, и обогатило фундаментальные разделы физической науки в смежных областях. Создание активных сред с помощью газовых разрядов различного типа привело к появлению класса газоразрядных лазеров, обладающих высоким качеством излучения, что делает их незаменимыми в ряде применений. Получение стимулированного излучения на переходах в ионах химических элементов (металлов либо металлами не являющихся) привело к созданию класса газоразрядных ионных лазеров на парах металлов (ИЛПМ). Разряд в таких лазерах осуществляется в смеси паров металла с буферным инертным газом. Наличие такого газа, потенциалы возбуждения и ионизации которого превышают потенциал однократной ионизации металла и меньше потенциала его двукратной ионизации, способствует передаче энергии от возбужденных и ионизированных атомов инертного газа атомам металла в столкновениях 2-го рода, таких, как перезарядка, Пеннинг-процесс и некоторые другие, приводящих к заселению переходов в однократных ионах металла. В таких процессах можно достичь значительных уровней накачки, чему способствует как относительно высокая скорость ионизации и возбуждения инертных буферных газов электронным ударом, так и то, что из-за высоких эффективных сечений столкновений 2-го рода, как правило, значительно превышающих газокинетическое, вероятность передачи энергии также высока.

Благодаря особенностям расположения уровней, генерация на ионных переходах, в том числе и непрерывная, может быть осуществлена в видимой и УФ-областях спектра, что оказывается необходимым в ряде важных применений лазеров и чего не удается добиться в газоразрядных лазерах на переходах других типов. Активной средой ИЛПМ служит слабоионизованная неравновесная газоразрядная плазма, образующаяся при различных типах электрических разрядов в газовой смеси; при этом реализация ионизационной неравновесности в газовом разряде может обеспечить создание инверсии как в непрерывном, так и в импульсном режимах на большом числе переходов в ионных спектрах металлов. При импульсной накачке с высокой скважностью можно достичь высокой пиковой мощности при достаточно высокой частоте повторения импульсов (десятки килогерц и более).

Таким образом, актуальность работы состоит в необходимости экспериментального обоснования эффективности накачки столкновениями 2-го рода

ионных уровней элементов, экспериментального поиска новых лазерных переходов, эффективных способов их возбуждения в разрядах различных типов и создания новых лазеров. В данной работе отражен научный вклад автора в развитие этого направления. Начало исследований, представленных в диссертации, относится к 1970-м годам, когда стало очевидным, что развитие класса ИЛПМ с накачкой столкновениями 2-го рода сдерживается отсутствием комплексных поисковых исследований, глубокого изучения зависимости параметров активных сред таких лазеров от типов и режимов накачки.

Для выполнения поставленных задач использовались оптические и электрические методы исследований. Часть из них нуждалась в совершенствовании применительно к нашим задачам, некоторые были разработаны заново. Исследования проводились как в импульсном, так и в непрерывном режимах разряда. Импульсный режим возбуждения разряда, кроме повышения энерговклада, позволяет исследовать динамику населенности уровней и генерации от параметров разряда, что часто облегчает выяснение механизма накачки и образования инверсии населенностей. Изучалось поведение характеристик генерации и спонтанного излучения при изменении в широких пределах условий возбуждения и состава рабочих смесей, применялась оптическая накачка, перераспределяющая населенность уровней, измерялись параметры Плазмы и сечения возбуждения для различных процессов. Концентрация заряженных частиц и электронная температура определялись путем зондовых измерений, при помощи СВЧ диагностики, использовались спектроскопические методы.

Предметом исследования в настоящей работе являются активные среды для газоразрядных ионных лазеров на смеси инертного газа с парами химических элементов либо тяжелым инертным газом, при накачке в газоразрядной плазме низкого и среднего давления столкновениями 2-го рода в условиях ионизационной неравновесности, обеспечивающие инверсию населенности уровней и генерацию в видимой и других областях спектра, как в непрерывном, так и в импульсном режимах, а также лазеры, использующие такие среды. В наших исследованиях в качестве рабочих веществ были выбраны такие, газоразрядная плазма с парами которых потенциально пригодна для генерации на нескольких длинах волн, и для которых термоиспарение создает необходимое для генерации давление паров.

Цель диссертационной работы состояла в поиске активных сред для ионных лазеров с накачкой столкновениями 2-го рода, эффективных способов их возбуждения, а гакже в исследовании газоразрядных ионных лазеров на смеси инертного газа, преимущественно - с парами химических элементов, причем основное внимание уделялось лазерам, перспективным для практического применения.

Основные задачи научных исследований:

- анализ кинетики и поиск новых активных сред и лазерных переходов в газах и парах химических элементов при накачке столкновениями 2-го рода с

возбужденными и ионизированными атомами инертного газа в газоразрядной плазме и при перераспределении населенности возбужденных уровней ионов, в том числе за счет столкновений с электронной компонентой плазмы,

- исследование физических процессов, определяющих особенности механизмов накачки и создания инверсии в плазме,

- поиск наиболее эффективных способов накачки, а также типов и режимов газового разряда для возбуждения активных сред столкновениями 2 го рода, в том числе одновременного возбуждения нескольких рабочих веществ с целью реализации многоволнового режима генерации,

- оптимизация выходных характеристик наиболее эффективных лазеров с непрерывным и импульсным режимами возбуждения, являющихся перспективными для практического применения,

- создание экспериментальных образцов лазеров с высокими параметрами генерации

Научная новизна диссертации определяется тем, что для ряда активных сред получение и исследование генерации на переходах ионов выполнено в работе впервые, а для тех элементов, с которыми исследования проводились ранее, получены принципиально новые резупьтаты в других, более эффективных, режимах возбуждения Ценность полученных результатов во многом определяется тем, что исследования носили комплексный характер К наиболее существенным из научных результатов и оригинальных исследований можно отнести следующие

1 Впервые получена импульсная генерация на ионных переходах ТС и Ga, а также непрерывная генерация на ионных переходах Щ, И, Sb и B1 Найдены типы и режимы разряда для наиболее эффективного создания инверсии на известных ионных лазерных переходах Cd, Щ, & и & с лучшими параметрами, чем в ранее использовавшихся режимах разряда

2 Доказано, что возбуждение ионных переходов столкновениями 2-го рода в разряде с полым катодом (РПК) происходит более эффективно, чем в положительном столбе (ПС) продольного разряда, за счет роста в смеси с парами металла энергии первичных быстрых электронов и большей величины оптимальной концентрации паров

3 Установлено влияние тепловых электронов в плазме РПК на характеристики генерации, заключающееся в том, что

- столкновения с ними возбужденных ионов в зависимости от расположения уровней способствуют созданию инверсии на одних переходах и ограничению - на других,

- в импульсно периодическом режиме неполный распад плазмы и накопление таких электронов в межимпульсныи период снижают с ростом частоты следования импульсов величину катодного падения РПК, а также импульсную мощность генерации, что определяет величину максимальной средней мощности и оптимальную частоту

4. Показана возможность создания многоволновых (многоцветных) лазеров путем комбинирования нескольких рабочих веществ при возбуждении как в стационарном ПС, так и в стационарном и импульсном РПК.

5. Найдены оптимальные условия генерации для перспективных лазерных переходов, выявлены механизмы накачки и причины насыщения мощности. Созданы экспериментальные образцы лазеров на исследованных ионных переходах Cd, Hg, Tl, Se, Zn, Kr.

6. Результаты расчетов простой кинетической модели РПК для средних давлений газа показали возможность получения генерации при накачке перезарядкой более чем на 110 ионных переходах 6-ти элементов, главным образом в ИК области.

7. Измерены полные эффективные сечения перезарядки Не+-Т1, Ne+-Tl, Ne+-In и парциальные сечения перезарядки He+-Hg для ряда ионных уровней ртути.

Научная и практическая значимость.

Наибольшую научную значимость имеет вывод из совокупности результатов данной работы, что столкновения 2-го рода являются эффективным механизмом накачки большого числа лазерных переходов в ионах. Наибольшая эффективность накачки таких переходов достигается в газовых разрядах с группой быстрых электронов - в стационарном и импульсном РПК, что подтверждено как получением новых линий генераций в этих типах разряда, так и улучшением достижимых параметров извесгных активных сред.

Практическая значимость состоит в том, что результаты работы в части поиска сред, оптимизации режима генерации использованы при разработке и создании экспериментальных образцов лазеров, параметры которых говорят об их конкурентоспособности и перспективе практического использования. Наиболее важными из них являются следующие:

- результаты комплексных исследований по оптимизации выходных характеристик и созданию экспериментальных образцов непрерывных многоволновых (трехцветных, «белого» света) высокостабильных ионных лазеров с РПК, что позволило достичь в трехцветном He-Cd лазере рекордной выходной мощности в непрерывном режиме на линии 441,бнм Cdll, и осуществить одно-частотный режим генерации на красной и зеленой линиях при уровне шумов менее 1%; а также суммарной мощности непрерывного трехцветного излучения на уровне более 100мВт;

- демонстрация эффективности накачки в РПК импульсами тока микросекундной длительности, в результате чего удалось достичь значений импульсной и средней мощности, соответственно 100Вт и 0,88Вт (Х615нм Hgll в смеси He-Hg), 40Вт и 0,28Вт (1595нм Till в смеси Ne-Tl); 10Вт и 0,09Вт (Х469,4нм КгП в смеси Не-Kr), а также результаты комплексных исследований по оптимизации выходных характеристик и созданию экспериментальных образцов им-

пульсных ИЛПМ с РПК на различных активных средах и с различной средней мощностью;

- демонстрация возможности увеличения набора длин волн, излучаемых одним лазером, путем использования смеси нескольких рабочих веществ, что было реализовано в импульсном (на смеси He-Kr-Hg) и непрерывном (на смеси He-Cd-Hg) лазерах с возбуждением в РПК, а также в лазерах с продольным разрядом при введении паров катафорезом - на парах Cd, Zn, Hg, Se.

Созданные экспериментальные образцы He-Hg импульсного И He-Cd-Hg непрерывного трехцветного ИЛПМ с РПК и накачкой столкновениями 2-го рода были отмечены двумя бронзовыми медалями ВДНХ СССР.

Результаты проведенных исследований были использованы в НИИ Физики РГУ и НИЧ РГУ при выполнении НИР, в учебной работе на Физическом факультете РГУ, а также передавались, в том числе и в виде экспериментальных образцов лазеров - ПО «Полярон», ОКБ «Радуга» НПО «Красная заря» (Санкт-Петербург), НПО «Плазма», ВНИИ «Градиент» (г Ростов-на-Дону), ряду медучреждений и др. организациям.

Достоверность полученных результатов, научных положений и выводов подтверждается применением общепринятых методик исследований, созданием экспериментальных образцов лазеров со всеми исследовавшимися типами разрядов, комплексностью исследований для различных активных сред, соответствием результатов экспериментальных и теоретических исследований, а также экспериментальными данными, полученными другими авторами.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту.

1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований по получению новых лазерных переходов в спектрах ионов Till, Gall, Znll, Cdll, Inll, Hgll и новых режимов возбуждения для известных переходов в спектрах Cdll, Hgll, Sbll, Bill, KrII и Cull, многоволновой генерации с возможностью регулировки «цветности» излучения путем контролируемого изменения давлений паров, тока разряда, а также использования одновременно нескольких рабочих веществ.

2. Результаты комплексных исследований активных сред, в том числе механизмов накачки и причин насыщения мощности в смесях гелия с парами металлов, возбуждаемых в стационарном ПС, доказывающих, в частности, что критическое снижение энергии электронов происходит при малых концентрациях паров, что не позволяет эффективно реализовать энергию, запасенную в ионах (метастабильных атомах) гелия.

3. Результаты комплексных исследований, показывающих, что для смесей паров металлов с инертным газом при накачке столкновениями 2-го рода возбуждение в РПК по сравнению с возбуждением в ПС продольного разряда приводит к генерации на большем числе линий, с более высокими коэффициентами усиления и мощностью излучения за счет того, что:

- в РПК величина катодного падения, определяющая энергию первичных электронов (которые обеспечивают ионизацию и возбуждение буферного газа),

растет в смеси парами металла, а также при переходе от стационарного разряда к возбуждению микросекундными импульсами тока,

- коэффициент преобразования энергии разряда в энергию быстрых электронов в РПК выше, чем в ПС,

- преобразование энергии ионов (или метастабильных атомов) инертного газа в энергию лазерно! о перехода при перезарядке (или Пеннинг-процессе) в РПК происходит с эффективностью, примерно в 2 раза большей, чем в ПС из-за на 1 2 порядка большей оптимальной концентрации атомов металла

4 Показана важная роль низкоэнергетических тепловых электронов в отрицательном свечении РПК, заключающаяся в том, что

- столкновения таких электронов с возбужденными ионами во время протекания тока в зависимости от расположения уровней способствуют созданию инверсии на одних переходах и ограничению - на других,

- в импульсно-периодическом режиме неполный распад плазмы и накопление таких электронов в межимпульсный период снижают с ростом частоты следования импульсов величину катодного падения РПК, а также импульсную мощность генерации, что определяет значения максимальной средней мощности и оптимальной частоты

5. Результаты цикла исследований по оптимизации выходных характеристик импульсных лазеров с РПК на смесях гелия с парами Zn, Cd, Щ, И, & и криптоном, а также неона - с парами XI и Ga при накачке столкновениями 2-го рода, в результате чею получен ряд рекордных значений мощности, созданы экспериментальные образцы таких лазеров

6 Результаты цикла исследований малошумящих трехцветных Не-О! и He-Cd-Hg ионных лазеров с РПК по оптимизации их выходных характеристик, а также результаты создания экспериментальных образцов лазеров с трубками оптимальных конструкций, предусматривающих стабилизацию основных параметров разряда, а также результаты исследований механизма накачки и причин насыщения мощности

Личный вклад автора. В исследованиях, определивших защищаемые положения и выводы диссертации, автору принадлежат постановка задач, инициатива проведения и руководство экспериментами и расчетами, в большинстве которых автор принимал непосредственное участие, а также объяснение или интерпретация полученных результатов

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, приложения, общим объемом 397 страниц, включая 28 таблиц, 89 рисунков, 36 страниц приложений и список цитируемой литературы из 338 наименований, из них 84 - работы автора

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 84 работах, в том числе 2 монографиях (в соавторстве), 45 статьях в журналах и сборниках, описаниях 5 изобретений

Апробация диссертационной работы.

Результаты диссертационной работы докладывались

на I-XV Всесоюзных семинарах и симпозиумах «Газовые лазеры на парах металлов и их применения» (Ростов-на-Дону, Новороссийск, Сочи, Туапсе, 1971-2004), на 4-ой Всесоюзной научно-технической конференции по электронной технике и 1-й и 2-й Межотраслевых научно-технических конференциях по лазерной технике и оптоэлектронике (Рязань, 1974, 1980, 1986), на II-м семинаре «Физические процессы в ОКГ» (Ужгород, 1978), на Международных конференциях ЛАЗЕРЫ-79 (США, 1979), на 11 и IV Всесоюзных конференциях «Оптика лазеров-80, -84» и Международной конференции «Оптика лазеров-93» (Ленинград, Санкт-Петербург, 1980, 1984, 1993), на Международном симпозиуме "Оптика-80" (Будапешт, 1980), на XV Международной конференции по явлениям в ионизованных газах (ICPIG-XV) (Минск, 1981), на IX, X Сибирских совещаниях по спектроскопии, Всесоюзном совещании „Инверсная заселенность и генерация на переходах в атомах и молекулах" (Томск 1974, 1981, 1986), на Совещании „Активные среды плазменных и газоразрядных лазеров" (I родно, 1987), на IV Всесоюзной конференции по физике газового разряда (Махачкала, 1988), на III Международной конференции „Лазеры и их применения" (Болгария, Пловдив, 1988), на 11-м Всесоюзном научно-техническом семинаре „Метрологическое обеспечение измерений частотных и спектральных характеристик лазерного излучения" (Харьков, 1990), на Всесоюзном научно техническом семинаре „Метрология лазерных измерительных систем" (Волю-град, 1991), на 5-м Санкт-Петербургском семинаре выставке „Лазеры для медицины и биологии" (Санкт-Петербург, 1997), на Всероссийской конференции „Лазеры для медицины, биологии и экологии" (Санкт-Петербург, 2000), на III Международной научно-технической конференции по квантовой электронике (Минск, 2000), на 5-й и 6-й Международных конференциях „Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул" (AMPL) (Томск, 1997, 2001, 2003); на Конференции „Лазерная физика и фотоника, спектроскопия и моделирование" (Саратов, 2000); на Конференции „Лазеры, Измерения, Информация - 2004" (Санкт-Петербург, 2004)

Проводимые исследования неоднократно поддерживались грантами РФФИ (№ 96-02-19750а, № 99-02-17539а, № 04-02-96804а), ФЦП «Интеграция» и др

Содержание работы

Во введении дана общая характеристика работы, показывается место ионных газоразрядных лазеров среди лазеров других типов, обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна, практическая значимость, основные результаты и положения, выносимые на защиту, приводится краткое содержание диссертации

В первой главе рассматриваются особенности столкновений 2-го рода с точки зрения накачки и дезактивации возбужденных энергетических уровней

ионов химических элементов. Основными видами столкновений между тяжелыми частицами, которые приводят к накачке в газовых разрядах низкого и среднего давления (до ~4кПа) и рассмотрены в работе, являются:

перезарядка иона инертного (буферного) газа Во+ на атоме металлов А:

А + Во+ —♦ А+'+ В +АЕ (1),

Пеннинг-процесс - ионизация атомов А возбужденным метастабильным атомом В,„:

А + В,„ —> А** + В * е + ДЕ (2),

передача возбуждения иону Ао+ (из реакций такого типа в работе рассматривается столкновение Кго+ с метастабилвнвш атомом Не,,,(2'8)):

Кг0+ + Не,,, Кг+* + Не + ДЕ (3).

В плотной низкотемпературной плазме (послесвечение ПС или плазма РПК) к перераспределению населенностей ионнвж уровней (дезактивации одних состояний и накачке других) приводят столкновения 2-го рода возбужден-нвж ионов с медлешшми электронами:

(Д^' + е-» А*' + е + ДЕ Столкновения 2-го рода возбужденный ионов с атомами смеси существенны при расстояниях между уровнями

Несколько полученнвж в работе новый лазерный переходов накачивается за счет ударно-излучательной рекомбинации ионов А++:

А++ + е + е А*" + е + АЕ (5).

Показано, что при рассматриваемых давлениях столкновения, приводящие к образованию молекулярный частиц буферного газа, как и реакции с участием таких частиц, можно не учитывать.

Высокая эффективность реакций (1), (3), а также реакции (2) с образованием иона в основном состоянии (например, для Cd0+ - в основном состоянии «бейтлеровской» системы термов - 4d95s2 Ъ* CdИ) определяется тем, что при столкновении переход совершают только два электрона.

Для реакций (1)-(3) парциалвное сечение и скороств заселения уровня "1" частицв1 А+ - (?, и IV, - связанв1 с полнвши сечением (3 и скороствю Жчерез парциалвнвш коэффициент <2,=^ ¡2 и И'. В ввфажения для полной ско-

рости Ж, например, для Пеннинг-процесса У/цц=Ы{А)Ы{Вт)Кпп^ входит константа реакции - Уй^ц , относительная скорость частиц V в которой определяется через приведенную массу частиц, и поскольку массы частиц обычно существенно различаются, имеет место зависимость Кш и от массы используемого и ютопа инертного газа.

Реакции (1) и (3) приводят к заселению уровней А+, энергия которвж близка к энергиям Во+ и Нет (ДЕ порядка десятыж долей эВ), что приводит к "селективности" накачки верхнего уровня переходов, принадлежащих видимой, УФ и ближней ИК частям спектра по сравнению с нижним уровнем, и требование к соотношению времен их жизни (Т]-нижнего, Тг-верхнего) для инверсии и генерации будет: В то же время Пеннинг-процесс (2) не

является резонансным (так как в результате освобождается электрон, и вероятность реакции (2) даже тстет с ростом ДЕ), и указанное требование оказывается более жестким: —>——■—__<— (где W - скорость накачки Пеннинг-Т, 4',И'/'"

процессом данного уровня непосредственно).

Девозбуждающие столкновения с электронами, частота которых зависит от их температуры и расстояния между уровнями как 1( и аЬ,ц , могут существенно перераспределять населенности близкорасположенных уровней, связанных радиационными переходами, снижая населенность уровней с большей энергией и увеличивая — с меньшей, в том числе и шунтируя рабочий переход, и благоприятным можно считать такое расположение ионных рабочих уровней, при котором электронное девозбуждение „стягивает" накачку с вышерасположенных уровней на верхний лазерный уровень и обеспечивает дополнительный, к радиационному, столкновительный "сток" с нижнего уровня.

Инверсия для перезарядки будет максимальной, если верхний лазерный уровень имеет большое и(или) заселяется радиационными и столкновитель-ными каскадными переходами с вышележащих уровней, которые отвечают условиям максимальной накачки, а нижний лазерный уровень не является резонансным и его накачка по всем каналам, кроме рабочего перехода, минимальна (этим условиям удовлетворяют смеси Не-Щ, №-И, Не-И, Не-С! и др). Расчет показывает, что в газовом разряде скорость образования ионов Во+ с последующей перезарядкой на высокорасположенные уровни А+ на порядок превышает скорость накачки А+* столкновениями с электронами 1-ю рода даже при максимальной Т в режиме без буферного газа.

Наибольшей эффективности накачки Пеннинг-процессом можно ожидать при малой роли ступенчатой ионизации метастабилей, т.е. при умеренной плотности тока (Б*-Р переходы СёИ и 2п11 в стационарном ПС в смесях Не-С! и Не-2п), или при преобладании их разрушения Пеннинг-процессом над процессами ионизации (стационарный и импульсный РПК). Для реакции (3) зависимость от тока по сравнению с Пеннинг-процессом более резко выражена, и скорость накачки будет максимальной при большом токе и при отсутствии насыщения концентрации метастабилей, т.е. в импульсном РПК.

Составлена простая математическая модель активной среды с накачкой столкновениями 2-го рода, учитывающая кинетику населенностей уровней Во+, Вт и А+*, которая адекватно описывает процессы накачки и дезактивации уровней: в случае стационарного ПС, где малы скорости девозбуждающих электронных столкновений; и в случае отрицательного свечения (ОС) РПК, где полная скорость накачки Пеннинг-процессом приближается к скорости возбуждения инертного газа И'д/г^И'О,,,), а перезарядки - к скорости ионизации При этом в расчетах достаточно использовать значения коэффициентов не прибегая к использованию абсолютных значений Из кинетических уравнений для населенностей К(В+) и К(Вт) и измерений скорости дезактивации уровней можно найти для реакций (1 )-(3), а также значения N(3+) и

N(BJ в стационарных условиях, из кинетических уравнений для N(k* ) - значение приведенной населенности уровня N,(A* )!W и приведенного ненасыщенного коэффициента усиления С^/И^для перехода между уровнями "Г и "к", а зная W-и полного G,t

Доказан перезарядочный характер длительного послесвечения на ионных переходах Т1 II и Inll, и методом измерения его длительности в зависимости от концентрации //(А) найдены значения полного эффективного сечения перезарядки для Не'-Т1 (1,5 1015см2), Ne+-Tl (3 1015см2) и Ne+-In (5 1015см2) Показано, что в ионных спектрах переходных элементов II и III групп есть большое число переходов, заселяемых перезарядкой с Не+ и Ne+, с длинами волн, принадлежащими различным участкам спектра. Пользуясь известными экспериментальными данными, оценены значения £ , для уровней Znll, Cdll, HgH и Till в смеси с гелием, и Gall, Inll и Till - в смеси с неоном, которые в дальнейшем использованы для анализа кинетики, и выявлены переходы с наибольшими Найдено, что доля накачки в одноэлектронный спектр в смеси с Не составляет- для Znll, Cdll, Hgll и Till - 0,77, 0,86, 0,3 и 0,96 соответственно, в смеси с Ne - для Gall и ТШ - 0,86 и 0,98

Вторая плывя посвящена поиску генерации в ионных спектрах Cdll, HgH, Gall, ПН, Sbll и Bill при возбуждении в ПС продольного разряда Импульсная генерация получена на 11 новых переходах ТШ и Gall в смесях парош Т1 и Ga с неоном (в видимой области — 713P-7I3S переходы ТШ и 513P-513S переходы Gall) с накачкой перезарядкой ионов Ne+ на атомах металлов Максимальная удельная импульсная мощность генерации на 595нм TIII не превышала 20мВт/см Столкновения с медленными электронами (4) в послесвечении ПС приводили с ростом тока к увеличению задержки импульса генерации В смеси с гелием импульс генерации на переходах 5I3F-6I3D Till имел более сложную форму, которая обусловлена двумя различными механизмами перезарядкой Не+-Т1 в «дальнем» послесвечении ПС, а также ударно-излучательной рекомбинацией ионов Т1++ (5) - в ближнем послесвечении с максимумом при низких давлениях гелия Существует область давлений, где одновременно действуют оба механизма и импульс генерации имеет два "пика"

Чтобы дать единую картину процессов накачки переходов Cdll и HgH при различных давлениях буферного газа, нами исследовалась генерация в ПС, в том числе и впервые полученная генерация без буферного газа Так же, как и в смеси Не-Т1, механизм накачки 42F-52D переходов с А.533,7 и Х537,8нм Cdll видоизменяется от перезарядки в смеси с гелием при 0,06кПа<~Рне с максимальным G0~-25%/M при Рш~\,5кПа - до рекомбинации при малых давлениях различных газов, в том числе и в режиме без буферного газа, когда Go максимален (~100%/м) Для генерации на 52F-62D переходе Hgll с Х,567,7нм действовал только один механизм - ударно-излучатсльная рекомбинация (5) Go вел себя так же, как и для 42F-52D переходов Cdll, и был максимален также без буферного газа (~100%/м) Несмотря на меньшую скорость охлаждения электронов в

послесвечении ПС в парах Cd и Hg, по сравнению со смесью с гелием, накачка и Go на F-D переходах HgH и Cdll в режиме без буферного газа максимальны, что определяется, видимо, высокой Т, Наиболее интересным для нас был режим накачки для D -Р перехода Cdll с Х441,6нм при высоких давлениях генерация происходила только с Не и накачкой Пеннинг-процессом (G0~85%/M), a при малых давлениях любого газа - электронным ударом, и Go был максимален в режиме без газа, т е электронный удар в ПС при высокой Те может приводить к эффективной накачке бейтлеровских 4d95s2 20*-уровней Cdll Отметим, что генерация на 42F 52D переходах Cdll в течение импульса тока (при накачке электронным ударом) в режиме без буферного газа отсутствовала, что подтверждает сделанные в Главе 1 оценки соотношения скоростей накачки для перезарядки и электронного удара

При получении непрерывной генерации на 5-ти новых переходах HgH, Till, Sbll, Bill для введения паров использовался катафорез Для Hgll генерация происходила только с гелием, для T1II - только с неоном, что, учитывая зависимости от давлений газов и тока и результаты анализа кинетики, говорит о накачке перезарядкой и в стационарном разряде Для переходов Sbll и Bill линейная зависимость от гока и безразличие к роду буферного газа при малом его давлении говорят о накачке электронным ударом Исследования кинетики переходов ТШ и Hgll, объяснили отсутствие насыщения по току для Х:595нм Т1 П В непрерывном режиме для смеси He-Hg измерялись Go для лазерных переходов Go(72P3/2-72Si/2, А.615нм)и Go(72Pm-72Si/2, Х794,5нм) Зная их отношение, при Go/lV=const (Go линейно зависит от тока) было найдено отношение £(72P3f2)Af(72P|f2)=7,3 для перезарядки He+-Hg, а используя измеренные параметры плазмы - и абсолютные значения

Третья глава посвящена комплексным исследованиям физических процессов в активной среде непрерывных лазеров с продольным разрядом при введении паров катафорезом

Ряд известных методик измерения параметров плазмы нуждался в доработке применительно к разряду в смеси в трубках малого диаметра В смеси He-Cd измерялась Тс, концентрация электронов - п,, ионов N(He+) и N(Cd+), градиент продольного поля в ПС - Е (СВЧ-резонаторным и зондовым методами), а также методом поглощения - iV(Hen!) и N(He ) в состояниях 213S и 213Р Оказалось, что МНс+) и /V(Hc") быстро снижаются с ростом N(Cd), что вызвано снижением , и оптимальная концентрация паров не превышает 10 см ,

при этом значительная часть Не+ и Не* не участвует в накачке столкновениями 2-го рода, a /V(Hen)) испытывает насыщение с ростом тока Высокая "чувствительность" Г,- и £ к концентрации паров металла определяется формированием распределения электронов «со стороны» низких, тепловых энергий при ускорении их в поле ПС, где для них, начиная с энергий порядка единиц эВ, существенны неупругие столкновения с легкоионизуемыми атомами металла.

Поскольку сечения возбуждения лазерного -52Pi/2 перехода Cdll с Х441,бнм и Пеннинг-процессом, и электронными столкновениями велики, и

существуют режимы генерации с накачкой этого перехода только электронным ударом, мы определили вклад каждого из возможных процессов накачки в смеси He-Cd, используя комплексную методику. Во-первых, сравнение с экспериментом найденных из анализа кинетики значений п,,4"'"', соответствующих сры-

/ mm t j-

ву инверсии (п, >пе ), показало, что вопреки выводам некоторых публикаций, вклад "ступенчатого" электронного возбуждения мал. Во-вторых, измерялась скорость накачки H^Dj^'), составившая 7,5 10|6см'3с '. Это значение затем сравнивалось с рассчитанными Ж для всех возможных механизмов накачки, используя измеренные параметры плазмы, и оказалось, что накачка происходит в основном Пеннинг-процессом, а вклад прямого "электронного" возбуждения не превышает 10-20%. Эти выводы подтверждаются: нашими экспериментами с оптической накачкой плазмы лазера He-лампой, что увеличивало мощность генерации, известными данными о росте мощности и усиления при замене 4Не на 3Не, а также на порядок меньшей мощностью генерации в смеси Ne-Cd по сравнению со смесью He-Cd, поэтому вопрос о механизме накачки катафорез-ного He-Cd лазера нам кажется решенным.

Основываясь на результатах экспериментов по оптимизации условий разряда в смеси с гелием для лазерных линий: Sell, Hgll, заселяемых перезарядкой; Cdll, заселяемой Пеннинг-процессом и Sbll — электронным ударом, чем охвачены все виды накачки в катафорезных непрерывных лазерах, выявлены причины насыщения усиления и мощности с ростом давления и тока. Методика состояла в сравнении хода измеренных Go на оси трубки, и хода вычисленных Gq, с использованием измеренных параметров плазмы - пе, N{He*), Л/(Не,„), Тс и рассчитанной оптимальной концентрации рабочего вещества - на оси.

Оказалось, что насыщение усиления вызвано: с ростом давления паров - снижением Те, N(He*), и N(Hem); срост ом - с н и ж е а для Пеннинг-процесса - еще и насыщением N(Hem). Найдено, что при уменьшении диаметра капилляра для всех механизмов накачки наблюдается рост Go и удельной мощности, что определяется главным образом ростом N(А)011Т

При катафорезе для веществ с низкой рабочей температурой по отношению к температуре стенки капилляра происходят пульсации плотности паров, чего удается и {бежать путем секционирования капилляра и включения между секциями стабилизирующих резервуаров большего сечения, где плотность тока и температура намного ниже, чем в капилляре. Такая конструкция использовалась нами при работе со смесями He-Hg (Глава 1) и He-Cd-Hg (Глава 8). Для сред с повышенными токами разряда для двух буферных газов - гелия и неона -впервые изучено явление электрофореза в смеси и показано, что градиент давления газа, помимо роста с увеличением тока, возрастает и при увеличении концентрации паров (что вызвано изменением структуры ионной компоненты плазмы) тем больше, чем больше разница в массах атомов компонент смеси. Использование обводного канала снижает градиент давления, а также, за счет встречного потока газа - и расход рабочего вещества.

С целью повышения точности регулировки давления паров, для активных сред с высоким предложено в качестве исходного параметра пользоваться вместо напряжения на трубке (статического сопротивления разряда) его дифференциальным сопротивлением, либо видоизменять конструкцию трубки, расположив на пути потока паров измерительную капиллярную секцию, для которой (Рцгс1)""'<Р11е(1'

В заключении Главы приводятся характеристики одного из экспериментальных образцов Не^е катафорезного лазера с отпаянной разрядной трубкой, которые передавались для испытаний и использования сторонним организациям, в частности, для работ по синтезу на фотоматериалах цветных графических изображений с высокой плотностью.

Из результатов исследований, описанных в Главах 2 и 3, очевидно, что ПС продольного разряда не является оптимальной областью для возбуждения ионных переходов столкновениями 2-го рода между тяжелыми частицами. Импульсный продольный разряд удобен для идентификации механизмов заселения уровней, и, по-видимому, является эффективным типом разряда только для рекомбинационной накачки, а при накачке процессами (1)-(3) мощность излучения невелика, и здесь он по всем параметрам уступает импульсному РПК. В то же время непрерывные лазеры с накачкой столкновениями 2-го рода в ПС, главным образом ввиду относительной простоты конструкции трубки, использующей катафорез, являются привлекательными в применениях источниками излучения: в синей и УФ частях спектра — смесь Не-С!, в зеленой — He-Se, в красной и ИК — Не-Щ, желтой и ИК — Не-2п.

Четвертая глава посвящена исследованию параметров плазмы и характеристик излучения стационарного разряда с полым катодом в смеси гелия с парами металла, которое позволило выявить особенности возбуждения ионных переходов столкновениями 2-го рода. В отличие от большинства теоретических работ, выполнявшихся для гелия, в первых наших работах (в 70-е годы) и в дальнейшем мы исследовали смесь Не-С!, и исходили из модели катодной области тлеющего разряда с „холодным" катодом, в соответствии с которой все катодное падение сосредоточено в области катодного темного пространства (КТП), поле в ОС отсутствует, "первичные" электроны, эмитированные катодом, проходя КТП без столкновений, набирают энергию {е1!к7/7) и имеют распределение по энергиям на границе КТП-ОС, описываемое 5-функцией. В высокоэнергетической области (с,<Е<еикгп) эти электроны теряют энергию главным образом на ионизацию гелия, релаксируя „вниз по шкале энергий", и до (граница упругих столкновений) сохраняют первоначальное на-

правление скорости (пучок); в этой области энергий вероятность их столкновений с атомами С! мала. Расчеты интегральной функции распределения электронов по энергиям (ФРЭЭ) путем решения кинетического уравнения Больц-мана показали, что скорость \¥(Не+) и, соответственно, скорость накачки уровней перезарядкой сохраняется благодаря этому высокой вплоть до

ЛГ(Сс1)~8 1015см"3 (40Па).

Указанная концентрация N(0(1) превышает концентрацию паров металла в ПС на 1-2 порядка. Расчеты показывают, что каждый первичный электрон при иМ1ГЖВ совершает до 10 актов ионизации и возбуждения атомов смеси. В результате ионизации и преобладания в низкоэнергетической области упругих столкновений электронов с атомами, и межэлектронных столкновений над неупругими — с атомами Сё, возникает многочисленная группа тепловых электронов с распределением по энергиям, близким к масквелловскому. Зондовым методом измерялись и показано, что при одинаковом энерговкладе

л/""" в ОС на порядок выше, чем в ПС, а 7',.~0,5эВ - на порядок ниже, напряженность поля в ОС - десятые доли В/см.

В области средних энергий (20-70эВ) первичные и частично вторичные электроны, возникающие при ионизации, возбуждают атомы Не в метаста-бильные состояния. В этой области энергий ФРЭЭ оказывается более „чувствительной" к наличию паров Сё, и допустимое давление оказывается меньшим (~13Па). Найдено, что с ростом давления паров снижение числа быстрых электронов частично компенсируется ростом и начальной энергии первичных электронов, что было нами обнаружено теоретически и экспериментально. Причиной роста Чюп является интенсивное замещение в плазме ионов Не+ ионами СсТ со значительно меньшим коэффициентом ион-электронной эмиссии. Перезарядка при высоких N(01) является преобладающим процессом дезактивации ионов Не\ и полная ее скорость У/щ приближается к скорости ^^(Не+):

что является, помимо наличия высокоэнергетических электронов, еще одним преимуществом возбуждения в ОС РПК. Кроме того, при высоких ЩСй): Лг(Не+)«А'(Сс1+) ~ п"к'1' . Аналогично, ввиду высокой скорости дезактивации Нет Пеннинг-процессом, в РПК преобладают прямые процессы ионизации.

Для цилиндрической геометрии РПК рассчитывались локальные ФРЭЭ -/(г,Е), учитывающие радиальное видоизменение энергии быстрых электронов, часть которой теряется при неупругих столкновениях по мере движения их к оси, а также - их плотности (за счет фокусировки). Совместное действие этих факторов и определяет величину оптимального давления гелия, т.е. в РПК при малых давлениях существенной оказывается фокусировка, и в осевой части скорость перезарядки максимальна, в то время как с повышением давления максимум скорости смещается от оси к границе КТП-ОС. В качестве критерия оптимальной концентрации газа можно рассматривать условие полной потери первичным электроном его начальной энергии на длине пробега поряд-

ка радиуса полости К, и тогда Ы"'"" (Не) ~ е1!т1 /(Я • <7,Де' ), где Де - энергия, затрачиваемая первичным электроном на ионизацию гелия („цена ионизации"), <7,- сечение ионизации. Зондовыми и спектроскопическими методами найдено,

. теп /

ч го в смеси фиксированного состава при изменении тока пе изменяется пропорционально изменению тока, а соотношение числа быстрых и тепловых электродов не изменяется, т.е. И'-/?/""", что позволяет находить полное значение (в относительных единицах), зная из кинетических уравнений приведенное значение

Найдено теоретически и подтверждено экспериментально, что рост приводит к росту скорости ионизации гелия W(He+) и перезарядки. Экспериментально найдено, что в модифицированном РПК - разряде типа „полый анод - катод'', обладающем повышенным катодным падением, наряду с пучком высокоэнергетических электронов существует группа медленных электронов с большей и меньшей что должно приводить к более интенсивным процессам девозбуждения лазерных уровней.

Таким образом, особенности РПК по сравнению с ПС продольного разряда определяются различными механизмами формирования ФРЭЭ в этих типах разряда, что обусловливает высокие скорость ионизации гелия и скорость перезарядки, и должно приводить к генерации на большем числе переходов с более высоким усилением и мощностью.

Пятая глава посвящена исследованию непрерывной генерации на ионных переходах металлов, накачиваемых столкновениями 2-го рода в стационарном РПК.

Оказалось, что в смеси Не-Сё в РПК кроме генерации на синей Х441,6нм линии С(Ш, наблюдается интенсивная генерация на зеленых и красных линиях, заселяемых путем перезарядки Не+-Сё, генерация на которых в стационарном ПС отсутствовала, что подтвердило большую эффективность накачки столкновениями 2-го рода в РПК.

Большое внимание было уделено разработке ключевого элемента непрерывного лазера с РПК - разрядной трубки, которая должна обеспечить продольную однородность скорости накачки и исключить „дугообразование" при разряде. Для этого катодная полость цилиндрической формы была однородной по длине и имела продольную щель, секционирование разрядного промежутка осуществлялось путем секционирования анода, расположенного вдоль щели, каждая секция снабжалась индивидуальным испарителем, а стабилизация давления паров и тока осуществлялась за счет питания нагревателя каждого испарителя разрядным током данной секции. Было предусмотрено „запирание" катафорезом паров в трубке, что в комплексе обеспечило продольную однородность горения разряда при поверхностной плотности разрядного тока на катоде ]к до 40мА/см2.

Проведены сравнительные исследования разработанной трубки с трубками „продольно-поперечного" типа (аноды у торцов катода, траектория электронов вдоль оси полости-2), и экспериментально найдено, что в ОС РПК „продольно-поперечного" типа возникает аксиальное электрическое поле, необходимое для дрейфа электронов к аноду и поддержания заданной плотности тока. Это приводит к неоднородному аксиальному распределению величины катодного падения потенциала энергии и числа первичных быстрых электронов, а также скорости ионизации W(He+) и возбуждения W(He*) гелия. Для измерения полей использовались электрические зонды, а распределение плотности тока }{£) восстанавливалось по вольт-амперной характеристике РПК "поперечного" типа. (Продольное электрическое поле в ОС разработанной трубки "поперечного" типа отсутствовало.) Перечисленные неоднородности создают не-

оптимальные условия накачки по длине трубки „продольно-поперечного" типа, что приводит к меньшей мощности излучения, и по сравнению с РПК "поперечного" типа мощность на всех лазерных линиях в смеси Не-Сё оказывается ниже на А.635,5/636нм (накачка перезарядкой) - в 1,3 раза, на X 533,7/537,8нм (накачка радиационными и электронными столкновительными переходами с уровней, заселяемых перезарядкой) - в 1,5раза и на ^441,6нм (накачка Пен-нинг-процессом) - в 1,8раза

Найдено, что в двух концевых катафорезных "запирающих" секциях с ПС из-за высокого давления паров кадмия в РПК на одной из линий - А.441,6нм возникает небольшое, по сравнению с усилением в РПК, поглощение (~1 2% в каждой секции) Исследования показали, что при использовании в специальных поглощающей и излучающей ячейках смесей Не-пгСс! и Не-ц4Сс1 поглощение отсутствует, откуда можно заключить, что оно связано с высокой заселенностью нижнего для Х441,6нм уровня 5р2Рэ/г С(Ш, а не с появлением в плазме ОС молекул Сёг или (НеСё)*, что предполагается в некоторых работах

Теоретически исследовался вклад различных механизмов в накачку Х441,бнм СШ1 в РПК, и при Ра"""~ 13Па и д=20мА/смг вклад Пеннинг-процесса составил около 70%, прямого электронного удара - 26%, перезарядки - 1,5% Последняя цифра подтверждает относительно малую накачку перезарядкой уровней бейтлеровского спектра Сё11, вытекающую из оценок в Главе 1.

Теоретически выявлены причины насыщения мощности в РПК в смеси Не-Щ на Х615нм Щ11, а также в смеси Не-Сё в трехцветном режиме излучения на Х441,6нм, А.533,7/537,8нм и 5635,5/636 нм Сё11 с ростом давлений компонент смеси и тока Оказалось, что оптимальное давление паров для „перезарядочных" переходов выше (~40Па), чем для "пеннинговских" (13Па), что подтверждает выводы предыдущей 1лавы Насыщение мощности с ростом Рце определяется нарушением оптимального радиального распределения скорости накачки, что подтверждает правильность использованной модели РПК Теоретически показана важная роль столкновении с тепловыми электронами, приводящих с ростом тока (и пси"") к снижению инверсии на 62С-42Р переходах с ^■635,5/бЗбнм, и накачке 42Б 52Б переходов с Х533,7/537,8нм ЩП, что определяет меньший оптимальный ток для 620-42Р переходов Насыщение мощности на Ы41,бнм при росте тока связано с увеличением времени жизни для нижнего лазерного уровня 5р2Рзл из-за пленения резонансного излучения на переходе 5р2Рч/2—5Б25|/2 С СШ, Т К Ы(Ие+)«ЩС(Г)~пеш'"

Экспериментально найден диапазон разрядных условий для режимов трехцветной генерации в смеси Не-Сё с различным соотношением мощностей на линиях ("цветностью"), при этом установлено, что наибольшая суммарная мощность ~120мВт была получена при соотношении С/3/К= 92/21/7,8 При оптимальном режиме разряда для каждой линии получены мощности рекордная - 115мВт(Ш 1,бнм), 45мВт(^533,7/537,8нм) и 1 ЗмВт(*635,5/636 нм) Рекордной в стационарном разряде является и удельная мощность на Х615нм Щ11

(ЗЗмВг/см3) в малогабаритной трубке с диаметром катодной полости 2мм и длиной 4см

Показано, что в РПК „поперечного типа' среднеквадратичное значение шума на лазерных линиях в диапазоне частот до 5МГц не превышает 1% от уровня полезного сигнала, что связано с положительным динамическим сопротивлением РПК Интерферометрические измерения показали, что в трехцветном Не Cd лазере с РПК без применения каких либо селектирующих устройств может быть реализован устойчивый одночастот ный режим генерации на линиях Х537,8нм и Х636нм Cdll с длиной когерентности более 4м

Описан и опробован предложенный способ улучшения однородности смеси и повышения мощности в лазере с РПК Для этого в обводном канале, соединяющем концевые участки трубки, зажигался разряд и за счет электрофореза осуществлялась прокачка смеси в полости катода При скорости потока до 20см/с мощное гь на Х441,6нм возрастала на -30%

Описан созданный экспериментальный образец "малошумящего" Не Cd лазера с РПК и мощностью трехцветного излучения в десятки милливатт, который передавался сторонним организациям и который может служить прототипом при создании промышленных приборов, выпускаемых в настоящее время только за рубежом

Шестая глава посвящена исследованию генерации в смесях инертных газов с парами металлов, а также в смеси Не Кг при возбуждении в РПК импульсами тока микросекундной длительности

Для выявления преимуществ возбуждения сред столкновениями 2 го рода в импульсном РПК и определения оптимальных условий разряда проведено комплексное экспериментальное исследование поведения основных параметров

тепл г

разряда и плазмы концентрации nt и температуры 1е медленных электронов, величины катодного падения и поля в плазме, как в течение импульса гока, так и импульсно периодическом режиме Найдено, что помимо общих черт со стационарным РПК, плазма импульсного РПК вследствие своей нестационарности обладает в несколько раз более высоким катодным падением потенциала (до 1-ЗкВ при длительности импульса тока т<1мкс), и тенденцией его роста с уменьшением т и увеличением диаметра катода, что обусловливает более высокую энергию первичных электронов и обеспечивает высокие скорости протекания накачки столкновениями 2-го рода Радиальное поле в ОС импульсного РПК возрастает по сравнению со стационарным режимом на 1-2 порядка и достигает ~102В/см при т~-0,3мкс

На примере смеси He-Hg показано экспериментально, что так же, как и в стационарном РПК, вследствие преобладания разрушения ионов Не+ столкновениями 2-го рода с атомами металла По аналогии с кинетикой для Не+, ввиду высокой скорости дезактивации Не,,, Пеннинг процессом, в РПК преобладают прямые процессы ионизации

Эксперимент показал, что в плазме импульсного РПК через 1 2мкс от начала импульса возбуждения происходит насыщение числа быстрых электронов

(насышается интенсивность синглетных линий Hei и линий Hell), и в течение импульса имеет место монотонный рост концентрации тепловых электронов п,'""", имеющих температуру 71-~1эВ (измерявшихся зондовым методом) В то же время при фиксированной т и при изменении тока пропорциональность числа быстрых и медленных электронов сохраняется В результате мощность излучения максимальна при малых значениях т (0,3-1мкс), что отвечает максимальной скорости накачки столкновениями 2-го рода и минимальной дезактивации столкновениями с тепловыми электронами Более того, было обнаружено, что с удлинением импульса тока при t>V4mkc (дляб15нм Hgll) происходит срыв инверсии.

Все это и определяет вытекающие из эксперимента преимущества импульсного РПК для возбуждения ионных переходов металлов столкновениями 2-го рода с Не4 и Не*. Так, нами получена генерация в Till (в смеси с Не и Ne) и Gall (в смеси с Ne) на большем числе новых переходов (16-ти), а также генерация на известных переходах Znll, Cdll, Hgll, Cull и KrII (в смеси с гелием) с коэффициентами усиления Go и удельными мощностями, значительно более высокими, чем в непрервшном и квазинепрервшном РПК и импулвсном ПС. Гак, Go( Х595нм TI II) возрос с 1дБ/м в импульсном ПС - до 15 дБ/м в импульсном РПК, a Go( А.469,4нм KrII) - с десятков %/м до 6дБ/м Это определяется, кроме роста катодного падения, более высоким током разряда и более высокой мощностью накачки, которую можно вложить в РПК при коротком импульсе без срыва разряда в дугу, например до 0,9Асм 2 для Х615нм, и более 1,5Асм 2 для 469,4нм KrII, что приводит к росту скорости возбуждения для переходов с накачкой реакциями (1) и (3)

Экспериментальное исследование энергетических характеристик различных сред с накачкой столкновениями 2-го рода при частотах следования импульсов (ЧСИ) до 1кГц привело к рекордным параметрам: в желто-красной области спектра - на линии Х615,0нм Hgll в смеси He-Hg, (усиление, полная и удельная импульсная мощность излучения до 39дБ/м, ~100Вт и 0,5Вт/см3)и на линии Х595нм Till в смеси Ne-Tl (15дБ/м, 40Вт и 0,47Вт/см3), а в коротковолновой части спектра - на Х441,бнм Cdll в смеси He-Cd (5дБ/м, 3,5Вт и 0,25Вт/см3), а также на линии Х469,4нм KrII в смеси Не-Kr (бдБ/м, -10Вт и 0,5Вт/см3). Для этого бвши разработаны разрядные трубки со щелеввм полым катодом, секционированным анодом и аксиально-однородным разрядным промежутком, для смеси He-Hg - с режимом „саморазогрева" и с прогреваемыми концевыми окнами или внутренними зеркалами, а для остальных элементов - с „холодными" окнами. Для паров меди режим саморазогрева, при котором уда-.юсь достичь оптимального давления паров, также привел к резкому повышению усиления на Х780,8нм Cull до 33,5дБ/м, и удельной мощности - до 0,4Вт/см3.

Теоретически путем исследования кинетики населенностей Znll, Cdll, Hgll, Till (в смеси с гелием), Gall, Till и Inll (в смеси с неоном) и экспериментально (на примере Cdll, Hgll, Till и др. ионов) показана важная роль столкно-

вений с тепловыми электронами ОС, приводящих к перераспределению населенности уровней, и в зависимости от их расположения - к снижению инверсии на одних переходах и созданию - на других, в т ч и во время протекания импульса тока, что связано с наличием многочисленной группы тепловых электронов в ОС Эти процессы определяют насыщение мощности излучения для переходов, заселяемых перезарядкой (смеси He-Hg, Ne-TI, Ne-Ga, He-Cd, He-Cu и др ) и передачей возбуждения иону Кг0+ (реакция (3)) Для Ы41,бнм Cdll, заселяемой Пеннинг-процессом, насыщение по току определяется главным образом пленением излучения на переходе с нижнего лазерного уровня в основное состояние иона Cd0+, наступающем при «e"""';=A'(Cdo+)~10l3CM \ чему способствует высокая концентрация ионов Cdo+ в состоянии 52S1/2 N(Cdo+) ~ л,"""

Оказалось, что оптимальное давление паров для «перезарядочных» переходов выше (~40Па), чем для переходов, заселяемых реакциями (2) и (3) с участием Не,,, (13Па и <10Па соответственно) Это определяется меньшими относительными потерями энергии при неупругих процессах с атомами металла для быстрых первичных электронов, чем для электронов средних энергий, ответственных за возбуждение Не,,, Найдено, что для смеси Не Кг конкурирующие процессы разрушения Hem(23S) Пеннинг-процессом и передачей возбуждения иону Кго+ (по сравнению с накачкой Пеннинг-процессом в других смесях) определяют еще меньшую оптимальную а также ее рост с ростом тока Насыщение мощности с ростом давления гелия для всех механизмов всецело определяется появлением радиальной неоднородности скорости накачки и дезактивации уровней, а найденная в эксперименте слабая зависимость оптимального давления гелия от диаметра катода связана с ростом величины катодного падения и начальной энергии первичных электронов при увеличении диаметра

В результате исследований кинетики населенностей ионных уровней Znll, Cdll, HgH, Till при перезарядке с Не+, и Gall, Till и inll с Ne+, найдены условия существования инверсии в импульсном РПК в общей сложности на 110 новых переходах (кроме тех, которые были зарегистрированы в эксперименте) 6 ти переходах Znll в смеси He-Zn (диапазон длин волн 0,317 П,7мкм), 8-ми Cdll - в смеси He-Cd (0,97 1,99мкм), 2-х Hgll - в смеси He-Hg (1,55 и 3,016мкм), 57-ми T1II - в смеси Не-Т1 (0,302.. 18,83мкм), 27-ми Inll - в смеси Ne-In (0,294 11,08 мкм), 6-ти Gall (0,641 ,.2,169мкм) в смеси Ne-Ga, и 4 х переходах Till в смеси Ne- Г1 (1,385 3,179мкм) При этом показано, что столкновения в ОС с тепловыми электронами и атомами смеси для одних уровней при-

im-fi i

водят к срыву инверсии при умеренных п, , а для других такие столкновения

- tutu i

обеспечивают накачку при средних и высоких

С целью повышения средней мощности излучения нами проводились эксперименты по повышению ЧСИ Динамика импульсной и средней мощностей, а также параметров плазмы с ростом ЧСИ исследовалась в режиме возбуждения РПК «цугами импульсов» Оказалось, что из-за неполного распада плазмы

в межимпульсный период происходит накопление тепловых электронов и, по сравнению с режимом одиночного импульса, — рост и,™"" как к приходу следующего импульса тока, так и в течение импульса. Это приводит к соответствующему росту предимпульсной проводимости разрядного промежутка, что и снижает напряжение пробоя, а также катодное падение. В результате с ростом ЧСИ происходит падение скорости накачки, снижение величины импульсной мощности, рост частоты девозбуждающих столкновений с тепловыми электронами (для „перезарядочных" переходов Hgll, Till, KrII и др.), либо рост W(Ao+) и снижение фактора Бибермана-Холстейна для пленения излучения на резонансном переходе с нижнего лазерного 5р2Ру2 уровня Cdll (для лазерной линии Х.441,6нм). Для каждой активной среды существует оптимальная ЧСИ (для исследованных сред 10-50кГц), возрастающая при укорочении возбуждающих импульсов и уменьшении диаметра катода Кроме того, показано, что по сравнению с возбуждением цугами импульсов, метод сдвоенных импульсов дает для оптимальной ЧСИ завышенные результаты.

Найдено, что значение средней мощности может достигать долей Ватта, а при соответствующем увеличении объема активной среды - и единиц Ватта Так, для Х615нм Hgll в смеси He-Hg при диаметре катода 2см и длине 40см получены значения средней мощности /"^О.ввВт при оптимальной ЧСИ 40кГц и длительности импульса тока 0,Змкс, и 0,63Вт при 34кГц и 1мкс Для Х595нм T1II в смеси Ne-Tl эти параметры следующие 0,28Вт при 15кГц и 1мкс. В им-пульсно-периодическом режиме получено значение Рср=0,32Вт при ЧСИ 10кГц и 1мкс, с КЦД около 0,023%. Кроме того, высокие значения Gq позволили нам создать импульсный РПК с большим отношением диаметра катода к его длине (до 0,33), при длине катода 6см импульсная мощность достигала 1Вт.

Найдено, что наличие радиального поля в ОС приводит к катафорезу паров металла в направлении стенки катода, существенному при малом давлении паров и высоких ЧСИ.

На основе проведенных исследований разработаны и созданы технологичные экспериментальные образцы активных элементов импульсных He-Hg ИЛПМ РПК с „саморазогревными" разрядными трубками с металлической или стеклянной вакуумной оболочкой, со щелевым полым катодом, секционированным анодом и аксиально-однородным разрядным промежутком, которые хорошо зарекомендовали себя в работе, не отличаются сложностью, и, по нашему мнению, могут служить прототипами серийных приборов. Созданные образцы He-Hg импульсного ИЛПМ РПК экспонировались на выставках, отмечены Бронзовой медалью ВДНХ, и передавались для использования в сторонние организации.

Седьмая глава посвящена анализу эффективности преобразования вводимой в плазму ПС и РПК энергии в лазерное излучение.

Как видно из вышеизложенного, в ИЛПМ с накачкой ударами 2-го рода преобразование энергии разряда в энергию лазерного излучения, как правило, многоступенчатое Предложена методика расчета эффективности преобразова-

ния на каждой из ступеней: энергии, вводимой в разряд, в энергию электронов, возбуждающих ионы или метастабильные атомы инертного буферного газа, затем энергии этих частиц - в энергию ионов металла на верхнем лазерном уровне путем столкновений 2-го рода, и, наконец - в энергию лазерного излучения при оптических переходах между уровнями рабочего вещества, с учетом квантового КПД. Полный КПД равен произведению коэффициентов преобразования на каждом из этапов.

Эффективность каждого из этапов различна в разных типах разрядов, поэтому ее анализ призван выявить причины, ограничивающие КПД, и способствовать выбору таких условий возбуждения, при которых КПД максимален.

Оказалось, что по сравнению с другими типами разрядов, достоинством возбуждения в РПК является более высокий коэффициент преобразования энергии разряда в энергию быстрых электронов (до 0,25 но сравнению с 0,05 для ПС). Преобразование энергии ионов (возбужденных атомов) буферного инертного газа при столкновениях 2-го рода, ввиду на 1-2 порядка большей концентрации атомов металла, также происходит с большей эффективностью (например для перезарядки - с эффективностью, равной для отдельного уровня и полной эффективностью, равной единице, а не £,/2 и 1/2, как в ПС), и в результате полный КПД, например, для лазерной линии Х'615нм НН с накачкой перезарядкой в стационарном и импульсном РПК: 3 10-5и 14 105, а в ПС -1,2 10 С точки зрения эффективности процессов накачки также видны преимущества РПК перед ПС, заключающиеся в повышенном содержании в плазме быстрых электронов, высокой концентрации рабочего вещества, определяющей большую эффективность перезарядки и Пеннинг-процесса, что наряду с высоким коэффициентом преобразования энергии разряда в энергию быстрых электронов и приводит к большему набору линий генерации и лучшим их характеристикам.

Восьмая глава посвящена исследованию генерации на смеси нескольких рабочих веществ с буферным газом при возбуждении их в одной разрядной трубке, что увеличивает набор лазерных линий. Использование паров химических элементов дает возможность, меняя соотношение концентраций изменением температуры испарителей, переключаться с одной лазерной линии (группы линий) на другую (менять «цветность» излучения). Критерием подбора веществ является отсутствие химического взаимодействия между ними, близость оптимальных условий разряда и, если возможно, отсутствие процессов разрушения данной частицы буферного газа при ударах 2-го рода с другим веществом, не связанных с накачкой лазерных переходов.

Для непрерывного режима предложены два метода введения паров нескольких элементов катафорезом в трубку с продольным разрядом: паров каждого элемента по отдельному каналу при «запирании» каждого испарителя током данного канала от проникновения в него паров другого вещества; и введения из нескольких испарителей, последовательно расположенных вблизи анода. Очевидно, что в трубке первого типа полностью отсутствует взаимное «за-

грязнение» рабочих веществ, и поочередно могут вводиться даже химически взаимодействующие вещества. Во втором случае рабочие вещества могут быть только химически невзаимодействующими и их давления паров должны отличаться не менее, чем на порядок. Еще одним достоинством первой трубки является возможность контроля давлений, если в каждый канал ввести измерительную секцию с электродами.

В первой трубке с тремя каналами использовались Cd, Zn и Se. Были реализованы несколько режимов генерации:

- с поочередным введением каждого вещества и генерации на соответствующих лазерных переходах: Cd - X441,6HM,Zn- >.589,4 и 747,8нм и Se-6 зеленых линий в диапазоне М97,6...530,5нм; давление гелия могло быть выбрано от/>/уе(кПа)=0,14/^(см) - оптимального для генерации на линиях Cdll и Znll, до 0,43Д1(см) - оптимального для Sell;

- с введением смеси паров Cd и Zn (Х441,бнм, Х.589,4нм и Х747,8нм). В JTOM случае при оптимальном />//с(кПа)-0,14/^(см) совместная генерация происходила с мощностями на линиях, составлявшими -0,4 от максимальной мощности в режиме раздельного введения вещества

Давления кадмия и цинка отличаются более чем на порядок, поэтому для них использовалась и трубка второго типа.

При совмещении в трубке второго типа паров кадмия и ртути, давления для которых различаются на несколько порядков, удалось использовать и то, что ртуть имеет меньшую температуру, меньшую удельную мощность генерации, и для ее стабильной транспортировки необходимо секционирование капилляра и использование стабилизирующих резервуаров между секциями. Была испытана трубка с капилляром из двух секций, резервуар между которыми стабилизировал дрейф паров ртути и служил испарителем для кадмия. При этом активная длина для ртути была в 2 раза большей, и таким образом удалось сбалансировать мощности излучения на Х441,бнм Cdll, а также на Х.615нм и 794,5нм Hgll как в режиме раздельного введения паров, так и в режиме многоволновой генерации на всех линиях - в смеси.

В экспериментах по одновременному возбуждению паров кадмия и ртути в стационарном РПК была получена трехцветная генерация на А,441,6нм, ^533,7/537,8нм Cdll и ^615нм Hgll, и, по сравнению со смесью He-Cd в РПК -более высокая мощность в красной области, причем повышением тока и давления Hg мощность красного излучения была сделана большей, чем зеленого и синего (соответственно 26, 20 и 17,5мВт в трубке с РПК длиной 40см и диаметром полости 2,5мм, j=40мА/см2), а соотношение мощностей могло меняться изменением давления ртути и тока. Таким образом, соотношение мощностей по сравнению с He-Cd ИЛПМ РПК удалось приблизить к естественному (белому) свету. Был разработан и реализован способ контроля давления каждого вещества в He-Cd- Hg лазере с РПК, для чего трубка имела два испарителя, каждый из которых состоял из двух резервуаров, ближайший к трубке - для Cd, наружный - для Hg. Давление ртути контролировалось по напряжению на дополнитель-

ном измерительном электроде - полом катоде, в резервуаре, где пары кадмия отсутствовали Давление кадмия определялось путем вычитания этого напряжения из полного напряжения на основном разряде

В импульсном РПК нами возбуждалась смесь He-Kr-Hg, и была получена одновременная генерация на Х615нм HgH и Х469,4нм KrII с импульсной мощ ностью ~5Вт на каждой линии, а также на линии Х794,5нм Hgll Эта смесь в наибольшей степени удовлетворяет сформулированным критериям подбора веществ, а именно зависимости мощности генерации от тока для линий близки высокая оптимальная плотность тока (у~0,9А/см2) для красной Х615нм линии Hgll (с накачкой перезарядкой Не+ Hg), и отсутствие насыщения по току вплоть до j~- 1,5А/см2 для синей линии Х469,4нм KrII (с накачкой реакцией (3)), а главное - в данной смеси отсутствует процесс разрушения Не+ перезарядкой па Кг, что повышает эффективность совместной генерации

Таким образом, использование смесей рабочих веществ с накачкой столкновениями 2-го рода еще более увеличило набор линий излучения ("цветность") ионных лазеров на парах металлов, тем самым подтвердив одно из достоинств ИЛПМ по сравнению с лазерами других типов, заключающееся в возможности генерации в многоцветном режиме

В Заключении дана сводка основных результатов и выводов по всей диссертации.

В Приложении приведены диаграммы энергетических уровней ионов, таблицы использовавшихся атомных констант, а также вынесенный из глав диссертации вспомогательный и справочный материал

Основные результаты и выводы работы

Общим выводом, который следует из резултатов работы, является доказательство того, что столкновения 2 го рода являются эффективным механизмом накачки большого числа лазерных переходов в ионах Наибольшая эффективность действия данного механизма среди различных типов газового разряда достигается в разрядах с группой быстрых электронов - в стационарном и импульсном РПК, что подтверждено как получением новых линий генерации в этих типах разряда, так и значительным улучшением характеристик известных сред

1. В области поисковых исследований новых активных сред для ионных лазеров

1.1 Впервые получена импульсная генерации на 16 переходах Till и Gall в смесях Tl-Ne, Tl-He и Ga-Ne в ПС импульсного продольного разряда и в импульсном РПК

1.2 Установлено, что накачка 713Р-7138 переходов Ti II и 513Р-5138 переходов Gall происходит перезарядкой ионов Ne+ на атомах металлов, показана роль столкновений с электронами в послесвечении ПС

1.3 Установлено, что накачка 513 F-613D переходов TI II в смеси с гелием происходит перезарядкой Не+-Т1 в РПК и в „дальнем" послесвечении ПС, а

также ударно-излучательной рекомбинацией ионов Т1++- в ближнем послесвечении ПС

1.4 Характеристики генерации на переходах, заселяемых перезарядкой, значительно улучшаются при переходе от возбуждения в ПС - к возбуждению в РПК.

1.5 Впервые получена генерация в ПС импульсного разряда без буферного газа: на 42F-52D переходах с Х533,7 и Х.537,8нм Cdll и на 52F-6'D переходе Х567,7нм Hgll с накачкой ударно-излучательной рекомбинацией ионов Cd++ и Hg++, а также - на D-P переходе Cdll с Х441,6нм при накачке электронным ударом, откуда следует, что:

- электронный удар в ПС может приводить к эффективной накачке бейт-леровских 4d95s2 2Э*-уровней Cdll,

- охлаждение электронов в послесвечении ПС в парах металла происходит с меньшей скоростью, чем в смеси с гелием; однако, несмотря на это, характеристики генерации при накачке ударно-излучательной рекомбинацией 52F-62D-переходов Hgll и 42F-52D-пepexoдов Cdll улучшаются по сравнению со смесью He-Hg и He-Cd

1 6 При использовании катафореза для введения атомов рабочего вещества в ПС стационарного разряда впервые получена непрерывная генерация на 5 переходах в спектрах Т! II, Hgll (с накачкой перезарядкой Ne+-T! и He+-Hg) и Sbll, Bill (с возбуждением электронным ударом).

1 7 На переходах с Х469,4нм KrII и Х780,8нм Cull впервые реализована генерация в РПК в режиме накачки микросекундными импульсами тока, с лучшими характеристиками, чем при использовавшихся ранее режимах (стационарном и квазистационарном РПК).

1 8 Доказан перезарядочный характер длительного послесвечения на ионных переходах Т1Н и Inll и найдены эффективные сечения перезарядки в столкновениях Не+-Т1, Ne+-Tl, Ne+-In.

1.9 Для уровней 7р 2Рз/2, 7р 2Р1/2 Hgll экспериментально определены парциальные коэффициенты и сечения перезарядки в столкновениях He+-Hg.

2. При комплексных исследованиях физических процессов в активных средах непрерывных катафорезных ИЛПМ:

2 1 Путем измерений параметров плазмы ПС найдено, что быстрое снижение энергии электронов и поля в ПС при введении относительно малой оптимальной концентрации рабочего вещества (1О13-1О14см3) происходит вследствие формирования ФРЭЭ „со стороны" низких энергий, при этом происходит снижение концентрации ионов Не+ и возбужденных атомов Не* и Неш, что не позволяет полностью использовать энергию, накопленную в ионах (при перезарядке) и в возбужденных атомах гелия (при Пеннинг-процессе)

2.2. При использовании комплексной методики, включавшей измерение скорости накачки лазерного D*-P перехода с \441,бнм Cdll в стационарном ПС в смеси He-Cd, и расчеты скоростей для различных процессов с использовани-

ем измеренных параметров плазмы, установлено, что основной вклад в накачку данного перехода вносит Пеннинг-процесс.

2.3. Найдены оптимальные для генерации параметры разряда (состав смеси, ток и диаметр разрядного канала) для переходов, заселяемых ударами 2-го рода: Пеннинг-процессом и перезарядкой, а также прямым электронным ударом; и таким образом охвачены все возможные механизмы накачки в стационарном ПС. Установлено, что в смеси с гелием насыщение усиления и мощности определяется, с ростом давления паров - снижением концентрации энергетических доноров - ионов Не+ и метастабильных атомов Нега; с ростом давления гелия - снижением оптимальной концентрации рабочего вещества, а для Пен-нинг-процесса - еще и насыщением /У(Не,п). При уменьшении диаметра капилляра для всех механизмов накачки наблюдается рост усиления и удельной мощности, что определяется главным образом ростом оптимальной концентрации паров.

2.4. С целью повышения точности регулировки давления паров для активных сред с высоким РНс d предложено в качестве исходного параметра пользоваться вместо напряжения патрубке (статического сопротивления разряда) его дифференциальным сопротивлением, либо использовать в трубке на пути потока паров измерительную капиллярную секцию, для которой

2.5. Для двух буферных газов - гелия и неона - впервые исследовано явление электрофореза газа в смеси и показано, что градиент давления растет с ростом тока и концентрации паров рабочего вещества, а использование обводного канала (байпаса) снижает градиент давления и расход рабочего вещества Исследованы причины „пульсаций" плотности паров веществ с низкой рабочей температурой при катафорезе, создающие неоптимальные условия по длине капилляра, и предложена конструкция трубки для их ликвидации, которая успешно применена для смеси Не-Щ.

2.6. Разработаны экспериментальные образцы Не-8е катафорезного лазера с отпаянными разрядными трубками, которые передавались для испытаний и использования сторонним организациям.

3. При комплексных исследованиях физических процессов в смесях инертного газа и паров металлов при возбуждении в РПК

3.1. Найдено теоретически и подтверждено экспериментально, что в РПК высокоэнергетическая часть ФРЭЭ, обеспечивающая создание ионов и возбужденных атомов инертного газа и формируемая за счет энергии первичных электронов, набранной ими в области катодного падения и теряемой в ОС („нелокальность" спектра электронов в ОС) главным образом на ионизацию буферного газа, а также скорость ионизации и возбуждения газа сохраняются высокими при увеличении давления паров на 1-2 порядка по сравнению с ПС.

3 2 Экспериментально показано, что определяющая высокую начальную энергию первичных электронов величина катодного падения растет в смеси с парами металла, что обусловлено замещением в разряде ионов инертного газа ионами металла с меньшим коэффициентом ион-электронной эмиссии

3 3 Найдено, что при оптимальной концентрации паров основным каналом разрушения ионов и возбужденных атомов газа являются столкновения 2 го рода с атомами рабочего вещества, вследствие чего концентрации ионов и возбужденных атомов газа в ОС малы

3 4 Показано, что в РПК эффективность преобразования энерг ии разряда в энергию быстрых электронов, а также эффективность перезарядки и Пеннинг-процесса выше, чем в ПС, а скорость накачки рабочих переходов приближается к скорости ионизации (возбуждения) буферного газа, что приводит к генерации на большем числе линий, с более высокими коэффициентами усиления и мощностью излучения

3 5 Показано, что при применении материалов для катода с низким коэффициентом ион-электронной эмиссии в стационарном РПК наблюдается рост величины катодного падения потенциала (до -500В) при сохранении остальных параметров разряда, что приводит к росту скорости перезарядки

3 6 Найдено, что при возбуждении РПК импульсами тока микросекундной длительности помимо роста величины катодного падения с ростом давления паров имеет место дополнительный значительный рост при укорочении импульса тока (за счет нестационарной фазы разряда), а также - при увеличении диаметра катодной полости, что позволяет использовать большие поперечные размеры активной среды Порог дугообразования при коротком импульсе значительно отодвигается, что позволяет использовать плотности тока до нескольких А/см2

3 7 Исходя из модели направленного движения первичных электронов в радиальном направлении внутри полости РПК найдено, что радиальное распределение скорости накачки столкновениями 2-го рода, и величина оптимального давления буферного газа для различных механизмов накачки определяются совместным действием процесса потерь энергии первичными электронами и „фокусировки" их на оси При этом в качестве критерия оптимального давления буферного газа может рассматриваться условие потери быстрым электроном энергии на длине пробега порядка радиуса полости, что и объясняет слабую зависимость оптимального давления от диаметра полости

4. В результате исследований характеристик плазмы РПК выявлена важная роль большой по численности группы тепловых электронов в ОС РПК не только в послесвечении, но и во время протекания тока

4 1 Теоретически и экспериментально доказана важная роль девозбуж-дающих столкновений тепловых электронов с возбужденными ионами, которые в зависимости от расположения уровней, путем перераспределения насе-ленностей, способствуют созданию инверсии на одних переходах и ограничению ее на других, что определяет различные оптимальные условия разряда и характеристики генерации, увеличивает однородную ширину контура усиления перехода, способствуя тем самым реализации одночастотного режима лазера

4.2. Показано, что в импульсном режиме накачки для большинства переходов указанные столкновения ограничивают длительность импульса генерации с ростом длительности импульса тока

4.3. В импульсно-периодическом режиме РПК к приходу следующего импульса происходит неполный распад плазмы, и, по сравнению с режимом одиночного импульса - накопление тепловых электронов и рост их концентрации, вследствие чего с ростом частоты следования импульсов снижается напряжение пробоя, а также величина катодного падения и скорость накачки лазерного перехода столкновениями 2-го рода; растут интенсивность девозбуждающих столкновений и времена жизни резонансных уровней.

5. Проведен цикл исследований по оптимизации выходных характеристик активных сред на смесях гелия с парами металлов в стационарном РПК, в результате которых:

5.1. Найдено и подтверждено при создании соответствующей разрядной трубки, что выполнение катодной полости в разрядной трубке „поперечного" типа цилиндрической формы и однородной по длине с продольной щелью, секционирование разрядного промежутка путем секционирования анода, расположенного вдоль щели, снабжение каждой секции индивидуальным испарителем, а также стабилизация давления паров и гока за счет питания нагревателя каждого испарителя разрядным током данной секции и „запиранием" паров в полости, обеспечило продольную однородность горения разряда при плотностях разрядного тока до 40мА/см2 и отсутствие продольного электрического поля в ОС.

5.2. Показано, что в РПК „продольно-поперечного" типа в ОС возникает аксиальное электрическое поле, приводящее к неоднородному продольному распределению катодного падения потенциала, плотности тока, энергии и числа первичных быстрых электронов и скорости ионизации (возбуждения) гелия, и - к меньшей мощности излучения по сравнению с РПК „поперечного" типа на всех лазерных линиях в смеси Не-СсС с различными механизмами накачки: Х635,5/б3бнм (перезарядка), Х533,7/537,8нм (накачка радиационными и электронными столкновительными переходами с уровней, заселяемых перезарядкой), А.441,6нм(Пеннинг-процесс).

5 3. Установлены причины насыщения мощности с ростом давления паров металла (снижение скорости накачки), давления гелия (нарушение оптимального радиального распределения скорости накачки) и тока (девозбуждающие столкновения с тепловыми электронами ОС для „перезарядочных" переходов, и увеличение времени жизни нижнего лазерного уровня 5р2Р3/2 - для Х441,6нм СШ).

5.4 Найден парциальный вклад в накачку перехода А/441,бнм СсС11 Пен-нинг-процесса, перезарядки и столкновений 1-го рода с электронами.

5.5 Показано, что в трехцветном Не-СсС ИЛПМ РПК может быть реализован устойчивый одночастотный режим генерации на зеленой (Х537,8нм) и

красной (ЯбЗбнм) Линиях с длиной когерентности более 4м без применения каких-либо селектирующих устройств.

5.6 Предложен и реализован способ улучшения однородности смеси и повышения мощности в лазере с РПК, для чего в обводном канале, соединяющем концевые участки трубки, зажигался разряд и за счет электрофореза («электроразрядный насос») осуществлялась прокачка смеси в полости катода

5.7. Разработаны и созданы экспериментальные образцы непрерывных Не-Hg ИЛПМ РПК и малошумящего трехцветного He-Cd ИЛПМ РПК, не уступающие по мощности He-Cd катафорезному лазеру, но превосходящие его по числу линий генерации и шумовым характеристикам. Реализованы режимы совместной генерации на синей, зеленых и красных линиях Cdll с различным соотношением мощностей и наибольшей суммарной мощностью ~ 120мВт (соотношение С/З/К- 92/21/7,8), а также максимальной мощностью на М41,6нм -115мВт. Образцы лазеров передавались для испытаний и использования сторонним организациям.

6. Проведен цикл исследований по оптимизации выходных характеристик активных сред на смесях буферных газов (гелия и неона) с парами металлов в импульсном РПК, в результате которых:

6.1. Установлено, что мощность генерации растет при увеличении диаметра катода и максимальна при малой длительности импульса тока (~1мкс), что отвечает максимальной скорости накачки перезарядкой и минимальной дезактивации столкновениями с тепловыми электронами; при этом оптимальные значения тока оказываются более высокими, чем в непрерывном режиме.

6.2. Получены рекордные значения импульсной мощности излучения на A.615HM Hgll (до 100Вт) в смеси He-Hg, на Х.595нм Till (до 40Вт) в смеси Ne-H, а также на Ы41,6нм Cdll и Ы69,4нм КгП.

6.3. В результате теоретического исследования кинетики населенностей уровней ионов Znll, Cdll, HgH, Till (в смеси с гелием), Gall, Till и Inll (в смеси с неоном) при накачке перезарядкой и с учетом столкновений в ОС с тепловыми электронами и атомами смеси, найдены условия существование инверсии в импульсном РПК в общей сложности на 110 новых переходах (кроме тех, которые были зарегистрированы в эксперименте), принадлежащих, в основном, И К-области спектра.

6.4. Установлено, что снижение импульсной мощности генерации с ростом частоты следования определяется процессами накопления тепловых электронов в межимпульсный период, что вызывает:

- падение екорости накачки перезарядкой и Пеннинг-процессом, вызванное снижением величины катодного падения;

- рост частоты девозбуждающих столкновений с тепловыми электронами плазмы (для переходов Hgll, Till и Krll), а также увеличение времени жизни нижнего лазерного уровня 5р2Рз/2 (для А.441,бнм Cdll) из-за пленения излучения.

Снижение мощности происходит медленнее при укорочении возбуждающих импульсов тока и уменьшении диаметра катода

6 5 Найдено, что радиальное поле в ОС импульсного РПК на 1 2 порядка больше поля в стационарном РПК, что приводит к катафорезу паров металла в направлении стенки катода

6 6 Методом возбуждения РПК цугами импульсов получено значение средней мощности излучения 0,88Вт на Х615нм Hgll в смеси He-Hg и 0,28Вт на 595нм Till в смеси Ne-Tl

6 7 На основе проведенных исследований разработаны и созданы технологичные экспериментальные образцы активных элементов импульсных He-Hg ИЛПМ РПК с „саморазогревными" разрядными трубками с металлической или стеклянной вакуумной оболочкой, со щелевым полым катодом, секционированным анодом и аксиально-однородным разрядным промежутком, которые хорошо зарекомендовали себя в работе, не отличаются сложностью, и, по нашему мнению, могут служить прототипами серийных приборов Созданные образцы He-Hg импульсного ИЛПМ РПК экспонировались на выставках, отмечены Бронзовой медалью ВДНХ, и передавались для использования в сторонние организации

7. Проведен цикл исследований по получению многоволновой (многоцветной) i енерации на смеси нескольких рабочих веществ с гелием, в результате которых:

7 1 Экспериментально показана перспективность использования в одной разрядной трубке нескольких рабочих веществ, что увеличивает набор длин волн излучения лазера Сформулированы критерии подбора таких веществ с учетом специфики ПС и РПК

7 2 Предложены конструкции разрядных трубок для работы с несколькими веществами как в ПС, так и в РПК, разработаны способы одновременной стабилизации давления паров каждого рабочего вещества

7 3 Экспериментально показана перспективность использования в одной разрядной трубке с ПС смесей паров следующих веществ, при введении их путем катафореза

- Cd и Zn, Cd и Hg - при генерации как на каждом веществе, так и на их смеси,

- Cd, Zn и Se - при одновременной генерации на линиях Cdll и Znll в смеси Cd и Zn, и в отдельности - на линиях каждого из трех веществ

7 4 Экспериментально показана перспективность возбуждения в РПК смеси паров Cd и Hg с гелием, благодаря чему удалось осуществить 3 х цветную енерацию на Х441,6нм, Х.533,7/537,8нм Cdll и Х615нм Hgll Показано, что повышением тока и давления Hg мощность красного излучения может быть сделана большей, чем зеленого и синего, а соотношение мощностей, более близкое к естественному белому свету, чем у Не Cd лазера с РПК, может регулироваться Созданные образцы Не Cd-Hg непрерывного трехцветного лазера с РПК и

отпаянной разрядной трубкой экспонировались на выставках, отмечены Бронзовой медалью ВДНХ

7 5 Экспериментально показана перспективность возбуждения смеси криптона и паров ртути в с гелием в РПК при возбуждении микросекундными импульсами тока Данная смесь выгодно отличается от остальных тем, что красная Х615нм и ИК Х794,5нм линии Hgll накачиваются перезарядкой с Не+, а синяя Ы69,4нм линия Krll - передачей возбуждения от Неш, и при этом криптон не разрушает Не+, чго в целом повышает эффективность лазера Кроме того, высокая оптимальная плотность тока для линий Hgll и отсутствие насыщения по току для Krll также способствуют эффективной работе лазера

Таким образом можно констатировать что в результате исследовании лазеров на парах металлов с различными видами накачки начатых в 60 70 е годы в Ростовском университете под руководством МФ Сэма и обобщенных в написанных с участием автора монографиях [1 2] а также в настоящей работе по существу создан исследован и доведен до приемлемого практиче скогоуровня использования новый класс лазеров - газоразрядные лазеры на па pax металлов с накачкой столкновениями второго рода Ряд этих работ послужил стимулом к постановке исследовании лазеров и проведения смежных научныхработ в других пабораториях в том числе и за рубежом

Основные результаты диссертации изложены с следующих публикациях

1 Иванов И Г, Латуш Е Л , Сэм М Ф Ионные лазеры на парах металлов М Энергоатомиздат 1990, 257с

2 Ivanov IG , Latush E L , Sem M F Metal Vapour Ion Lasers Kinetic Processes and Gas Discharges John Wiley&Sons Chichester-New York Brisbane Toronto Singapure 1996 285 p

3 Иванов И I , Сэм М Ф Определение концентрации заряженных частиц в плазме кадмий гелиевого катафорезного о к г // ЖТФ 1972 т 42, №7, С 1542

4 Иванов И Г , Латуш Е Л , Папакин В Ф , Сэм М Ф Параметры плазмы и механизм накачки в кадмий-гелиевом о к г // Известия ВУЗов Физика 1972 №8 С 85 90

5 Иванов И Г , Сэм М Ф Непрерывная генерация в ионах сурьмы и висмута // Электронная техника Сер 4 Электровакуумные и газоразрядные приборы 1972 №9 С 102 103

6 Жуков В В , Иванов И Г , Кейдан В Ф Перекачка гелия к аноду при разряде в смесях кадмий гелий и селен-гелий // ЖТФ 1973 т43, №7, с 143 1515

7 Иванов И Г , Сэм М Ф Новые линии генерации в таллии // Журнал прикл спектр 1973 Т19,вып2 С 358-360

8 Иванов И Г, Ильюшко В Г , Сэм М Ф Расширение спектра излучения ка-тафорезных оптических квантовых генераторов // Квант электроника 1974 Т1,№3,с 716-719

9 Иванов И Г, Ильюшко В Г Сж М Ф Зависимость коэффициентов усиления катафорезных о к г от давления гелия и диаметра разрядной тр>бки //Квант электроника 1974 1 1,№5,с 1081 1088

10 Иванов И Г , Сэм М Ф Генерация на ионных переходах таллия и галлия // Электронная техника Сер 4 Электровакуумные и газоразрядные приборы 1974 №2 С 12-15

11 Иванов И Г , Сэм М Ф Генерация в смеси ртуть гелий при катафорезе // Электронная техника Сер 4 Электровакуумные и газоразрядные приборы 1974 №10 С 42-46

12 Иванов И Г, Ильюшко В Г Михалевский В С, Муханов В П , Сэм М Ф Разрядные трубки для многокомпонентных катафорезных о к г // Приборы и техника эксперимента 1974 №4 С 161-162

13 Жуков В В , Иванов И Г, Сэм М Ф Импульсная генерация при разряде в парах кадмия и ртути //Журнал прикл спектр 1977 Т 36, вып 3 С 544 547

14 Вайнер В В , Иванов И Г , Сэм МФ Особенности возбуждения смеси гелий - пары кадмия в разряде с полым катодом // ЖТФ 1979 т49, №8, с 1604-1608

15 Вайнер В В , Зинченко С П , Иванов И Г , Сэм М Ф Характеристики излучения ионного лазера на парах таллия // Журнал прикл спектр 1979 Т 31, вып 5 С 905-907

16 Sem M F, Vainer V V , Zmchenko S P, Ivanov IG Pulse metal vapor ion lasers in hollow cathode dischaige // In Prot of the Int Conf LASERS'79 USA Orlando 1980 p 445 450

17 Зинченко С П , Иванов И Г , Сэм М Ф Активный элемент ртутного лазера с большой апертурой и большой частотой следования импульсов генерации // В Сб тезисов докладов 11 Всесоюзной конференции Оптика лазеров 80, Л ГОИ 1980 С 97

18 Вайнер В В , Зинченко С П , Иванов И Г , Сэм М Ф Импульсные ионные лазеры на парах металлов с полым катодом // Квант электроника 1980 Т7,№ 5 ,с 1019-1027

19 Вайнер В В , Зинченко С П , Иванов И Г, Сэм М Ф Особенности генерации гелий ргутного лазера с разрядом в полом катоде // Известия ВУЗов Физика 1980 №7 С ПО 113

20 Зинченко С П , Иванов И Г , Сэм М Ф Оптимальная частота следования импульсов генерации в ионных лазерах с полым катодом // Квант электроника 1980 Т7,№8,с 1827-1830

21 Ivanov IG , Vainer V V , Zinchenko S P Plasma parameter and output chaiac teristics of pulsed ion metal vapor hollow cathode lasers // In Lectures ot the Simposium OPTICA' 80, Budapest Hungary 1980 p 197 202

22 Vainer V V, Ivanov I G , Sem M F Electron energy distribution in hollow cathode discharge and raie gas - metal vapor mixture excitation // In Proc of the XV Int Conf On Phenomena in Ionized Gases (ICPIG XV) Minsk 1981 Part II p 869 8l0

23 Епремян В Б , Иванов И Г, Прозоров С В , Сэм M Ф Газовый лазер непрерывного действия на смеси селен-гелий // Приборы и техника эксперимента 1981 №2 С 259

24 Вайнер В В , Иванов И Г, Пручай А M Возбуждение атомов и ионов и элекгрические характеристики стационарного высоковольтного разряда с полым катодом // В Сб Тезисов докладов X Сибирского совещания по спектроскопии Томск ТГУ 1981 С 13l

25 Зинченко С П , Иванов И Г , Сэм M Ф Импульсный газовый лазер на парах ртути с большим диаметром пучка излучения // Приборы и техника эксперимента 1982 №2 С 225

26 Зинченко С П , Иванов И Г, Mихалевский В С , Сэм M Ф Импульсный ia-зовый лазер на парах ртути // Проспект ВДНХ СССР M , 1983 4с

2l Вайнер В В , Иванов И Г , Mихалевский В С , Сэм M Ф Характеристики непрерывного лазера с полым катодом на смеси гелии-кадмий-ртуть // Квант электроника 1983 Т10,№4, с 6ll-6l8

28 Иванов И Г Ионные лазеры на парах металлов с поперечными типами разряда //Автометрия 1984 №1,с 19-34

29 Вайнер В В , Иванов И Г Газовый He-Cd-Hg лазер непрерывного действия с трехцветным пучком излучения // В Сб тезисов докладов IV Всесоюзной конференции Оптика лазеров-84, Л ГОИ 1984 С 40

30 Вайнер В В , Иванов И Г , Mихалевский В С , Сэм M Ф Газовый лазер с трехцветным пучком излучения // Проспект ВДНХ СССР M , 1984 4с

31 Зинченко СП, Иванов ИГ, Латуш ЕЛ, Сэм MФ Влияние неупругих столкновений с медленными электронами на возбуждение линий в He-Hg лазере с полым катодом // Оптика и спектр 1985 Т 58 вып 2, с 302-306

32 Вайнер В В , Иванов И Г, Сэм M Ф , Хасилев В Я Коэффициент полезного действия ионных лазеров с передачей возбуждения от буферного газа // Квант электроника 1986 Т13,№1,с 128-136

33 Зинченко С П , Иванов И Г, Сэм M Ф Исследование инверсной заселенности на ионных переходах меди и галлия в импульсном разряде с полым катодом // В Сб тезисов докладов Всесоюзного совещания Инверсная заселенность и генерация на переходах в атомах и молекулах Томск Изд ТГУ 1986 Ч 1, с 146

34 Ivanov IG, Vainer V V , Kahnchenko G A Discharge radial and axial unum formity in He Cd+ three-colour hollow-cathode lasers // In Proc of the III Int Conf "Lasers and then applications" Bulgaria, Plovdiv 1988 p 6-l

35 Калинченко Г А , Вайнер В В , Иванов И Г Оптимальные условия генерации трехцветных ионных лазеров на парах металлов с полым катодом // Журнал прикл спектр 1989, т 50. вып 6, с 901-905

36 Атамась С Н , Иванов И Г , Латуш Ь Л , Сэм М Ф Инверсная заселенность и генерация в ионном и молекулярном спектрах теллура // В Сб Радиационные и столкновительные характеристики атомов и молекул Рига ичд ЛатвГУ 1989 С 141-155

37 Вайнер В В , Иванов И Г, Калинченко Г А Радиальные характеристики плазмы при разряде с полым катодом в смеси гелий-пары металла // Физика плазмы 1990 т 16, №4, с 460-466

38 Вайнер В В , Иванов И Г, Калинченко Г А , Сэм М Ф Многоцветные ионные лазеры на парах металлов с малым уровнем шумов и одночастотным режимом излучения // В сб Метрологическое обеспечение измерений час-тогных и спектральных характеристик лазерного излучения, Харьков НПО "Метрология", 1990 с 173-174

39 Вайнер В В , Иванов И Г , Калинченко Г А , Сэм М Ф Малошумящий лазер на линии 44 16 нм иона кадмия с разрядом в полом катоде // В сб Метрология лазерных измерительных систем, Волгоград изд ВолГУ, 1991 с 36-37

40 Иванов И Г , Вайнер В В , Сэм М Ф Ионные лазеры на парах металлов с разрядом в полом катоде // Лазерная физика, С-Пб изд-во СПбГУ, 1991 №1, с 17-26

41 Калинченко ГА., Вайнер В В , Иванов И Г Трехцветные лазеры с полым катодом в импульсном и непрерывном режимах излучения // В Сб тезисов докладов международной конференции "Оптика лазеров" 93 С Пб 1993 т1 ,с172

42 Патент РФ № 1582941, кл HOls, 3/22 (рег 18 07 93г, приор 18 07 88i ) Разрядная трубка газового лазера на парах металлов (авт Вайнер В В , Иванов ИГ)

43 Vainer V V , Ivanov IG , Kahnchenko G A , Sem M F Output characteristics and excitation mechanism of multiline He-Cd hollow cathode laser // Proc SPIE 1993, Vol 2110, p 128-149

44 Ztnchenko S P, Ivanov IG, Sem M F Spectral and power output charactens tics of the pulsed He-Hg and Ne Tl hollow cathode lasers with charge-transfer excitation //Proc SPIE 1993, Vol 2110, p 150-165

45 Патент РФ № 999919, кл HOls, 3/22 (per 13 09 93г, приор 08 04 81т) Газовый лазер на парах химических элементов (авт Иванов И Г, Михалевский В С, Сэм М Ф, Зинченко С П )

46 Патент РФ № 1031397, кл HOls, 3/22 (per 13 09 93г, приор 30 04 81г) Газовый лазер на парах химических элементов (авт Вайнер В В, Зинченко С П , Иванов И Г , Сэм М Ф )

47 Патент РФ № 1316519, кл HOls, 3/03 (per 13 09 93г, приор 31 01 85г) Разрядная трубка лазера на парах химических элементов с поперечным разрядом (авт Вайнер В В , Зинченко С П , Иванов И Г , Качан М В )

48 Патент РФ № 1362378, кл HOls, 3/22 (per 13 09 93г, приор 25 02 85г) Газовый лазер на парах химических веществ (авт Вайнер В В , Иванов А Т, Иванов И Г, Прозоров С В )

49 Vainer V V , Ivanov I G , Kdlinchenko G A , Sem M F Progress in the development of a three-color cadmium vapour laser with discharge in a hollow cathode //JRuss Las Res 1994, Vol 15,№l,pp 10-17

50 Zinchenko S P , Ivanov IG Sem M F Characteristics of pulsed mercury- and thallium-vapor ion lasers with discharge in a hollow cathode // J Russ Las Res 1994 Vol 15,№l,pp 42-48

51 Иванов И Г , Вайнер В В , Магда А В Создание малошумящих лазеров с разрядом в полом катоде на парах кадмия // Лазерная физика 1994 №7, с 8-9, С-Пб Изд С-ПбГУ

52 Kalinchenko G А, Ivanov IG , Sem M F Optimum conditions for pumping la ser transitions of cadmium ions by various processes in a hollow-cathode dis charge //JRuss Las Res 1996, Vol 17, №4, pp 371 380

53 Kalinchenko G A , Ivanov IG, Kochur A G , Suhorukov V L , Sem M FA mechanism for the excitation of a transition with A441,6nm in a continuous ion three color cadmium vapour laser with a hollow cathode discharge // J Mosc Phys Soc 1997 Vol 7, №2, p 111 124

54 Ivanov IG , Pimonov A Yu A pulsed helium krypton mercury laser with a hollow cathode discharge //J Mosc Phys Soc 1997 Vol 7,№4, p 371-377

55 Kalinchenko G A , Ivanov IG , Sem M F , Kochur A G , Suhorukov V L The dominant pumping mechanism of the 441 6nm Cd II line in a three-colour hollow-cathode laser // J ofPhys, D Appl Phys 1998, Vol 31, №1, p 50-60

56 Sem M F, Ivanov I G Pulsed metal vapor ion lasers // Proc of SPffi 1998 Vol 3403, p 120-129

57 Вайнер В В , Иванов И Г Стабилизированный ионный лазер с РПК на парах кадмия // В Сб тезисов докладов ХШ Всероссийского симпозиума "Лазеры на парах металлов" (Лазаревское, 2000) Ростов-на-Дону Изд РГУ 2000 с 5

58 Иванов И Г , Сэм М Ф Многоцветные импульсные и непрерывные ионные лазеры с разрядом в полом катоде // Материалы Ш Международной научно-технической конференции по квантовой электронике Минск изд БГУ 2000 с 89 90

59 Вайнер В В , Иванов И Г , Сэм М Ф Стабилизированные трехцветные ионные лазеры на парах кадмия и на смеси пары кадмия - пары ртути для медико-биологических применений // В сб. тезисов докладов Всероссийской конференции "Лазеры для медицины, биологии и экологии" С-Пб изд БГТУ 2000 с 7 8

60 Ivanov IG , Sem M F Kinetic processes in active media of He-Hg+, Ne-Tl+ and Ne-Ga+ pulsed ion HCD metal vapor lasers // In Digest of abstracts of the V Int Conf "Atomic and molecular pulsed lasers" Tomsk Inst of АО SB RAS 2001 p 23

61 Kahnchenko G A, Ivanov IG The processes tn hollow cathode discharge excited by steady state and pulse currents // Proc SPffi, 2001, Vol 4243, p 21 28

62 Иванов И Г , Сэм М Ф Кинетика активных сред He-Hg, Ne-Tl и Ne Ga им-

пульсных ионных лазеров с разрядом в полом катоде // Оптика атмосферы и океана 2001 т 14 №11, с 1016-1021

63 Иванов И Г Новые ИК лазерные переходы в He-Zn, He-Cd, He Hg, Ne Ga и Ne-Tl импульсных ионных лазерах с РПК // В Сб тезисов докладов Симпозиума «Лазеры на парах металлов» (Сочи, 2002) Ростов-на Дону Изд РГУ 2002 с 70

64 Ivanov IG Numerical Simulation Of Ne-Tl and Ne-Ga Ion Hollow-Cathode Lasers //JRuss Las Res 2003 Vol 24,№l,pp 27-36

65 Ivanov IG Kinetics of active media ofHe-Zn+, He-Cd+, He-Tl+and Ne In+ Hoi low Cathode Lasers and New Laser Lines // In Abstiacts of the Sixth Int Cont 'Atomic and molecular pulsed lasers"(AMPL-2003) Tomsk (Inst of АО SB RAS) 2003 p20

66 Иванов И Г Особенности возбуждения комбинированных активных сред ионных лазеров на парах металлов в продольном разряде и в разряде с полым катодом // В Сб тезисов докладов конференции "Лазеры, Измерения, Информация - 2004" С -Пб Изд БГТУ 2004 С 5-6

67 Иванов И Г Многоволновые импульсные и непрерывные ионные лазеры на парах металлов с РПК // В Сб. тезисов докладов Симпозиума «Лазеры на парах металлов» (Сочи, 2004) Ростов на-Дону Изд РГУ 2004 с 19 20

68 Иванов И Г He-Cd-Hg ионный катафорезный ЛПМ с Х441,6нм, Ш5нм и Х794,5нм // В Сб тезисов докладов Симпозиума «Лазеры на парах металлов» (Сочи, 2004) Ростов на-Дону Изд РГУ 2004 с 21

69 Ivanov I G Kinetics of active media of He-Zn+, He Cd+, He-Tl+and Ne In+ Hoi low Cathode Lasers and New Laser Lines //Pioc ofSPIE 2004 Vol 5483 p 104-119

Подписано в печать 11 04 05 г Формат 60x84/16 Бумага офсетная Ризография Обьем 2,0 уч -изд л Тираж 100 Заказ №25/04

Отпечатано в типографии ООО «Диапазон» 344010 г Ростов-на-Дону, ул Красноармейская, 206. Лиц ПЛД № 65-116 от 29 09 1997 г

(Иw

" 220

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРОЦЕССЫ НАКАЧКИ ИОННЫХ УРОВНЕЙ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ СТОЛКНОВЕНИЯМИ 2-ГО РОДА В ПЛАЗМЕ НИЗКОГО И СРЕДНЕГО ДАВЛЕНИЯ.

1.1. Виды столкновений 2-го рода.

1.2. Особенности ионных спектров Zn, Cd, Hg, Ga, In, Tl, Cu, Se, Sb и Bi.

1.3. Математическое описание процессов накачки и дезактивации уровней.

1.4. Перезарядка с образованием иона рабочего вещества в возбужденном состоянии.

1.4.1. Заселение перезарядкой уровней Znll, Cdll и Hgll.

1.4.2. Заселение перезарядкой уровней Till, Gall и Inll.

1.4.3. Заселение перезарядкой уровней Cull и Sell.

1.5. Процессы с участием метастабильных и возбужденных атомов инертного газа.

1.5.1. Пеннинг-процесс.

1.5.2. Передача возбуждения от метастабильного атома иону.

1.6. Столкновения 1-го и 2-го рода ионов рабочего вещества с электронами.

1.7. Столкновения 1-го и 2-го рода ионов рабочего вещества с атомами газовой смеси.

ВЫВОДЫ. '

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАЦИИ НА ИОННЫХ ПЕРЕХОДАХ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПРОДОЛЬНОМ РАЗРЯДЕ.

2.1. Новые лазерные переходы в спектрах Gall, Till, Cdll и Hgll в импульсном разряде.

2.1.1. Генерация на переходах Till и Gall в смеси с гелием и неоном.

2.1.2. Генерация на переходах Cdll и Hgll без буферного газа.

2.2. Непрерывная генерация в спектрах Till, Cdll, Sbll и Bill.

2.2.1. Конструктивные особенности разрядных трубок для ПС стационарного разряда.

2.2.2. Генерация на переходах Hgll.

2.2.3. Парциальные коэффициенты и сечения перезарядки в смеси Не

2.2.4. Генерация в смеси Tl-Ne.

2.2.5. Генерация на переходах Sbll и Bill. 80 ВЫВОДЫ.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЫ И ХАРАКТЕРИСТИК ГЕНЕРАЦИИ В КАТАФОРЕЗНЫХ ЛАЗЕРАХ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ.

3.1. Особенности разряда.

3.2. Параметры плазмы и положительного столба разряда.

3.2.1. Температура электронов и напряженность аксиального поля.

3.2.2. Концентрация заряженных частиц.

3.2.3. Концентрация возбужденных атомов гелия.

3.2.4. Ионизация атомов в смеси.

3.3. Катафорез.

3.4. Электрофорез буферного газа в смеси с парами металла. 104 Ф 3.5. Механизм накачки перехода с А,441,6нм в смеси He-Cd.

3.5.1. Механизмы накачки уровня D 5/2 сап. Ю

3.5.2. Измерение скорости накачки уровня 2D 5n Cdll.

3.5.3. Зависимость инверсии от пе.

3.5.4. Эксперимент по оптической накачке плазмы.

3.5.5. Вклад в накачку Пеннинг-процесса и прямого электронного удара.

• 3.6. Активные среды с накачкой перезарядкой.

3.7. Оптимальные условия генерации при различных механизмах накачки.

3.8. Экспериментальный образец He-Se катафорезного лазера. 126 ВЫВОДЫ.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАЗМЫ СТАЦИОНАРНОГО РАЗРЯДА С ПОЛЫМ КАТОДОМ В СМЕСИ ИНЕРТНЫЙ ГАЗ - ПАРЫ МЕТАЛЛА.

4.1. Физические процессы в стационарном РПК. 131 ф 4.1.1. Модель разряда.

4.1.2. Катодное падение в смеси газов.

4.2. Энергия и концентрация электронов.

4.2.1. Интегральная ФРЭЭ.

4.2.1.1. ФРЭЭ быстрых электронов. в 4.2.1.2. ФРЭЭ в области средних и малых энергий.

4.3. Измерение параметров плазмы.

4.4. Интегральные характеристики излучения РПК, сравнение с положительным столбом.

4.5. Радиальные характеристики разряда. 152 4.6 Скорости перезарядки и Пеннинг-процесса в ОС.

4.6.1. Скорость накачки как функция величины катодного падения, оптимизация материала катода. ф 4.6.2. Другие способы повышения величины катодного падения.

ВЫВОДЫ.

5. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕПРЕРЫВНОЙ ГЕНЕРАЦИИ В СМЕСЯХ HE-CD И HE-HG В РАЗРЯДЕ С ПОЛЫМ КАТОДОМ.

5.1. Оптимизация конструкции разрядных трубок для непрерывных лазеров с РПК.

5.1.1. Основные типы разрядных трубок.

5.1.2. Сравнение характеристик РПК различных типов.

5.1.3. Конструкция разрядной трубки РПК „поперечного" типа.

5.1.4. О поглощении излучения в катафорезных „запирающих" секциях трубки.

5.2. Механизм накачки линии с А,441,6нм Cdll в смеси He-Cd в трубке „поперечного" типа.

5.3. Оптимальные условия возбуждения лазерных переходов Cdll и Hgll столкновениями 2-го рода в РПК.

5.3.1. Зависимость от давления паров металла.

5.3.2. Зависимость от давления гелия.

5.3.3. Зависимость оттока.

5.4. Энергетические характеристики излучения лазеров с РПК на смесях He-Cd и He-Hg.

5.5. Режим трехцветной генерации в лазере с РПК на смеси He-Cd.

5.5.1. Параметры разряда и мощность излучения.

5.5.2. Спектральные и шумовые характеристики излучения.

5.6. Экспериментальные образцы He-Cd трехцветных лазеров с РПК. Возможные области применений.

ВЫВОДЫ.

6. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАЦИИ В ИМПУЛЬСНОМ РАЗРЯДЕ С ПОЛЫМ

КАТОДОМ.

6.1. Особенности разряда и плазмы РПК, возбуждаемого импульсами тока микросекундной длительности. 226 6.1.1. Возбуждение ионных переходов металлов столкновениями рода в импульсном РПК.

6.2. Генерация в смеси He-Hg при малой частоте следования импульсов.

6.2.1. Оптимальные условия разряда.

6.2.2. Радиальные зависимости.

6.2.3. Зависимость от диаметра катодной полости.

6.2.4. Энергетические характеристики.

6.2.5. Кинетика населенностей уровней и зависимость от тока.

6.3. Генерация в смесях He-Zn и He-Cd при малой частоте следования импульсов.

6.3.1. Кинетика населенностей уровней Znll, накачиваемых перезарядкой в смеси He-Zn.

6.3.2. Кинетика населенностей уровней Cdll, накачиваемых перезарядкой в смеси He-Cd.

6.4. Генерация в смесях Не-Т1 и Ne-Tl при малой частоте следования импульсов.

6.4.1. Генерация на переходах Till в смеси неон-таллий. 256 6.4.1.1. Кинетика населенностей уровней Till.

6.4.2. Генерация на переходах Till в смеси гелий-таллий. 261 6.4.2.1. Кинетика населенностей уровней Till в смеси Не-Т1.

6.4.3.Структура линий генерации Till в видимой области.

6.5. Генерация в смесях Ne-Ga и Не-Си.

6.5.1. Генерация на переходах Gall в смеси неон-галлий.

6.5.2. Генерация на переходах Cull в смеси гелий- медь.

6.6. Кинетика населенностей уровней Inll в смеси неон-индий.

6.7. Генерация в смеси Не-Kr при малой частоте следования импульсов.

6.8. Генерация в частотно-периодическом режиме и при накачке цугами импульсов.

6.8.1. Плазма РПК при накачке цугами импульсов.

6.8.2. Энергетические характеристики лазеров.

6.9. Экспериментальные образцы импульсных лазеров с РПК и их применение.

ВЫВОДЫ.

7. КПД ИОННЫХ ЛАЗЕРОВ С НАКАЧКОЙ СТОЛКНОВЕНИЯМИ 2-ГО РОДА.

7.1. Этапы преобразования энергии и методика расчета коэффициентов преобразования.

7.1.1. Коэффициенты преобразования для ПС.

7.1.2. Коэффициенты преобразования для РПК.

7.2. Коэффициенты преобразования энергии и КПД для лазеров с различными механизмами накачки и типами разряда.

ВЫВОДЫ.

8. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАЦИИ НА СМЕСЯХ НЕСКОЛЬКИХ РАБОЧИХ

ВЕЩЕСТВ С НАКАЧКОЙ СТОЛКНОВЕНИЯМИ 2-ГО РОДА.

8.1. Критерии выбора веществ для генерации на их смеси.

8.2. Комбинирование паров металлов в ПС с введением паров катафорезом.

8.2.1. Катафорезный лазер на парах парах Cd, Zn,Se.

8.2.2. Катафорезный лазер на смеси He-Cd-Hg.

8.3. Комбинирование паров металлов в РПК. Непрерывная генерация на смеси He-Cd-Hg.

8.3.1. Стабилизация давления паров Cd и Hg в стационарном РПК.

8.3.2. Характеристики непрерывного лазера с РПК на смеси He-Cd

8.4. Комбинирование рабочих веществ в импульсном РПК. Лазер на смеси He-Kr-Hg.

ВЫВОДЫ.

Актуальность темы. Диссертация посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию динамики процессов создания инверсии в лазерах на парах металлов и содержит решение ряда проблем, связанных с исследованием и созданием непрерывных и импульсных ионных газоразрядных лазеров с накачкой столкновениями 2-го рода, генерирующих на нескольких длинах волн, и предназначенных для использования в науке, технике, медицине, связи и др.

Стратегия поиска новых лазерных активных сред и новых способов их возбуждения остается актуальной на протяжении нескольких десятилетий, что привело к созданию новых типов лазеров, пригодных для практики, и обогатило фундаментальные разделы физической науки в смежных областях. Создание активных сред с помощью газовых разрядов различного типа привело к появлению класса газоразрядных лазеров, обладающих высоким качеством излучения, что делает их незаменимыми в ряде применений, и на настоящий момент класс газовых лазеров может считаться самым обширным, обеспечивающим как импульсный, так и непрерывный режимы на переходах многих веществ, перекрывая диапазон длин волн генерации от мягкого рентгеновского до миллиметрового. Такие лазеры обеспечивают наилучшее качество выходного излучения, по ряду параметров обладают рекордными достижениями и поэтому находят широкое применение [1-13]. Использование в газоразрядных лазерах в качестве активного вещества атомарного пара того или иного химического элемента (металла либо иного, металлом не являющегося), находящегося при нормальных условиях в конденсированном состоянии, привело на сегодняшний день к появлению обширного класса Лазеров на парах металлов, а при использовании переходов в их ионах - Ионных лазеров на парах металлов (ИЛПМ), который сейчас насчитывает более 500 переходов 34 элементов. Разряд в таких лазерах осуществляется в смеси паров металла с буферным инертным газом. Наличие такого газа, потенциалы возбуждения и ионизации которого превышают потенциал однократной ионизации металла и меньше потенциала его двукратной ионизации, способствует передаче энергии от возбужденных и ионизированных атомов инертного газа атомам металла в столкновениях 2-го рода, таких, как перезарядка, Пеннинг-процесс и некоторых других, приводящих к заселению переходов в однократных ионах металла. В таких процессах можно достичь значительных уровней накачки, чему способствует как относительно высокая скорость ионизации и возбуждения инертных буферных газов электронным ударом, так и то, что из-за аномально высоких эффективных сечений столкновений 2-го рода, как правило, значительно превышающих газокинетическое, вероятность передачи энергии также высока. Активной средой ИЛПМ служит слабоионизованная неравновесная газоразрядная плазма, образующаяся при различных электрических разрядах в газовой смеси, при этом реализация ионизационной неравновесности в газовом разряде обеспечивает создание инверсии как в импульсном, так и в стационарном режимах, где наиболее полно реализуются такие приоритетные свойства их излучения как высокая монохроматичность, когерентность, направленность, низкий уровень шума, определяющие высокое качество излучения и делающие их уникальными для ряда применений.

Первые поисковые исследования генерации на ионных переходах металлов относятся к 1965-70гг. Первым газоразрядным ИЛПМ стал лазер на парах ртути, работавший в сильноточном импульсном продольном [14] и высокочастотном [15] разрядах. Первые успехи при работе со ртутью стимулировали открытие лазерных переходов в ионных спектрах кадмия, цинка [16] (в том числе и на синей линии А,441,6нм Cdll, которая продолжает оставаться важной в приложениях по настоящее время), германия, олова, свинца, индия [17]. Для ионных переходов иода [18], и для ионных переходов ртути и цинка [19,20], возбуждаемых в смесях паров с гелием в газоразрядной плазме, было высказано предположение об их накачке реакцией „перезарядки" - передачей заряда и энергии от Не+ атомам веществ, и относящейся к ударам 2-го рода. Кроме продольного разряда, смесь гелия с парами ртути возбуждалась и в отрицательном свечении (ОС) разряда с полым катодом (РПК) - впервые в [21], и далее генерация на многих линиях цинка, кадмия и ртути в РПК наблюдалась группами Су-гавара [22], Шубеля [23], М.Ф. Сэма в Ростовском университете [24-26], B.C. Алейникова [27]. Создание паров кадмия и цинка за счет катодного распыления также было предложено и реализовано группой М.Ф. Сэма в РГУ [28] и только много позже использовано для создания паров труднолетучих металлов - меди, серебра, золота и др. (см., [29], а также обзорную работу [30] и монографию [13]). К этим работам подключились многие группы исследователей в нашей стране и за рубежом.

Для объяснения механизма накачки ряда ионных переходов Cdll и Znll, в том числе и с АД41,6нм Cdll, на которой уже наблюдалась непрерывная генерация, был предложен другой тип столкновений 2-го рода - Пеннинг-процесс - реакция передачи энергии от возбужденного атома гелия в метастабильном состоянии атому металла с его ионизацией [31,32], хотя для этой линии не исключались и электронные столкновения 1-го рода. Введение паров в положительный столб (ПС) продольного стационарного разряда за счет катафореза было впервые осуществлено в [14], а затем использовано за рубежом и в РГУ для создания серии конструкций непрерывных ИЛПМ на парах кадмия, селена и других элементов [33-37], в том числе и с нашим участием (см., [10]). Следует отметить, что в первых работах типу разряда для

ИЛПМ, в том числе выявлению наиболее эффективного режима разряда, уделялось незаслуженно мало внимания. Можно утверждать, что отечественные исследователи внесли существенный вклад в становление и развитие класса ИЛПМ. Кроме упомянутых, следует особо отметить комплекс теоретических и экспериментальных работ [3,7,12], приведших к созданию класса рекомбинационных ИЛПМ.

Нельзя не остановиться на другом не менее обширном классе импульсных лазеров на переходах с резонансного на метастабильный уровень ("R-M" переходы) атомов и ионов в парах металлов (на настоящий момент этот класс включает 16 элементов и более 130 лазерных "R-M" переходов [1,6,8,9,13], в том числе и на ионах Са+, Hg+, Sr+, Ва+, Eu+, Yb+ и Pb+, накачиваемых электронными столкновениями). Разработка и создание „саморазогревных" конструкций лазеров на парах металлов [6,9] явилась научным и технологическим прорывом колоссальной важности. Большой вклад в развитие этого класса лазеров также внесли советские и российские ученые.

Отметим, что в [38,39,12] впервые наблюдалась генерация на ионных переходах тяжелых инертных газов (Аг, Кг и Хе) с накачкой ударами 2-го рода при столкновениях ионов этих газов с метастабильными атомами гелия и неона, однако здесь также не был найден оптимальный тип разряда,- мощность излучения и в ПС продольного разряда, и в квазинепрерывном режиме РПК [40] оставалась низкой.

Таким образом, в перечисленных пионерских работах было показано, что применение паров химических элементов в качестве активного вещества газовых лазеров и использование переходов в их ионах существенно увеличивает число линий генерации газовых лазеров, а также то, что на большинстве переходов, (исключая "R-M" переходы и переходы с накачкой рекомбинацией) возможна стационарная инверсия и непрерывная генерация в более коротковолновых, чем для атомарных спектров- видимом и УФ-диапазонах.

Анализ ионных спектров металлов и других химических элементов и тяжелых инертных газов показал, что в них возможно создание инверсии одновременно на нескольких переходах и длинах волн в разных участках спектра, т.е. возможно создание лазеров, генерирующих, в частности, одновременно в синей, зеленой и красной областях спектра, красной и синей, видимой и ИК, что важно для применений таких лазеров в измерительных системах, системах обработки информации и др. При этом различия в механизмах накачки переходов могут сделать реальной перестройку лазера по длинам волн путем изменений условий разряда.

Для большинства ионных переходов, для которых возможен режим стационарной (или квазистационарной) инверсии, возможна также импульсная накачка с высокой скважностью импульсов, которая при определенных условиях может обеспечить генерацию с рекордно высокой пиковой мощностью при достаточно высокой частоте повторения импульсов (десятки килогерц и более). Как и в непрерывном режиме, здесь также не исключаются одновременная генерация на нескольких линиях и дискретная перестройка лазера по длинам волн.

Таким образом, актуальность работы состоит в необходимости экспериментального обоснования эффективности накачки столкновениями 2-го рода ионных уровней элементов, экспериментального поиска новых лазерных переходов, эффективных способов их возбуждения в разрядах различных типов и создания новых лазеров. В данной работе отражен научный вклад автора в развитие этого направления. Начало исследований, представленных в диссертации, относится к 1970-м годам, когда стало очевидным, что развитие класса ИЛПМ с накачкой столкновениями 2-го рода сдерживается отсутствием комплексных поисковых исследований, глубокого изучения свойств активных сред таких лазеров, зависимости параметров их активной среды от типов и режимов накачки.

Для выполнения поставленных задач использовались оптические и электрические методы исследований. Часть из них нуждалась в совершенствовании применительно к нашим задачам, некоторые были разработаны заново. Исследования проводились как в импульсном, так и в непрерывном режимах разряда. Импульсный режим возбуждения разряда, кроме повышения энерговклада, позволяет исследовать динамику населенности уровней и генерации от параметров разряда, что часто облегчает выяснение механизма накачки и образования инверсии населенностей. Изучалось поведение характеристик генерации и спонтанного излучения при изменении в широких пределах условий возбуждения и состава рабочих смесей, применялась оптическая накачка, перераспределяющая населенность уровней, измерялись параметры плазмы и сечения возбуждения для различных процессов. Концентрация заряженных частиц и электронная температура определялись путем зондовых измерений, при помощи СВЧ диагностики, использовались спектроскопические методы.

Предметом исследования в настоящей работе являются активные среды для газоразрядных ионных лазеров на смеси инертного газа с парами химических элементов либо тяжелым инертным газом, при накачке в газоразрядной плазме низкого и среднего давления столкновениями 2-го рода в условиях ионизационной неравновесности, обеспечивающие инверсию населенности уровней и генерацию в видимой и других областях спектра, как в непрерывном, так и в импульсном режимах, а также лазеры, использующие такие среды. В наших исследованиях в качестве рабочих веществ были выбраны такие, которые потенциально пригодны для генерации на нескольких длинах волн и для которых термоиспарение позволяет создать оптимальное для разрядов различных типов давление паров. Использование термоиспарения, кроме того, дает возможность изменять в широких пределах давление паров независимо от других параметров разряда: вкладываемой мощности, давления буферного газа и др., что особенно важно при определении предельных характеристик.

Цель диссертационной работы состояла в поиске активных сред для ионных лазеров с накачкой столкновениями 2-го рода, эффективных способов их возбуждения, а также в исследовании газоразрядных ионных лазеров на смеси инертного газа, преимущественно - с парами химических элементов, причем основное внимание уделялось лазерам, перспективным для практического применения.

Основные задачи научных исследований:

- анализ кинетики и поиск новых активных сред и лазерных переходов в газах и парах химических элементов при накачке столкновениями 2-го рода с частицами инертного газа в газоразрядной плазме и перераспределении населенности возбужденных уровней ионов, в том числе за счет столкновений с электронной компонентой плазмы;

- исследование физических процессов, определяющих особенности механизмов накачки и создания инверсии в плазме;

- поиск наиболее эффективных способов накачки, а также типов и режимов газового разряда для возбуждения активных сред столкновениями 2-го рода; в том числе одновременного возбуждения нескольких рабочих веществ с целью реализации многоволнового режима генерации;

- оптимизация выходных характеристик наиболее эффективных лазеров с непрерывным и импульсным режимами возбуждения, являющихся перспективными для практического применения;

- создание экспериментальных образцов лазеров с оптимальными и уникальными характеристиками.

Научная новизна диссертации определяется тем, что для ряда активных сред исследование генерации на переходах ионов выполнено в работе впервые, а для тех элементов, с которыми исследования проводились ранее, получены принципиально новые результаты в других, более эффективных, режимах возбуждения. Ценность полученных результатов во многом определяется тем, что исследования носили комплексный характер. К наиболее существенным из научных результатов и оригинальных исследований можно отнести следующие:

1. Впервые получена импульсная генерация на ионных переходах Т1 и Ga, а также непрерывная генерация на ионных переходах Hg, Tl, Sb и Bi. Найдены типы и режимы разряда для наиболее эффективного создания инверсии на известных ионных лазерных переходах Cd, Hg, Си и Кг с лучшими параметрами, чем в ранее использовавшихся режимах разряда.

2. Доказано, что возбуждение ионных переходов столкновениями 2-го рода в ОС РПК происходит более эффективно, чем в ПС продольного разряда за счет роста в смеси с парами металла энергии первичных быстрых электронов и большей величины оптимальной концентрации паров.

3. Установлено влияние тепловых электронов в ОС РПК на характеристики генерации, заключающееся в том, что:

- столкновения с ними возбужденных ионов в зависимости от расположения уровней способствуют созданию инверсии на одних переходах и ограничению - на других;

- в импульсно-периодическом режиме неполный распад плазмы и накопление таких электронов в межимпульсный период снижают с ростом частоты следования импульсов величину катодного падения РПК, а также импульсную мощность генерации, что определяет величину максимальной средней мощности и оптимальную частоту.

4. Показана возможность создания многоволновых (многоцветных) лазеров путем комбинирования нескольких рабочих веществ при возбуждении как в стационарном ПС, так и в стационарном и импульсном РПК.

5. Найдены оптимальные условия генерации для перспективных лазерных переходов, выявлены механизмы накачки и причины насыщения мощности. Созданы экспериментальные образцы лазеров на исследованных ионных переходах Cd, Hg, Tl, Se, Zn, Kr.

6. Результаты расчетов простой кинетической модели РПК для средних давлений газа показали возможность получения генерации при накачке перезарядкой более чем на 110 ионных переходах 6-ти элементов, главным образом в ИК области.

7. Измерены полные эффективные сечения перезарядки Не+-Т1, Ne+-Tl, Ne+-In и парциальные сечения перезарядки He+-Hg для ряда ионных уровней ртути.

Научная и практическая значимость.

Наибольшую научную значимость имеет вывод из совокупности результатов данной работы, что столкновения 2-го рода являются эффективным механизмом накачки большого числа лазерных переходов в ионах. Наибольшая эффективность накачки таких переходов достигается в газовых разрядах с группой быстрых электронов: в стационарном и импульсном РПК, что подтверждено как получением новых линий генераций в этих типах разряда, так и улучшением достижимых параметров известных активных сред.

Практическая значимость состоит в том, что результаты работы в части поиска сред, оптимизации режима генерации использованы и могут быть использованы в дальнейшем при разработке и создании экспериментальных образцов лазеров, параметры которых говорят об их конкурентоспособности и перспективе практического использования. Наиболее важными из них являются следующие:

- результаты комплексных исследований по оптимизации выходных характеристик и созданию экспериментальных образцов непрерывных многоволновых (трехцветных, «белого» света) высокостабильных ионных лазеров с РПК, что позволило достичь в трехцветном He-Cd лазере:

- рекордной выходной мощности в непрерывном режиме на линии 441,6нм Cdll, и осуществить одночастотный режим генерации на красных и зеленых линиях при уровне шумов менее 1%;

- суммарной мощности непрерывного трехцветного излучения на уровне долей Ватта;

- демонстрация эффективности накачки в РПК импульсами тока микросекундной длительности, в результате чего удалось достичь значений импульсной и средней мощности до 100Вт и 0,88Вт (Ш5нм Hgll в смеси He-Hg), 40Вт и 0,28Вт (1595нм Tl II в смеси Ne-Tl); 10Вт и 0,09Вт (М69,4нм KrII в смеси Не-Kr), а также результаты комплексных исследований по оптимизации выходных характеристик и созданию экспериментальных образцов импульсных ИЛПМ с РПК: на различных активных средах и с различной средней мощностью.

- демонстрация возможности увеличения набора длин волн, излучаемых одним лазером, путем использования смеси нескольких рабочих веществ, что было реализовано в импульсном (на смеси He-Kr-Hg) и непрерывном (на смеси He-Cd-Hg) лазерах с возбуждением в РПК, а также в лазерах с продольным разрядом при введении паров катафорезом - на парах Cd, Zn, Hg, Se.

Созданные экспериментальные образцы He-Hg импульсного и He-Cd-Hg непрерывного трехцветного ИЛПМ с РПК и накачкой столкновениями 2-го рода были отмечены двумя бронзовыми медалями ВДНХ СССР.

Результаты проведенных исследований были использованы в НИИ Физики РГУ и НИЧ РГУ при выполнении НИР, в учебной работе на Физическом факультете РГУ, а также передавались, в том числе и в виде экспериментальных образцов лазеров - ПО «Полярон», ОКБ «Радуга» НПО «Красная заря» (Санкт-Петербург), НПО «Плазма», ВНИИ «Градиент» (г.Ростов-на-Дону), ряду медучреждений и др. организациям.

Достоверность полученных результатов, научных положений и выводов подтверждается применением общепринятых методик исследований, созданием экспериментальных образцов лазеров со всеми исследовавшимися типами разрядов, комплексностью исследований для различных активных сред, соответствием результатов экспериментальных и теоретических исследований, а также экспериментальными данными, полученными другими авторами.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту.

1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований по получению новых лазерных переходов в спектрах ионов Till, Gall, Znll, Cdll, Inll, Hgll и новых режимов возбуждения для известных переходов в спектрах Cdll, Hgll, Sbll, Bill, KrII и Cull, многоволновой генерации с возможностью регулировки «цветности» излучения путем контролируемого изменения давлений паров, тока разряда, а также использования одновременно нескольких рабочих веществ.

2. Результаты комплексных исследований активных сред, в том числе механизмов накачки и причин насыщения мощности в смесях гелия с парами металлов, возбуждаемых в стационарном ПС, доказывающих, в частности, что критическое снижение энергии электронов происходит при малых концентрациях паров, что не позволяет эффективно реализовать энергию, запасенную в ионах (метастабильных атомах) гелия.

3. Результаты комплексных исследований, показывающих, что для смесей паров металлов с инертным газом при накачке столкновениями 2-го рода возбуждение в РПК по сравнению с возбуждением в ПС продольного разряда приводит к генерации на большем числе линий, с более высокими коэффициентами усиления и мощностью излучения за счет того, что:

- в РПК величина катодного падения, определяющая энергию первичных электронов (которые обеспечивают ионизацию и возбуждение буферного газа), растет в смеси с парами металла, а также при переходе от стационарного разряда к возбуждению микросекундными импульсами тока;

- коэффициент преобразования энергии разряда в энергию быстрых электронов в РПК выше, чем в ПС;

- преобразование энергии ионов (или метастабильных атомов) инертного газа в энергию лазерного перехода при перезарядке (или Пеннинг-процессе) в РПК происходит с эффективностью, примерно в 2 раза большей, чем в ПС из-за на 1-2 порядка большей оптимальной концентрации атомов металла.

4. Показана важная роль низкоэнергетических тепловых электронов в отрицательном свечении РПК, заключающаяся в том, что:

- столкновения таких электронов с воз буж денными ионами во время протекания тока в зависимости от расположения уровней способствуют созданию инверсии на одних переходах и ограничению - на других;

- в импульсно-периодическом режиме неполный распад плазмы и накопление таких электронов в межимпульсный период снижают с ростом частоты следования импульсов величину катодного падения РПК, а также импульсную мощность генерации, что определяет значения максимальной средней мощности и оптимальной частоты.

5. Результаты цикла исследований по оптимизации выходных характеристик импульсных лазеров с РПК на смесях гелия с парами Zn, Cd, Hg, Tl, Си и криптоном, а также неона - с парами Т1 и Ga при накачке столкновениями 2-го рода, в результате чего получен ряд рекордных значений мощности, созданы экспериментальные образцы таких лазеров.

6. Результаты цикла исследований малошумящих трехцветных He-Cd и He-Cd-Hg ионных лазеров с РПК по оптимизации их выходных характеристик, а также результаты создания экспериментальных образцов лазеров с трубками оптимальных конструкций, предусматривающих стабилизацию основных параметров разряда, а также результаты исследований механизма накачки и причин насыщения мощности.

Личный вклад автора. В исследованиях, определивших защищаемые положения и выводы диссертации, автору принадлежат постановка задач, инициатива проведения и руководство экспериментами и расчетами, в большинстве которых автор принимал непосредственное участие, а также объяснение или интерпретация полученных результатов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми разделов, заключения, приложения и списка литературы. Она содержит 285 страниц текста, 28 таблиц (на 19 страницах), 89 рисунков (на 57 страницах), 36 страниц Приложений, список литературы из 338 наименований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Общим выводом, который следует из результатов работы, является доказательство того, что столкновения 2-го рода являются эффективным механизмом накачки большого числа лазерных переходов в ионах. Наибольшая эффективность действия данного механизма среди различных типов газового разряда достигается в разрядах с группой быстрых электронов — в стационарном и импульсном РПК, что подтверждено как получением новых линий генерации в этих типах разряда, так и значительным улучшением характеристик известных сред.

1. В области поисковых исследований новых активных сред для ионных лазеров:

1.1. Впервые получена импульсная генерации на 16 переходах Till и Gall в смесях Tl-Ne, Т1-Не и Ga-Ne в ПС импульсного продольного разряда и в импульсном РПК.

1.2. Установлено, что накачка переходов Tl II и 51,3P-51,3S переходов Gall происходит перезарядкой ионов Ne+ на атомах металлов, показана роль столкновений с электронами в послесвечении ПС. о 1-3

1.3. Установлено, что накачка 5 ' F-6 ' D переходов Tl II в смеси с гелием происходит перезарядкой Не+-Т1 в РПК и в „дальнем" послесвечении ПС, а также удар-но-излучательной рекомбинацией ионов Т1++— в ближнем послесвечении ПС.

1.4. Характеристики генерации на переходах, заселяемых перезарядкой, значительно улучшаются при переходе от возбуждения в ПС—к возбулсдению в РПК.

1.5. Впервые получена генерация в ПС импульсного разряда без буферного газа: на 42F-52D переходах с 1533,7 и 1537,8нм Cdll и на 52F-62D переходе 1567,7нм

Hgll с накачкой ударно-излучательной рекомбинацией ионов Cd"^ и Hg^, а таюке — if. на D -Р переходе Cdll с 1441,бнм при накачке электронным ударом, откуда следует , что:

- электронный удар в ПС молсет приводить к эффективной накачке бейтлеров

9 2 2 * ских 4d 5s D -уровней Cdll;

- охлалсдение электронов в послесвечении ПС в парах металла происходит с меньшей скоростью, чем в смеси с гелием; однако, несмотря на это, характеристики генерации при накачке ударно-излучательной рекомбинацией 5F-6D-nepex0fl0B Hgll и 4Р-5Б-переходов Cdll улучшаются по сравнению со смесью He-Hg и He-Cd.

1.6. При использовании катафореза для введения атомов рабочего вещества в ПС стационарного разряда впервые получена непрерывная генерация на 5 переходах в спектрах Т1II, Hgll (с накачкой перезарядкой Ne+-Tl и He+-Hg) и Sbll, Bill (с возбуждением электронным ударом).

1.7. На переходах с 1469,4нм KrII и 1780,8нм Cull впервые реализована генерация в РПК в режиме накачки микросекундными импульсами тока, с лучшими характеристиками, чем при использовавшихся ранее режимах (стационарном и квазистационарном РПК).

1.8. Доказан перезарядочный характер длительного послесвечения на ионных переходах ТШ и Inll и найдены эффективные сечения перезарядки в столкновениях

Не+-Т1 ((1,5±0,5)'Ю"15см2), Ne+-Tl ((3+0,5)Т0-'5см2), Ne+-In ((5±3)Т0-,5см2).

2 2

1.9. Для уровней 7р Р3/2, 7р Рщ Hgll экспериментально определены парциальные коэффициенты и сечения перезарядки в столкновениях He+-Hg.

2. При комплексных исследованиях физических процессов в активных средах непрерывных катафорезных ИЛПМ:

2.1. Путем измерений параметров плазмы ПС найдено, что быстрое снижение энергии электронов и поля в ПС при введении относительно малой оптимальной концентрации рабочего вещества (1013-10 см") происходит вследствие формирования ФРЭЭ „со стороны" низких энергий, при этом происходит снижение концентрации ионов Не+ и возбужденных атомов Не* и Нет, что не позволяет полностью использовать энергию, накопленную в ионах (при перезарядке) и в возбужденных атомах гелия (при Пеннинг-процессе).

2.2. При использовании комплексной методики, включавшей измерение скорости накачки лазерного D*-P перехода Cdll с 1441,бнм в стационарном ПС в смеси He-Cd, расчеты скоростей для различных процессов с использованием измеренных параметров плазмы, а таюке опыт с оптической накачкой установлено, что основной вклад в возбуждение данного перехода вносит Пеннинг-процесс, а прямое и ступенчатое электронное возбуждение дают значительно меньший вклад.

2.3. Найдены оптимальные для генерации параметры разряда (состав смеси, ток и диаметр разрядного канала) для переходов, заселяемых ударами 2-го рода: Пеннинг-процессом и перезарядкой, а таюке прямым электронным ударом; и таким образом охвачены все возможные механизмы накачки в стационарном ПС. Установлено также, что в смеси с гелием насыщение усиления и мощности определяется: а)с ростом давления паров — снижением концентрации энергетических доноров: ионов Не+ и метастабильных атомов Нет гелия; б)с ростом давления гелия - снижением оптимальной концентрации рабочего вещества, а для Пеннинг-процесса - еще и насыщением и последующим снижением концентрации Нет. Найдено, что при уменьшении диаметра капилляра для всех механизмов накачки наблюдается рост усиления и удельной мощности, что определяется главным образом ростом оптимальной концентрации паров рабочего вещества.

2.4. С целью повышения точности регулировки и стабилизации давления паров (для активных сред с высоким Pne'd) предложено в качестве исходного параметра использовать вместо напряжения на трубке (статического сопротивления разряда) его дифференциальное сопротивление, а также предложены конструкции трубок снабженных измерительными капиллярными секциями с меньшим (РНе d)U3M< РНе d.

2.5. Для двух буферных газов - гелия и неона - впервые показано, что градиент давления, вызванный электрофорезом газа, растет с ростом тока и концентрации паров рабочего вещества тем больше, чем больше разница в массах атомов компонент смеси. Показано также, что использование обводного канала (байпаса) снижает градиент давления и расход рабочего вещества. Исследованы причины „пульсаций" плотности паров веществ с низкой рабочей температурой при катафорезе, создающие неоптимальные условия по длине капилляра, и предложена конструкция трубки для их ликвидации, которая успешно применена для смеси He-Hg.

2.6. Разработаны экспериментальные образцы He-Se катафорезного лазера с отпаянными разрядными трубками, которые передавались для испытаний и использования сторонним организациям.

3. При комплексных исследованиях физических процессов в смесях инертного газа и паров металлов при возбуждении в РПК, которое по сравнению с возбуждением в ПС продольного разряда является более эффективным, приводит к генерации на большем числе линий, с более высокими коэффициентами усиления и мощностью излучения:

3.1. Найдено теоретически и подтверждено экспериментально, что в РПК высокоэнергетическая часть ФРЭЭ, обеспечивающая создание ионов и возбужденных атомов инертного газа и формируемая за счет энергии первичных электронов, набранной ими в области катодного падения и теряемой в ОС („нелокальность" спектра электронов в ОС) главным образом на ионизацию буферного газа, а также скорость ионизации и возбуждения газа сохраняются высокими при увеличении давления паров на 1-2 порядка по сравнению с ПС.

3.2. Экспериментально показано, что определяющая высокую энергию первичных электронов величина катодного падения растет в смеси с парами металла, что обусловлено замещением в разряде ионов инертного газа ионами металла с меньшим коэффициентом ионно-электронной эмиссии.

3.3. Найдено, что при высокой концентрации паров основным каналом разрушения ионов и возбужденных атомов газа являются столкновения 2-го рода с атомами рабочего вещества, вследствие чего концентрации этих частиц газа в ОС малы.

3.4. Показано, что эффективность преобразование энергии ионов (возбужденных атомов) буферного газа в энергию лазерного перехода при перезарядке (Пеннинг-процессе) в РПК примерно в 2 раза выше, чем в ПС (что определяется высокой оптимальной концентрацией паров), а скорость накачки рабочих переходов приближается к скорости ионизации (возбуждения) буферного газа.

3.5. Показано, что при применении материалов для катода с низким коэффициентом ионно-электронной эмиссии в стационарном РПК наблюдается рост величины катодного падения потенциала (до ~500В) при сохранении остальных параметров разряда, что приводит к росту скорости образования ионов буферного инертного газа и перезарядки.

3.6. Найдено, что при возбуждении РПК импульсами тока микросекундной длительности помимо роста величины катодного падения с ростом давления паров имеет место дополнительный значительный рост при укорочении импульса тока (за счет нестационарной фазы разряда), а таюке — при увеличении диаметра катодной полости, что позволяет использовать большие поперечные размеры активной среды. Порог дугообразования при коротком импульсе значительно отодвигается, что позволяет использовать плотности тока до нескольких А/см2.

3.7. Показано, что в РПК коэффициент преобразования энергии разряда в энергию быстрых электронов выше, чем в ПС.

3.8. Исходя из модели направленного движения первичных электронов в радиальном направлении внутри полости РПК, сопровождаемого как потерями энергии, так и возникающей их „фокусировкой" в приосевой части полости, найдено, что совместное действие этих эффектов определяет радиальное распределение скоростей накачки столкновениями 2-го рода, и определяет величину оптимального давления буферного газа для различных механизмов накачки. При этом в качестве критерия оптимального давления буферного газа может рассматриваться условие потери быстрым электроном энергии на длине пробега порядка радиуса полости, что и объясняет слабую зависимость оптимального давления от диаметра полости.

4. В результате исследований характеристик плазмы РПК выявлена важная роль большой по численности группы тепловых электронов в ОС РПК не только в послесвечении, но и во время протекания тока:

4.1. Теоретически и экспериментально доказана важная роль девозбуждающих столкновений тепловых электронов с возбужденными ионами, которые в зависимости от расположения уровней, путем перераспределения населенностей, способствуют созданию инверсии на одних переходах и ограничению ее — на других, что определяет различные оптимальные условия разряда и характеристики генерации, увеличивает однородную ширину контура усиления перехода, способствуя тем самым реализации одночастотного режима лазера.

4.2. Показано, что в импульсном режиме накачки для большинства переходов указанные столкновения ограничивают длительность импульса генерации с ростом длительности импульса тока.

4.3. В импульсно-периодическом режиме РПК к приходу следующего импульса происходит неполный распад плазмы, и по сравнению с режимом одиночного импульса — накопление тепловых электронов и рост их концентрации, вследствие чего с ростом частоты следования импульсов снижается напряжение пробоя, а таюке величина катодного падения и скорость накачки лазерного перехода столкновениями 2-го рода; растет интенсивность девозбуждающих столкновений и времена жизни резонансных уровней.

5. Проведен цикл исследований по оптимизации выходных характеристик активных сред на смесях гелия с парами металлов в стационарном РПК, в результате которых:

5.1. Найдено и подтверждено при создании соответствующей разрядной трубки, что выполнение катодной полости в разрядной трубке „поперечного" типа цилиндрической формы и однородной по длине с продольной щелью, секционирование разрядного промежутка путем секционирования анода, расположенного вдоль щели, снабжение каждой секции индивидуальным испарителем, а таюке стабилизация давления паров и тока за счет питания нагревателя каждого испарителя разрядным током данной секции и „запиранием" паров в полости, обеспечило продольную однородность горения разряда при плотностях разрядного тока до 40мА/см и отсутствие продольного электрического поля в ОС.

5.2. Показано, что в РПК „продольно-поперечного" типа:

- в ОС возникает аксиальное электрическое поле, необходимое для дрейфа электронов к аноду и поддержания заданной плотности тока, что приводит к аксиальной неоднородности величины катодного падения потенциала, плотности тока, энергии и числа первичных быстрых электронов и скорости ионизации (возбуждения) гелия.

- указанные неоднородности в РПК „продольно-поперечного" типа приводят к меньшей мощности излучения по сравнению с РПК „поперечного" типа для всех лазерных линий в смеси He-Cd с различными механизмами накачки: 1635,5/636нм (перезарядка), 1533,7/537,8нм (накачка радиационными и электронными столкновитель-ными переходами с уровней, заселяемых перезарядкой), 1441,бнм (Пеннинг-процесс).

5.3. Установлены причины насыщения мощности с ростом давления паров металла (снижение скорости накачки), давления гелия (нарушение оптимального радиального распределения скорости накачки) и тока (девозбуждающие столкновения с тепловыми электронами ОС для „перезарядочных" переходов, и пленение резонансного излучения с нижнего лазерного уровня 5р2Р3/2 — для 1441,бнм Cdll).

5.4. Найдено, что основной вклад в накачку перехода 1441,бнм Cdll вносит Пеннинг-процесс.

5.5. Показано, что в трехцветном He-Cd ИЛПМ РПК может быть реализован устойчивый одночастотный режим генерации на зеленой (1537,8нм) и красной (163бнм) линиях с длиной когерентности более 4м без применения каких-либо селектирующих устройств.

5.6. Предложено для трубки с РПК использовать „электроразрядный насос" в обводном канале, соединяющем ее концевые участки, который обеспечивает за счет электрофореза циркуляцию смеси буферного газа с парами металла в полости катода, чем увеличивается однородность смеси и мощность генерации, и что было продемонстрировано для смеси He-Cd.

5.7. Разработаны и созданы экспериментальные образцы непрерывных He-Hg ИЛПМ РПК и малошумящего трехцветного He-Cd ИЛПМ РПК, не уступающего по мощности He-Cd катафорезному лазеру, но превосходящего его по числу линий генерации и шумовым характеристикам. Реализованы режимы совместной генерации на синей, зеленых и красных линиях Cdll с различным соотношением мощностей, при этом установлено, что режим равных мощностей удается осуществить только снижением мощностей на синей и зеленых линиях, наибольшая же суммарная мощность ~120мВт была получена при соотношении С/3/К= 92/21/7,8. Образцы лазеров передавались для испытаний и использования сторонним организациям.

6. Проведен цикл исследований по оптимизации выходных характеристик активных сред на смесях буферных газов (гелия и неона) с парами металлов в импульсном РПК, в результате которых:

6.1. Установлено, что мощность генерации растет при увеличении диаметра катода и максимальна при малой длительности импульса тока (~1мкс), что отвечает максимальной скорости накачки перезарядкой и минимальной дезактивации столкновениями с тепловыми электронами; при этом оптимальные значения тока оказываются более высокими, чем в непрерывном режиме.

6.2. Найдено, что наилучшими характеристиками генерации при малой частоте следования импульсов в красно-желтой области спектра обладают смесь He-Hg на линии 1615,Онм Hgll (усиление, полная и удельная мощность излучения до 39дБ/м, ~100Вт и до 0,5Вт/см3) и смесь Ne-Tl на 1595нм ТШ (15дБ/м, 40Вт и 0,47Вт/см3), а в коротковолновой области видимого спектра - смесь He-Cd на 1441,бнм Cdll (5дБ/м, 3,5Вт и 0,25Вт/см3) и смесь Не-Кг (1469,4нм KrII; бдБ/м, ~10Вт и 0,5Вт/см3), большинство из которых являются рекордными.

6.3. В результате теоретического исследования кинетики населенностей уровней ионов Znll, Cdll, Hgll, ТШ (в смеси с гелием), Gall, ТШ и Inll (в смеси с неоном) при накачке перезарядкой и с учетом столкновений в ОС с тепловыми электронами и атомами смеси, найдены условия существование инверсии в импульсном РПК в общей сложности на 110 новых переходах (кроме тех, которые были зарегистрированы в эксперименте и в основном ИК): 6-ти переходах Znll — в смеси He-Zn (диапазон длин волн 0,317.13,7мкм), 8-ми Cdll — в смеси He-Cd (0,97.1,99мкм), 2-х Hgll - в смеси Hg-He (1,55 и 3,016мкм), 57-ти ТШ — в смеси Не-Т1 (0,302.18,83мкм), 27-ми In II — в смеси Ne-In (0,294. 11,08 мкм), 6-ти переходах Gall (0,641.2,169micm) — в смеси Ga-Ne и 4-х переходах Till — в смеси Tl-Ne (1,385.3,179мкм).

6.4. Показано, что для каждой активной среды существует оптимальная частота следования импульсов (для исследованных сред 10-50кГц), определяемая снижением импульсной мощности с увеличением частоты, и возрастающая при укорочении возбуждающих импульсов тока и уменьшении диаметра катода.

6.5. Установлено, что снижение импульсной мощности генерации с ростом частоты следования определяется процессами накопления тепловых электронов в межимпульсный период, что вызывает:

- падение скорости накачки перезарядкой и Пеннинг-процессом, вызванное снижением величины катодного падения;

- рост частоты девозбуждающих столкновений с тепловыми электронами плазмы (для переходов Hgll, Till и KrII), а таюке пленение излучения на резонансном переходе 5p2P3/2-5s2Si/2 и увеличение времени жизни нижнего лазерного 5р2Р3/2 уровня Cdll (для 1441,бнм), и происходит медленнее при укорочении возбуждающих импульсов тока и уменьшении диаметра катода.

6.6. Найдено, что радиальное поле в ОС импульсного РПК на 1-2 порядка больше поля в стационарном РПК, что при малых давлениях паров и высоких частотах следования импульсов приводит к катафорезу паров металла в направлении стенки катода.

6.7. Методом возбуждения РПК цугами импульсов показано, что значение средней мощности излучения достигает: для Х615нм Hgll в смеси He-Hg — 0,88Вт при частоте 40кГц и длительности импульса тока 0,3мкс, и 0,63Вт при 34кГц и 1мкс; для А<595нм Till в смеси Ne-Tl: 0,28Вт при 15кГц и 1мкс, а средняя мощность на Х615нм в частотно-периодическом режиме достигать 0,32Вт при ЮкГц, 1мкс и КПД около 0,023% (размеры катода: диаметр 2см и длина 40см).

6.8. На основе проведенных исследований разработаны и созданы технологичные экспериментальные образцы активных элементов импульсных He-Hg ИЛПМ РПК с „саморазогревными" разрядными трубками с металлической вакуумной оболочкой и со щелевым полым катодом, секционированным анодом и аксиально-однородным разрядным промежутком; для смесей He-Hg и He-Kr-Hg с прогреваемыми концевыми окнами или внутренними зеркалами, а для остальных элементов - с „холодными" окнами, которые хорошо зарекомендовали себя в работе, не отличаются особой сложностью, и, по нашему мнению, могут служить прототипами серийных устройств. Созданные образцы He-Hg импульсного ИЛПМ РПК с отпаянными разрядными трубками экспонировались на выставках, отмечены Бронзовой медалью ВДНХ, и передавались для использования в сторонние организации.

7. Проведен цикл исследований по получению многоволновой (многоцветной) генерации на смеси нескольких рабочих веществ с гелием, в результате которых:

7.1. Экспериментально показана перспективность использования в одной разрядной трубке нескольких рабочих веществ, что увеличивает набор длин волн излучения лазера. Сформулированы критерии подбора таких веществ с учетом специфики ПС и РПК.

7.2. Предложены конструкции разрядных трубок для работы с несколькими веществами как в ПС, так и в РПК; разработаны способы одновременной стабилизации давления каждого рабочего вещества.

7.3. Экспериментально показана перспективность использования в одной разрядной трубке с ПС смесей паров следующих веществ, при введении их путем катафореза:

- Cd и Zn, Cd и Hg — при генерации как на каждом веществе, так и на их смеси;

- Cd, Zn и Se - при одновременной генерации на линиях Cdll и Znll в смеси Cd и Zn, и в отдельности - на линиях каждого из трех веществ.

7.4. Экспериментально показана перспективность одновременного возбуждения в РПК паров Cd и Hg, благодаря чему удалось осуществить 3-х цветную генерацию на 1441,бнм, 1533,7/537,8нм Cdll и 1615нм Hgll. Показано, что повышением тока и давления Hg мощность красного излучения может быть сделана большей, чем зеленого и синего, а соотношение мощностей может оперативно регулироваться посредством модуляции тока разряда. Таким образом, соотношение мощностей удалось приблизить к естественному (белому) свету. Созданные образцы He-Cd-Hg непрерывного трехцветного лазера с РПК и отпаянной разрядной трубкой экспонировались на выставках, отмечены Бронзовой медалью ВДНХ.

7.6. Экспериментально показана перспективность возбуждения гелия с криптоном и парами ртути в РПК при возбуждении микросекундными импульсами тока. Данная смесь выгодно отличается от остальных тем, что красная 1615нм и ИК 1794,5нм линии Hgll накачиваются перезарядкой с Не+, а синяя 1469,4нм линия KrII — передачей возбуждения от Нет, и при этом криптон не разрушает Не+, что в целом повышает эффективность лазера. Кроме того, высокая оптимальная плотность тока для линий Hgll и отсутствие насыщения по току для KrII таюке способствуют эффективной работе лазера.

Одно из достоинств ионных лазеров с накачкой столкновениями 2-го рода, выгодно отличающее их от лазеров других типов, заключается в возможности генерации в многоцветном режиме, т.е. на нескольких линиях, принадлежащих в том числе и различным участкам спектра. Проведенные исследования способствовали созданию большой группы лазеров с активной средой, представляющей собой смесь инертного газа (чаще - гелия) с парами металла и возбуждаемой столкновениями 2-го рода. По сравнению с лазерами, в которых используется традиционный способ возбуждения в продольном разряде, они имеют значительно большую эффективность, больший набор длин волн и меньший уровень шумов в непрерывном режиме.

Можно считать, что один непрерывный ионный He-Cd или He-Cd-Hg лазер с РПК при генерации трех основных цветов: синего, зеленого, красного („белый свет") заменяет три: He-Ne, He-Cd+ и He-Se+ катафорезных лазера, каждый из которых эффективно работает только в одной части видимого спектра: соответственно—в красной, синей и зеленой. Самым привлекательным здесь является He-Cd-Hg ионный лазер с РПК, имеющий более высокую мощность в красной области спектра, т.е. лучшее сочетание мощностей излучения на линиях. При использовании соответствующих зеркал, указанные лазеры с РПК способны генерировать в диапазоне от УФ до ближнего ИК. Это позволяет надеяться на гораздо более широкий круг их применений по сравнению с катафорезными лазерами, возбуждаемыми в продольном разряде.

Максимальный уровень мощности был достигнут нами в импульсном режиме РПК при коротком импульсе тока, т.е. при максимальной скорости накачки и минимальной дезактивации столкновениями. В результате исследований импульсной генерации в РПК видно, что уровень мощности на лучших лазерных переходах может быть существенно повышен. При коротком импульсе и объеме среды 200см3 и более достижимы импульсная мощность порядка нескольких сотен Ватт, а средняя — порядка одного - нескольких Ватт. Полученные в импульсном режиме РПК значения удельной мощности можно рассматривать как предельные и вряд ли достижимые для данной среды в непрерывном режиме, что и подтверждают наши эксперименты, а также эксперименты со стационарными электронными пучками, проводившиеся в США. Тем не менее достижение мощностей генерации порядка долей и единиц Ватта представляется вполне реальным. Нами получена мощность малошумящего излучения, превышающего 0,1Вт.

Проведенные эксперименты подтвердили также перспективность совмещения в одной разрядной трубке катафорезного лазера нескольких сред, представляющих собой пары химических элементов, что привело к увеличению набора линий излучения, и можно надеяться, что такие лазеры таюке будут полезны в применениях.

Таким образом, можно констатировать, что в результате исследований лазеров на парах металлов с различными видами накачки, начатых в 60-70-е годы в Ростовском университете под руководством М.Ф. Сэма и обобщенных в написанных с участием автора монографиях [10,11], а таюке в настоящей работе, по существу создан, исследован и доведен до приемлемого практического уровня использования новый класс лазеров— газоразрядные лазеры на парах металлов с накачкой столкновениями второго рода. Ряд этих работ послужил стимулом к постановке исследований лазеров и проведения смежных научных работ в других лабораториях, в том числе и за рубежом.

БЛАГОДАРНОСТИ

Прежде всего автор должен сказать о чувстве благодарности и признательности своему Учителю и научному консультанту, доктору физико-математических наук, профессору Мирославу Францевичу Сэму, одному из основоположников класса лазеров на парах металлов, определившему для автора данное направление исследований.

Автор отдает себе отчет в том, что все описанное в настоящей диссертации является в той или иной мере результатом коллективных усилий сотрудников лабораторий кафедры квантовой радиофизики Физического факультета РГУ и отдела квантовой радиофизики НИИ Физики при РГУ. Мои искренние слова благодарности Лату-шу Евгению Леонидовичу, Зинченко Сергею Павловичу, Вайнеру Владимиру Викторовичу, Жукову Владимиру Валентиновичу, Калинченко Галине Анатольевне за активное участие при выполнении отдельных этапов данной работы, внесших неизмеримо большой вклад в исследования и разработки лазеров, которым посвящена данная работа.

Автор весьма признателен также сотрудникам НИЧа РГУ, НИИ Физики РГУ, принимавшим участие в выполнении отдельных исследований и разработок: Папаки-ну Валерию Федоровичу, Ильюшко Владимиру Григорьевичу, Муханову Валерию Павловичу, Епремяну Валерию Бабкеновичу.

Автор выражает признательность сотрудникам ВУЗов и НИИ за содействие в смежных научных и технических направлениях, связанных с исследованиями ИЛПМ с накачкой столкновениями 2-го рода — Прозорову Сергею Валериановичу, Иванову Алексею Терентьевичу, Черезову Владимиру Михайловичу, Касьяну Владимиру Григорьевичу, Сухорукову Виктору Львовичу и Кочуру Андрею Георгиевичу.

Автор также благодарен всем сотрудникам, аспирантам и студентам РГУ, оказывавшим помощь и содействие в процессе выполнения работы.

1. Петраш Г.Г. // В Справочнике по лазерам под ред. А. М. Прохорова. М.: Советскоерадио, 1978. С. 183-197.

2. Елецкий А.В., Смирнов Б.М. Физические процессы в газовых лазерах. М.: Энергоатомиздат. 1985. 150с.

3. Яковленко С.И. Газовые и плазменные лазеры. // в "Энциклопедии низкотемпературной плазмы" под ред. В.Е. Фортова. Вводный том (в 4 книгах). 2000. Книга 4, с.262-291.

4. Иванов В.А., Привалов В.Е. Применение лазеров в приборах точной механики. С

5. Пб.: Политехника. 1993. 216 с.

6. Месяц Г.А., Осипов В.В., Тарасенко В.Ф. Импульсные газовые лазеры. М.: Наука.1991.271с.

7. Петраш Г.Г., Исаев А.А. Импульсные газоразрядные лазеры. // Труды ФИАН. 1991.1. Т.212. С. 93-108.

8. Сэм М.Ф. Ионные газоразрядные лазеры на парах химических элементов. Дисс. д-ра. физ.-мат. наук. Ростов-на-Дону. 1981.

9. Солдатов А.Н., Соломонов В.И. Газоразрядные лазеры на самоограниченных переходах в парах металлов. Новосибирск: Наука, 1985. 151с.

10. Батенин В.М., Бучанов В.В., Казарян М.А., Климовский И.И. и др. Лазеры на самоограниченных переходах атомов металлов. М.: Научная книга. 1998. 544с.

11. Иванов И.Г., Латуш Е.Л., Сэм М.Ф. Ионные лазеры на парах металлов. М.: Энер-гоатомиздат. 1990, 257 с.

12. Ivanov I.G., Latush E.L., Sem M.F. Metal Vapour Ion Lasers: Kinetic Processes and Gas Discharges. Chichester-New York-Brisbane-Toronto-Singapure: John Wiley&Sons. 1996.285 pp.

13. Латуш Е.Л. Газоразрядные рекомбинационные лазеры на парах металлов. Дисс. докт. физ.-мат. наук. Ростов-на-Дону. 2000. 345с.

14. Little С.Е. Metal vapour lasers. Chichester-New York-Brisbane-Toronto-Singapure: John Wiley&Sons. 1999. 617pp.

15. Bell W.E., Visible laser transitions in Hg+.// Appl. Phys. Lett. 1964. Vol.4. №2. P.34-35.

16. Paananen R.A., Tang C.L., Horrigan F.A. and Statz H. Optical laser action in He-Hg rf discharges. // J. Appl. Phys. 1963. Vol. 34. P. 3148-3149.

17. Fowles G.R., Silfvast W.T. Laser action in the ionic spectra of Zinc and Cadmium. // IEEE J. Quantum Electron. 1965. Vol.QE-1, №6. P.131.

18. SilfVast W.T., Fowles G.R., Hopkins B.D. Laser action in singly ionized Ge, Sn, Pb, In, Cd andZn. //Appl. Phys. Lett. 1966. Vol.8. №12. P. 318-19.

19. Jensen R.C., Fowles G.R. New laser transitions in iodine-inert gas mixtures. I I Proc. IEEE 1964. V.52. №11. P. 1350.

20. Dyson D.J. Mechanism of population inversion at 6149 A in the mercury ion laser. // Nature. 1965. Vol.207. P.361-363.

21. Jensen R.C., Collins G.J., Bennett Jr.W.R. Charge-exchange excitation and cw oscillation in the Zinc-Ion laser. // Phys. Rev. Lett. 1969. Vol.23. P.363-367.

22. Byer R.L., Bell W.E., Hodges E., Bloom A.L. Laser emission in ionized mercury: isotope shift, linewidth and precise wavelength. // J. Opt. Soc. Am. 1965. Vol.55, №12. P.1598-1602.

23. Asami Y., Sugawara Y., Tokiwa Y. et al. Laser oscillation due to hollow cathode discharge. Preprints 1969 Meeting Inst. El. Commun. Eng. Jpn. // Quant. Electr. 1969. №600.

24. Schuebel W.K. Transverse-discharge slotted hollow-cathode laser. // IEEEJ. Quantum Electron. 1970. Vol.QE-6. №9. P.574-575.

25. Михалевский B.C., Сэм М.Ф. Генерация когерентного излучения при импульсном разряде в чистых парах кадмия и цинка. // В Трудах конференции по электронной технике. ЦНИИ ТЭИ и НИ, М., 1967, Т.1, с. 3-5.

26. Сэм М.Ф., Михалевский B.C. Импульсная генерация на переходах цинка и кадмия. // ЖПС, 1967, Т.6, №5, с.668-669.

27. Карабут Э.К., Кейдан В.Ф., Кравченко В.Ф. и др. Исследования непрерывной генерации на переходах в спектрах ионов цинка, кадмия и ртути. // Электронная тех-ка. Сер.1. Электроника СВЧ, 1969, №9, с. 103-108.

28. Алейников B.C. Доклад на 1-м Всесоюзном семинаре ЛПМ и их применения. Ростов-на-Дону. 1971.

29. Карабут Э.К., Михалевский B.C., Папакин В.Ф., Сэм М.Ф. Непрерывная генерация когерентного излучения при разряде в парах цинка и кадмия, полученных катодным распылением. //ЖТФ. 1969, Т.39, №10, с.1923-1924.

30. Csillag L., Janossy М., Rozsa К. and Salamon Т. Near infrared CW laser oscillation in Cull. //Phys. Lett. 1974. Vol. A50. №1. P.13-14.

31. Рокка Д.Д., Коллинз Дж. Д. Автометрия. 1984. № 1. С.3-19. Gerstenberger D.C., Solanki R., Collins G.J. Hollow cathode metal ion lasers. // IEEE J. Quantum Electron. 1980. Vol.QE-16. №8. P.820-34.

32. Fowles G.R., Hopkins B.D. CW laser oscillation at 4416 A in cadmium. // IEEE J. Quant. Electr. 1967. Vol.QE-3. №10. P. 419.

33. SilfVast W.T. Efficient cw laser oscillation at 4416 A in Cd(II). // Appl. Phys. Lett. 1968. Vol.13. №5. P. 169-171.

34. Sosnowski T.P. Cataphoresis in the helium-cadmium laser discharge tube. // J. Appl. Phys. 1969. Vol.40. №13. P.5138-5144.

35. Goldsborough J.P., Hodges E.B. Stable long life operation of He-Cd lasers at 4416A and 3250 A, CLEA'69. // IEEE J. Quantum Electron. 1969. Vol.QE-5. №6. P. 361-362.

36. Goldsborough J.P. Stable, long life cw excitation of helium-cadmium lasers by dc cataphoresis. //Appl. Phys. Lett. 1969. Vol.15. №6. P. 159-161.

37. Fendley Jr J.R., Gorog I., Hernqvist K.G., Sun C. Characteristics of a sealed-off He3-Cd114 laser, CLEA'69. // IEEE J. Quantum Electron. 1970. Vol.QE-6. №1. P. 8.

38. Сэм М.Ф., Кейдан В.Ф., Михалевский B.C. Непрерывная генерация когерентного излучения на ионных переходах веществ, вводимых в разрядный объем путем катафореза. // Электронная тех-ка. Сер.1. Электроника СВЧ, 1971, №1, С. 69-75.

39. Dana L., Laures P. Stimulated emission in kripton and xenon ions by collisions with metastable atoms. //Proc IEEE. 1965. Vol.53. №1. P.78-79.

40. Solanki R, Latush E.L., Gerstenberger D.C., Fairbank W.M., Jr., Collins G.J. Hollow-cathode excitation of ion laser transitions in noble-gas mixtures. // Appl. Phys. Lett. 1979. Vol.35. №4. P.317-319.

41. Janossy M., Csillag L., Donko Z., Rozsa K. Noble gas mixture hollow cathode lasers. II Acta Phys.Hung., 1993. Vol.73. №2, P.311-343.

42. Иванов И.Г., Сэм М.Ф. Определение концентрации заряженных частиц в плазме кадмий-гелиевого катафорезного о.к.г. // ЖТФ. 1972. т.42, №7, с.1542.

43. Иванов И.Г., Латуш Е.Л., Папакин В.Ф., Сэм М.Ф. Параметры плазмы и механизм накачки в кадмий-гелиевом о.к.г. // Известия ВУЗов. Физика. 1972. №8. С.85-90.

44. Иванов И.Г., Сэм М.Ф. Непрерывная генерация в ионах сурьмы и висмута. // Электронная тех-ка. Сер.4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1972. №9. С. 102-103.

45. Жуков В.В., Иванов И.Г., Кейдан В.Ф. Перекачка гелия к аноду при разряде в смесях кадмий-гелий и селен-гелий. // ЖТФ. 1973. т.43, №7, с.1513-1515.

46. Иванов И.Г., Сэм М.Ф. Новые линии генерации в таллии. // Журнал прикл. спектр. 1973. Т. 19, вып.2. С. 358-360.

47. Иванов И.Г., Ильюшко В.Г., Сэм М.Ф. Расширение спектра излучения катафорезных оптических квантовых генераторов. // Квант, электроника. 1974. Т.1, №3, с. 716-719.

48. Иванов И.Г., Ильюшко В.Г., Сэм М.Ф. Зависимость коэффициентов усиления катафорезных о.к.г. от давления гелия и диаметра разрядной трубки. // Квант, электроника. 1974. Т.1, № 5, с. 1081-1088.

49. Иванов И.Г., Сэм М.Ф. Генерация на ионных переходах таллия и галлия II Электронная тех-ка. Сер.4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1974. №2. С.12-15.

50. Иванов И.Г., Сэм М.Ф. Генерация в смеси ртуть-гелий при катафорезе. // Электронная тех-ка. Сер.4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1974. №10. С.42-46.

51. Иванов И.Г., Ильюшко В.Г., Михалевский B.C., Муханов В.П., Сэм М.Ф. Разрядные трубки для многокомпонентных катафорезных о.к.г. // Приборы и техника эксперимента. 1974. №4. С.161-162.

52. Жуков В.В., Иванов И. Г., Сэм М. Ф. Импульсная генерация при разряде в парах кадмия и ртути. // Журнал прикл. спектр. 1977. Т.36, вып. 3. С. 544-547.

53. Вайнер В.В., Иванов И.Г., Сэм М.Ф. Особенности возбуждения смеси гелий пары кадмия в разряде с полым катодом. // ЖТФ. 1979. т.49, №8, с.1604-1608.

54. Вайнер В.В., Зинченко С.П., Иванов И.Г., Сэм М.Ф. Характеристики излучения ионного лазера на парах таллия. // Журнал прикл. спектр. 1979. Т.31, вып. 5. С. 905-907.

55. Sem M.F., Vainer V.V., Zinchenko S.P., Ivanov I.G. Pulse metal vapor ion lasers in hollow cathode discharge. // In Proceedings of the Int. Conf. LASERS'79. USA. Orlando. 1980. p.445-450.

56. Вайнер B.B., Иванов И.Г., Сэм М.Ф. Оптимальная геометрия и условия накачки малогабаритных непрерывных лазеров с полым катодом. // Электронная тех-ка. Cep.l 1. "Лазерная техника и оптоэлектроника", вып.1(147). 1980. С.133-134.

57. Зинченко С.П., Иванов И.Г., Сэм М.Ф. О конструировании импульсных лазеров с полым катодом при заданной мощности излучения. // Электронная тех-ка. Cep.l 1. "Лазерная техника и оптоэлектроника", вып.2(148). 1980. С.30-32.

58. Зинченко С.П., Иванов И .Г., Сэм М.Ф. Активный элемент ртутного лазера с большой апертурой и большой частотой следования импульсов генерации. // В Сб. тезисов докладов II Всесоюзной конференции «Оптика лазеров-80», Л.: ГОИ. 1980. С.97.

59. Вайнер В.В., Зинченко С.П., Иванов И.Г., Сэм М.Ф. Импульсные ионные лазеры на парах металлов с полым катодом. //Квант, электроника. 1980. Т.7, № 5, с. 1019-1027.

60. Вайнер В.В., Зинченко С.П., Иванов И.Г., Сэм М.Ф. Особенности генерации гелий-ртутного лазера с разрядом в полом катоде. // Известия ВУЗов. Физика. 1980. №7. С.110-113.

61. Зинченко С.П., Иванов И.Г., Сэм М.Ф. Оптимальная частота следования импульсов генерации в ионных лазерах с полым катодом. // Квант, электроника. 1980. Т.7, №8, с. 1827-1830.

62. Ivanov I.G., Vainer V.V., Zinchenko S.P. Plasma parameters and output characteristics of pulsed ion metal vapor hollow cathode lasers. // In Lectures of the Simposium OPTICA'80, Budapest, Hungary. 1980. p. 197-202.

63. Епремян В.Б., Иванов И.Г., Прозоров C.B., Сэм М.Ф. Газовый лазер непрерывного действия на смеси селен-гелий. // Приборы и техника эксперимента. 1981. №2. С.259.

64. Зинченко С.П., Иванов И.Г., Сэм М.Ф. Оптимальная геометрия полого катода для импульсного возбуждения ионных уровней. // В Сб. Тезисов докл. X Сибирского совещ. по спектроскопии. Томск: ТГУ. 1981. С.62.

65. Вайнер В.В., Иванов И.Г., Пручай A.M. Возбуждение атомов и ионов и электрические характеристики стационарного высоковольтного разряда с полым катодом. // В Сб. Тезисов докл. X Сибирского совещ. по спектроскопии. Томск: ТГУ. 1981. С.137.

66. Зинченко С.П., Иванов И.Г., Сэм М.Ф. Импульсный газовый лазер на парах ртути с большим диаметром пучка излучения // Приборы и тех-ка эксперимента. 1982. №2. С.225.

67. Ivanov I.G. Comparison of the НС ion laser perfomances under pulsed and CW excitation. // In Techn. Digest of the Int. Conf. LASERS'82. USA. New Orleans. 1982. p.U-10.

68. Зинченко С.П., Иванов И. Г., Михалевский B.C., Сэм М.Ф. Импульсный газовый лазер на парах ртути. // Проспект ВДНХ СССР. М., 1983. 4с.

69. Вайнер В.В., Иванов И.Г., Михалевский B.C., Сэм М.Ф. Характеристики непрерывного лазера с полым катодом на смеси гелий-кадмий-ртуть. // Квант, электроника. 1983. Т. 10, № 4, С. 677-678.

70. Ivanov I.G., Vainer V.V. CW He-Cd-Hg ion laser in HC discharge with three colour output. // In Techn. Digest of the Int. Conf. LASERS'83. USA. San Fransisco. 1983. P.V-13.

71. Иванов И.Г. Ионные лазеры на парах металлов с поперечными типами разряда. // Автометрия. 1984. № 1, С. 19-34.

72. Вайнер В.В., Иванов И.Г. Газовый He-Cd-Hg лазер непрерывного действия с трехцветным пучком излучения. // В Сб. тезисов докладов IV Всесоюзной конференции Оптика лазеров-84, Л.: ГОИ. 1984. С.40.

73. Вайнер В.В., Иванов И.Г., Михалевский B.C., Сэм М.Ф. Газовый лазер с трехцветным пучком излучения. // Проспект ВДНХ СССР. М., 1983. 4с.

74. Зинченко С.П., Иванов И.Г., Латуш Е.Л., Сэм М.Ф. Влияние неупругих столкновений с медленными электронами на возбуждение линий в He-Hg лазере с полым катодом. // Оптика и спектроскопия. 1985. Т.58. вып.2, С.302-306.

75. Вайнер В.В., Иванов И.Г., Сэм М.Ф., Хасилев В.Я. Коэффициент полезного действия ионных лазеров с передачей возбуждения от буферного газа. // Квант, электроника. 1986. Т.13, № 1, С. 128-136.

76. Иванов И.Г. К вопросу о стабилизации давления паров металла в лазерах непрерывного действия с катафорезом. // Электронная тех-ка. Сер Л1. Лазерная техника ш оптоэлектроника, вып.2(236). 1986. С.2-3.

77. Вайнер В.В., Иванов И.Г., Михалевский B.C. Малошумящий трехцветный лазер с разрядом в полом катоде. // Электронная тех-ка. Cep.ll. Лазерная техника и оптоэлектроника, вып.2(236). 1986. С.4-5.

78. Вайнер В.В., Иванов И.Г., Михалевский B.C. Спектральные характеристики лазера на парах кадмия с полым катодом. // С. 147.

79. Калинченко Г.А., Вайнер В.В., Иванов И.Г. ФРЭЭ и скорость возбуждения смеси гелий-пары металлов в в разряде с полым катодом. // Там же, С.247.

80. Ivanov I.G., Vainer V.V., Kalinchenko G.A. Discharge radial and axial ununiformity in He-Cd+ three-colour hollow-cathode lasers. // In Proc. of the III Int. Conf. "Lasers and their applications". Bulgaria, Plovdiv. 1988. P.6-7.

81. Калинченко Г.А., Вайнер B.B., Иванов И.Г. Оптимальные условия генерации трехцветных ионных лазеров на парах металлов с полым катодом. // Журнал прикл. спектр. 1989, т. 50, вып 6, С. 901-905.

82. Атамась С.Н., Иванов И.Г., Латуш Е.Л. и Сэм М.Ф. Инверсная заселенность и генерация в ионном и молекулярном спектрах теллура. // В Сб. Радиационные и столкно-вительные характеристики атомов и молекул. Рига.: изд. Латв. ГУ. 1989. С. 141-155.

83. Вайнер В.В., Иванов И.Г., Калинченко Г.А. Радиальные характеристики плазмы при разряде с полым катодом в смеси гелий-пары металла. // Физика плазмы. 1990. т. 16, №4, С. 460-466.

84. Вайнер В.В., Иванов И.Г., Калинченко Г.А., Сэм М.Ф. Малошумящнй лазер на линии 441.бнм иона кадмия с разрядом в полом катоде. // В сб. Метрология лазерных измерительных систем, Волгоград.: изд. ВолГУ, 1991. С. 36-37.

85. Иванов И.Г., Вайнер В.В., Сэм М.Ф. Ионные лазеры на парах металлов с разрядом в полом катоде. // Лазерная физика, С-Пб.: изд-во СПбГУ, 1991. №1, С. 17-26.

86. Ivanov I.G., Zinchenlco S.P. Pulsed metal vapor ion lasers emiitting in yellow-red region. // In Techn. Digest of the Int. Conf. LASERS'92. USA. Houston. 1992. P.MF-2.

87. Калинченко Г.А., Вайнер В.В., Иванов И.Г. Трехцветные лазеры с полым катодом в импульсном и непрерывном режимах излучения. // В Сб. тезисов докладов международной конференции "Оптика лазеров"~93. С-Пб.: 1993. т.1, С.172.

88. Патент РФ № 1582941, кл. HOls, 3/22 (per. 18.07.93г., приор. 18.07.88г.) Разрядная трубка газового лазера на парах металлов (авт.: Вайнер В.В., Иванов И.Г.).

89. Vainer V.V., Ivanov I.G., Kalinchenlco G.A. and Sem M.F. Output characteristics and excitation mechanism of multiline He-Cd hollow-cathode laser. // Proc. SPIE. 1993, Vol.2110, P.128-149.

90. Zinchenko S.P., Ivanov I.G. and Sem M.F. Spectral and power output characteristics of the pulsed He-Hg and Ne-Tl hollow cathode lasers with charge-transfer excitation. // Proc. SPIE. 1993, Vol. 2110, P. 150-165.

91. Патент РФ № 999919, кл. HOls, 3/22 (per. 13.09.93г., приор. 08.04.81г.) Газовый лазер на парах химических элементов (авт.: Иванов И.Г., Михалевский.В.С., Сэм М.Ф. и др.).

92. Патент РФ № 1031397, кл. HOls, 3/22 (per. 13.09.93г., приор. 30.04.81г.) Газовый лазер на парах химических элементов (авт.: Вайнер В.В., Зинченко С.П., Иванов И.Г. и др.).

93. Патент РФ № 1316519, кл. HOls, 3/03 (per. 13.09.93г., приор. 31.01.85г.) Разрядная трубка лазера на парах химических элементов с поперечным разрядом (авт.: Вайнер В.В., Зинченко С.П., Иванов И.Г., Качан М.В.).

94. Патент РФ № 1362378, кл. HOls, 3/22 (per. 13.09.93г., приор. 25.02.85г.) Газовый лазер на парах химических веществ (авт.: Вайнер В.В., Иванов А.Т., Иванов И.Г.и др.).

95. Vainer V.V., Ivanov I.G., Kalinchenlco G.A. and Sem M.F. Progress in the development of a three-color cadmium vapour laser with discharge in a hollow cathode. // J.of Russian Laser Res. 1994, Vol. 15, №1, P. 10-17.

96. Zinchenko S.P., Ivanov I.G. and Sem M.F. Characteristics of pulsed mercury- and thallium-vapor ion lasers with discharge in a hollow cathode. // J.of Russian Laser Res. 1994, Vol.15, №l,P.42-48.

97. Иванов И.Г., Вайнер В.В. Создание малошумящих лазеров с разрядом в полом катоде на парах кадмия для систем обработки информации и метрологии. // JIa-. зерная физика, С-Пб.: Изд. С-ПбГУ. 1993. №4. С.11-12.

98. Иванов И.Г., Вайнер В.В., Магда А.В. Создание малошумящих лазеров с разрядом в полом катоде на парах кадмия // Лазерная физика., С-ПбГУ. 1994. №7, С.8-9.

99. Kalinchenko G.A., Ivanov I.G., Sem M.F. Optimum conditions for pumping laser transitions of cadmium ions by various processes in a hoi low-cathode discharge. // J. of Russ.Las.Res.1996, Vol.17, №4, P. 371-380.

100. Ivanov I.G., Pimonov A.Yu. A pulsed helium-krypton-mercury laser with a hollow cathode discharge. // J. of Moscow Phys. Soc., 1997. Vol.7, №4, P. 371-377.

101. Kalinchenko G.A., Ivanov I.G., Sem M.F., Kochur A.G., Suhorukov V.L. The dominant pumping mechanism of the 441.6 nm Cd II line in a three-colour hollow-cathode laser. // J. of Phys., D: Appl. Phys., 1998, Vol.31, №1, P.50-60.

102. Sem M.F., Ivanov I.G., Pulsed metal vapor ion lasers. // Proc. of SPIE.1998. Vol. 3403, P.120-129.

103. Kalinchenko G.A., Ivanov I.G. A simple method for multy-component hollow cathode plasma analysis. // In Proc. Int. Workshop on Plasma Diagn. Univ. of Gent. Belgium. 1999. P. 45-46.

104. Вайнер B.B., Иванов И.Г. Стабилизированный ионный лазер с РПК на парах кадмия. // В Сб. тезисов докладов Симпозиума "Лазеры на парах металлов" (Лазаревское, 2000). Ростов-на-Дону.: Изд. РГУ. 2000. С.5.

105. Иванов И.Г., Сэм М.Ф. Многоцветные импульсные и непрерывные ионные лазеры с разрядом в полом катоде // Материалы III Международной научно-технической конференции по квантовой электронике. Минск.: изд. БГУ. 2000. С.89-90.

106. Ivanov I.G., Sem M.F. Kinetic processes in active media of He-Hg+, Ne-Tl+ and Ne-Ga+ pulsed ion HCD metal vapor lasers. // In Digest of abstracts of the V Int. Conf. "Atomic and molecular pulsed lasers" Tomsk: Inst, of AO SB RAS. 2001. P. 23.

107. Kalinchenlco G.A., Ivanov I.G. The processes in hollow cathode discharge excited by steady-state and pulse currents. // Proc. SPIE. 2001. Vol. 4243, P.21-28.

108. Иванов И.Г., Сэм М.Ф. Кинетика активных сред He-Hg, Ne-Tl и Ne-Ga импульсных ионных лазеров с разрядом в полом катоде. // Оптика атмосферы и океана. 2001. т.14. №11, С.1016-1021.

109. Иванов И.Г. Новые ИК лазерные переходы в He-Zn, He-Cd, He-Hg, Ne-Ga и Ne-Tl импульсных ионных лазерах с РПК. // В Сб. тезисов докладов Симпозиума «Лазеры на парах металлов» (Сочи, 2002). Ростов-на-Дону.: Изд. РГУ. 2002. С. 70.

110. Ivanov I.G. Numerical Simulation Of Ne-Tl and Ne-Ga Ion Hollow-Cathode Lasers. // J.of Russian Laser Res., 2003. Vol. 24, №1, P. 27-36.

111. Ivanov I.G. Kinetics of active media of He-Zn+, He-Cd+, He-Tl+and Ne-In+ Hollow Cathode Lasers and New Laser Lines. // In Abstracts of the Sixth Int. Conf. "Atomic and molecular pulsed lasers"(AMPL-2003), Tomsk (Inst, of AO SB RAS). 2003. P.20.

112. Ivanov I.G. Kinetics of active media of He-Zn+, He-Cd+, He-Tl+and Ne-In+ Hollow Cathode Lasers and New Laser Lines. // Proc. of SPIE. 2004. Vol. 5483, P.104-119.

113. Карелин А.В., Яковленко С.И. Кинетика активных сред лазеров высокого давления на парах металлов. // Квант, электроника. 1993. Т.20. № 7. С. 642.

114. Moore Ch.E. Atomic Energy Levels. Washington. NBS, 1949-1958.

115. Landolt-Bornstein. Zahlenwerte und funktionen aus physik.Bd.l.//Atom und Molecular physik. T1.5.

116. Вайнпггейн Л.А., Собельман И.И., Юков E.A. Возбуждение атомов и уширение спектральных линий. М.: Наука. Физматлит. 1979. 319с.

117. Латуш Е.Л., Михалевский B.C., Сэм М.Ф. Роль электронного девозбуждения в заселении ионных уровней кадмия и цинка. // Опт. и спектр. 1973. Т.34. №2. С. 214-221.

118. Cross L.A., Gokay М.С. Investigations of the excitation mechanism in He-Pb mixture. // J. Appl. Phys. 1978. Vol.49, №5. P. 2639-2650.

119. Boyer P.K., Collins G.J. Excitation mechanism of PC He-Te laser transitions // J. Appl. Phys. 1981. Vol.52, №6. P. 3892-3901.

120. Collins G.J. Excitation mechanisms in He-Cd and He-Zn ion lasers. // J. Appl. Phys. 1973. Vol.44. №10. P.4633-4652.

121. Былкин В.И. Перезарядка в возбужденное состояние. // Оптика и спектр. 1970. Т.29. № 6. С.1036-1040.

122. Turner-Smith A.R., Green J.M., Webb С.Е. Charge-transfer into excited states in thermal energy collisions. //J. Phys. B. 1973. Vol.6. №1. P.l 14-130.

123. Кейдан В.Ф., Михалевский B.C., Сэм М.Ф. и др. Генерация в ионизированном селене. //Квантовая электроника. 1973. Вып. 1(13). С.75-78.

124. Дятлов М.К., Кудряшова Л.А., Кюн В.В.и др. Создание и исследование ОКГ на смеси He-Se // Электронная тех-ка. Сер.4. "Электровакуумные и газоразрядные приборы" вып. 1(25), 1974, С.27-28.

125. Карабут Э.К., Кравченко В.Ф., Папакин В.Ф. Возбуждение линий Agll при импульсном разряде в смеси паров серебра с гелием. // Журн.прикл.спектр. 1973. Т.19, №1. С.145-146.

126. Пиотровский Ю.А., Толмачев Ю.А., Касьяненко С.В. Исследование процесса нерезонансной перезарядки в системе гелий-ртуть // Опт. и спектр. 1982. Т.52. №4. С.754-765.

127. Толмачев Ю.А. Исследование резонансных процессов передачи возбуждения при столкновениях ионов и атомов с тепловыми энергиями методами оптической спектроскопии. Дисс. д-ра физ.-мат. наук. Л., 1983.

128. Толмачев Ю.А. Нерезонансная перезарядка ионов гелия на атомах металлов при тепловых энергиях. // В кн."Общие проблемы физики столкновений. Столкновения атомных частиц". Петрозаводск. 1984. С. 54-63.

129. Веролайнен Я.Ф., Привалов В.И. Радиационные времена жизни 2Р и 2D состояний Cdll. // Оптика и спектр. 1980. Т.48. № 3. С.447-452.

130. Капо Н., Shay Т., Collins G.J. A second look at the excitation mechanism of the He-Hg+ laser. // Appl. Phys. Lett. 1975. Vol. 27, №11, P.610-612.

131. Бочкова О.П., Ивакин И.А., Островский В.Н. и др. Исследование перезарядки в системе He-Hg при тепловых энергиях. // Опт. и спектр. 1989. Т.67, №3, С.510-516.

132. Belyaev А.К., Grosser J. Theoretical treatment of inelastic thermal He+-Hg collisions. // J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 1996. Vol.29. P.5843-5855.

133. Green J.M., Collins G.J., Webb C.E. Collisional excitation and destruction of excited Znll levels in a helium afterglow // J. Phys. B: At. Mol. Phys. 1973. Vol.6, P.1545-1555.

134. Green J.M., Webb C.E. Second-kind collisions of electrons with excited Cd+, Ca+, Ga+ Tl+ and Pb+ ions. // J. Phys. B: At. Mol. Phys. 1975, Vol.8, №9, P.1484-1500.

135. Baltayan P., Pebay-Peyroula J.C.and Sadeghi N. Excitation of Zn+* levels in Penningif ">and charge transfer reactions of He (2JS) and He with zinc. // J. Phys B: At. Mol. Phys. 1986. Vol.19, №7, P.2695-2702.

136. Бочкова О.П., Ивакин И.А., Кулигин A.B. и др. Перезарядка с возбуждением иона в системе He+~Cd. // Оптика и спектр. 1991. Т.70, вып.1, С. 19-25.

137. Kono A., Hattori Sh. Formation of excited Cull levels through second-kind collisions in a Ne-Cu discharge. // Phys. Letts. 1983, Vol.93A, №7, P.323-326.

138. Руделев C.A., Степанов B.A. Исследование параметров плазмы и условий инверсии заселенности и генерации лазера на смеси гелий-иод. // Электронная техника. Сер.4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1974. №6. С.3-13.

139. Галицкий В.М., Никитин Е.Е., Смирнов Б.М. Теория столкновений атомных частиц. М.: Наука. 1981.

140. Латуш Е.Л, Сэм М.Ф., Чеботарев Т.Д. Изучение процессов заселения ионных уровней ртути в разряде He-Hg методом модуляции населенностей. // Известия ВУЗов СССР. Физика. 1984. №5, с.90-97.

141. Belyaev А.К. Charge exchange with ion excitation in collisions of helium ions with mercury atoms. // J.Phys.,B: At.Mol.Opt.Phys. 1993. Vol.26, №21. P.3877-3890.

142. Silfvast W.T., Wood O.R.,II. Recombination laser transitions in expanding plasmas of Mg, Ca, Cu, Zn, Ag, Cd, In, Sn, Pb and Bi. // Opt. Letts. 1982.Vol. 7. №1. P.34-36. .

143. Латуш Е.Л., Михалевский B.C., Сэм М.Ф., Толмачев Т.Н., Хасилев В .Я. Генерация на ионных переходах металлов при поперечном ВЧ возбуждении. // Письма в ЖЭТФ. 1976. Т.24. №2. С.81-83.

144. Grozeva M.G., Sabotinov N.V., Janossy М. High current regime of the helical hollow cathode Ne-TlCl and He-ICr lasers. // Opt. Quant. Electr.1986. Vol.18, №2, P.455-459.

145. Толмачев Ю.А. Заселение возбужденных уровней ионов при ионизации Пеннин-га. // В кн. "Химия плазмы" под ред. Смирнова Б.М. 1982. Вып.9, С.80-100.

146. Толмачев Ю.А. Неупругие столкновения возбужденных атомов гелия в состояниях п=2 с атомами металлов. // Оптика и спектр. 1987. Т. 62, вып.4. С. 750-757.

147. Hotop Н., Niehaus A. Reactions of excited atoms and molecules with atoms and molecules. IV. // Z. Phys., 1970, Bd. 238, S.452.

148. Jonson C.E., Tipton C.A., Robinson H.G. Penning ionization of Na, K, Rb and Cs by He(23S0 in a stationary afterglow. // J. Phys. B: Atom.Molec.Phys.1978. Vol.11. P.927.

149. Fahey D.W., Parks W.F., Schearer L.D., Total Penning ionization cross sections ofCd and Zn for He(23S) atoms. // J. Chem. Phys. 1980. Vol.72, №4, P. 2310-2313.

150. Cermak V. Penning ionization electron spectroscopy: III. Ionization of cadmium. // Coll. Czechoslov. Chem. Commun., 1971, Vol.36, P. 948.

151. Inaba S., Goto Т., Hattori S. Penning excitation cross sections for the individual Cd II states by He(23S) metastable atoms // J. Phys. B: At.Mol.Phys. 1981, Vol.14, P.507-512.

152. Косьяненко C.B., Малышев Г.М., Толмачев Ю. А. Процессы тушения возбужденных атомов Не (2P,2S) атомами металлов II группы // Опт. и спектр. 1984. Т.57. вып.5. С. 947-948.

153. Капо I. et al. Laser action on Aril and KrII lines in microwave discharge // J. Opt. Soc. Amer. 1979. Vol.69. P. 175.

154. Janossy M., Mezei P. Investigations on a high voltage hollow cathode Не-Kr laser. // Pure Appl. Opt. 1994. Vol.3. P. 301-305.

155. Pramatarov P.M., Stefanova M.S. Не-Kr laser with a modified helical hollow cathode. //Meas. Sci. Technol. 1995. Vol.6. P.314-317.

156. Stefanova M.S., Pramatarov P.M., Adamowicz T.M., Kaminski W. Influence of theо

157. He isotope on the output parameters of the Не-Kr hollow cathode laser. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2000. Vol.33. P.3173-3179.

158. Tsuji M., Kaneko N., NishimuraY. Electronic state distribution of Kr+* formed by excitation transfer from He(23S) to Kr+(2P3/2) and Kr+(2PI/2) at thermal energy. // J.Chem. Phys. 1993. Vol.99. №6. P. 4539.

159. Бочкова О.П., Зубкова И.А., Фриш С.Э. Возбуждение ионов Aril, KrII и Xell ме-тастабильными атомами Не и Ne // Оптика и спектр. 1974, Т.36, вып.1. С.29-35.

160. Беляев А.К., Станкова К.С. Процессы передачи возбуждения при столкновении метастабильных атомов с ионами. Матричные элементы обменного взаимодействия. // Оптика и спектр. 1995, Т.79, вып.4. С. 540-546.

161. Павловская Е.Н., Подмошенский Н.В. Влияние атомных столкновений на распределение заселенностей уровней гелия. // Оптика и спектр. 1973, Т.34, №1, С.19-23.

162. Ogoyski A.I., Rusinov A.I., Blagoev A.B. Diffusion and depopulation of the. metastable states Cd JP states in collisions with Ne and Cd atoms. // J. Phys., B: At. Mol.Opt. Phys. 1999. Vol.32, №9, P.5479-5488.

163. Masaki A., Ohnuma Т., Kawahara K., Ikeda H., Umemoto H. The ultramultiplet relaxation of Cd(53P) induced by collisions with 4He, 3He and Ar. // J. Phys., B: At. Mol.Opt. Phys. 1992. Vol.25. №1. P.181-188.

164. Бохан П.А. Процессы релаксации и влияние метастабильных состояний атомов и ионов металлов на механизмы генерации и энергетические характеристики лазеров. // Квант, электроника. 1986. Т. 13, №9. С. 1837-1847.

165. Бохан П.А. Аномально быстрая релаксация метастабильных состояний Са+, Ей, Еи+ и столкновительная генерация на ионах Са+, Eu+, Sr+. // Письма в ЖЭТФ. 1985. Т. 42, №2. С.335-337.

166. Михалевский B.C., Сэм М.Ф. Толмачев Г.Н., Хасилев В.Я. Генерация на ионных переходах меди в ПВЧР. // Журнал прикл.спектр. 1980. Т.32, №4. С.591-593.

167. Алейников B.C., Ушаков В.В. Измерение функций возбуждения и сечения возбуждения электронным ударом искровых линий Znll и Cdll. // Оптика и спектр. 1970. Т.29, №1. С.211-212.

168. Спектроскопия газоразрядной плазмы / Под.ред. С.Э.Фриша. Л.: Наука. 1970. 360с.

169. Миленин В.М., Панасюк А.С. Функция распределения электронов по энергиям в положительном столбе разряда в многокомпонентной смеси паров металлов с инертными газами. // Л.: Вестник ЛГУ. 1986. №1. С. 119-121.

170. Смирнов Б.М. Ионы и возбужденные атомы в плазме. М.: Атомиздат. 1974. 397с.

171. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука. Физматлит. 1987. 592с.

172. Грановский В А. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М.: Наука. 1971. 543с.

173. Silfvast W. Т. The Amazing Cadmium Atom. // IEEE J. on Selected Topics in Quant. Electr. 2000. Vol.6, №6. P.1400-1407.

174. Козлов O.B. Электрический зонд в плазме. М., 1969. 153с.

175. Привалов В.Е. Газоразрядные лазеры в измерительных комплексах. Л.: Судостроение. 1989. 264с.

176. Прозоров С.В., Смирнов Е.А. Особенности динамических характеристик разряда лазеров на парах металлов. // Вакуумная и плазменная электроника: Сб.науч.тр. Рязань.: РРТИ. 1991. С.78-81.

177. Голант В.Е. Сверхвысокочастотные методы исследования плазмы. М.: Наука. 1968. 327с.

178. Иванов И.Г. Исследование активных сред ионных ОКГ на парах химических элементов в непрерывном режиме // Автореферат дисс.канд.физ-мат.наук. Ростов-на-Дону. 1975 Л 5с.

179. Kane D.M., Dunn М.Н. Laser absorbtion measurements of atomic metastable densities. //J. Phys.B: At.Mol. Phys. 1983. Vol.16, No.6. P.2709-2719.

180. Елагин B.B., Кабанов И.А., Фотиади А.Э. Методика измерения концентрации атомов кадмия и плотности возбужденных атомов гелия в разряде He-Cd лазера. // Оптика и спектр. 1986. Т.61, №2. С.267-272.

181. Boulmer-Leborgne С., Dubreuil В., Gousset G. Spectroscopic study of the positive column in a helium-cadmium capillary glow discharge. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1987. Vol.20. P.579-590.

182. Mori M., Murayama M., Goto Т., Hattori S. Excitation mechanism of the Cd(II) 441.6nm laser in the positive column He-Cd discharge. // IEEE J.Quant. Electron. 1978. Vol.QE-14, No.6. P.427-433.

183. Silfvast W.T. Penning ionization in a He-Cd dc discharge. // Phys. Rev. Lett. 1971. Vol.27, No.22. P. 1489-1492.

184. Tawara Y., Kato T. Total and partial ionization cross sections of atoms and ions by electron impact. // Atomic Data and Nuclear Data Tables. 1987. Vol.36. P.167-353.

185. Толмачев Г.Н. Исследование активных сред и характеристик излучения ионных лазеров непрерывного действия на парах металлов. // Дисс.канд.физ-мат.наук. Саратов. 1978. 136с.

186. Chanin L.M. Nonuniformities in glow discharges: Cataphoresis // in "Electrical Discharges" (eds.Hirsch M.N.and Oskam H. J.). Academic: NewYork, 1978. P.133-171.

187. Mizeraczyk J., Jakob G., Schmidt E., Mentel J. Absorption of the 441.6 nm He-Cd+ laser line in a He-Cd positive column utilized in cataphoretic confinement. // J. Appl. Phys. 1993. Vol.73, №11. P.7180-7183.

188. Bano G., Horvath P., Rozsa K. Cathaphoretic confinement of Zn evaporated into helium and neon discharges. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2000. Vol.33. P.2611-2617.

189. Hirsch M.N., Oskam H.J., eds. Gaseous Electronics, Vol. 1 Electrical Discharges, Academic Press: New York, 1978.

190. Chester A.N. Gas pumping in discharge tubes. // Phys. Rev. 1968. Vol. 169, No.l. P. 172-184.

191. Исаев А.А., Леммерман Г.Ю. Система питания импульсных лазеров на парах металлов.//Труды ФИАН. 1987. Т. 181. С. 164-179.

192. Латуш Е.Л., Чеботарев Г.Д. О применимости метода максимальных потерь для измерения коэффициента усиления импульсных лазеров. // Квант, электроника. 1985. Т.12. №7. С.1480-1484.

193. Csillag L., Itagi V.V., Janossy M., Rozsa K. Laser oscillation at 4416A in a Ne-Cd discharge.//Phys. Lett. 1971. Vol.A34, No.2. P.110-111.

194. Семенова И.В., Смирнов Ю.М. Определение сечений возбуждения и вероятностей переходов Hgll. // Оптика и спектр. 1978. Т.44, №3. С. 417-421 .

195. Ferrario A. Excitation mechanism in ITg+ ion laser. // Opt. Commun. 1973. V.7, No.4. P.376-378.

196. Kato H., Goto Т., Hattori Sh. CW Laser oscillation of visible and near-IR Hg(II) laser lines in He-Hg Positive Column Discharge. // J. Phys. Soc. Jpn. 1975. Vol. 38. P.596.

197. Кейдан В.Ф. Исследование генерации когерентного излучения в спектрах ионов Р, As, Sb, Bi и Se. Дисс.канд.физ.-мат наук. Ростов-на-Дону, 1971. 138с.

198. Елагин В.В., Фотиади А.Э. О механизме создания инверсии населенности в активной среде катафорезного He-Cd лазера на длине волны 4416А. // Оптика и спектр. 1988. Т.65, №1. С.161-166.

199. Напе К., Goto Т., Hattori S. Excitation cross sections of Cd+ ions for the upper and lower states of the Cd II 441.6-nm laser line by electron impact. // Phys. Rev. 1983. Vol. A 27, No.l. P.124-131.

200. Бейгман И.Л., Вайнштейн Л.А. Эмпирические формулы для эффективных сечений возбуждения и ионизации //Изв. АН СССР. Сер.Физич. 1963. Т.27, №8. С. 1018-1021.

201. Фотиади А.Э. Кинетика активных сред газоразрядных лазеров постоянного тока на переходах атомов и ионов. Автореферат дисс. д-ра физ.-мат. наук. С-Пб. 1993. 32с.

202. Пруцаков О.О. Кинетика активных сред газоразрядных лазеров на парах стронция и кальция. Автореферат дисс. канд.физ-мат. наук. Ростов-на-Дону. 2004. 18с.

203. Мольков С.И. Моделирование физических процессов и методы расчета газоразрядных лазеров на атомарных, ионных и молекулярных переходах. Автореферат дисс. докт.физ-мат.наук. С-Пб. 2004. 38с.

204. Johnston Jr. T.F., Kolb W.P. The self-heated 442-nm He-Cd laser: Optimizing the power output and the origin of beam noise. // IEEE J. Quant. Electr. 1976. Vol.QE-12, No.8. P.482-93 .

205. Klein M.B., Silfvast W.T. New cw laser transitions in Sell. // Appl. Phys. Lett. 1970. Vol. 18, No.l 1. P.482-485.

206. Ogura I. The Sell level lifetimes // Jap.J.Appl. Phys. 1974. Vol.13, No.l. P.164-169.

207. Silfvast W.T., Klein M.B. CW laser action on 31 transitions in Те vapor. // Appl. Phys. Lett. 1970. Vol.17, №9. P. 400-404.

208. Mizeraczyk J., Neiger M., Steffen J. Comparison of He-Cd+ white-light laser• oscillations in longitudinal and transverse hollow-cathode tubes. // IEEE J. Quantum Electron. 1984. Vol.QE-20, No.ll. P.1233-1235.

209. Москалев Б.И. Разряд с полым катодом. М.: Энергия, 1969. 184 с.

210. Крейндель Ю.Е., Никулин С.Н. Тлеющий разряд с полым катодом в режиме частичного заполнения плазмой. // ЖТФ. 1992. Т.62, вып.4. С.89-94.

211. Арифов У.А. Взаимодействие атомных частиц с поверхностью твердых тел. М.:• Наука, 1968. 370 с.

212. Savranskii V.V., Strokan G. P. Transverse energy input and service life of lasers with transverse high-frequency discharge // J. Russian Laser Res. 1994. Vol.15, №1. P.81-82.

213. Мак-Даниэль И. Процессы столкновений в ионизированных газах. М.: Мир.1967.832 с.• 226. Физические величины. // Справочник./ Под ред. Григорьева И.С. и Мейлихова

214. Каган Ю.М., Лягущенко Р.И., Хворостовский С.Н. Механизм формирования функции распределения электронов и абсолютные интенсивности излучения в по» лом катоде.//Опт. и спектр. 1972. Т.ЗЗ, вып.З. С.430-435.

215. Каган Ю.М., Лягущенко Р.И., Хворостовский С.Н. и др. О распределении электронов по энергиям в полом катоде. 4.2. // ЖТФ. 1973. Т.43, вып.7. С.1488-1495; 4.3,4. //ЖТФ. 1975. Т.45, вып.9. С.1834-1838 и С.1839-1846.

216. Mcintosh A.I., Dunn M.H., Belal I.K. Helium singlet and triplet metastable number densities in hollow-cathode/metal-vapour lasers. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1978. Vol.11, No.l. P.301-311.

217. Carman R.J., Maitland A. A simulation of electron motion in the cathode shealth region of a glow discharge in helium. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1987. Vol. 20, No.8. P.l 021-1030.

218. Апостол И., Каган Ю.М., Хворостовский С.Н. Расчет концентрации и температуры медленных электронов в полом катоде. // ЖТФ. 1980. Т.50, вып.9. С.1876-1885.

219. Вайнер В.В. Исследование ионных лазеров на парах металлов с полым катодом в непрерывном режиме. Дисс. канд.физ.-мат. наук, Ростов-на-Дону, 1986. 212с.

220. Emeleus K.J. Note on recombination and diffusion in hollow cathode tubes. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1978. Vol.11. P.245-254.

221. Голант B.E., Жилинский А.П., Сахаров А.П. Основы физики плазмы. М.: Атом-издат, 1977. 384 с.

222. Belal I.K., Dunn М.Н. Laser heterodyne measurements of electron densities in hollow-cathode discharge. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1978. Vol.ll. P.313-323.

223. Арсланбеков P.P., Кудрявцев A.A., Мовчан И.А. О пространственном энергетическом распределении быстрых электронов в разряде с цилиндрическим полым катодом. // ЖТФ. 1992. Т.62, вып.4. С. 63-70.

224. Арсланбеков P.P., Кудрявцев А.А., Мовчан И.А. Функция распределения медленных электронов в разряде с цилиндрическим полым катодом. // ЖТФ. 1992. Т.62, вып.6. С. 116-125.

225. Арсланбеков P.P., Кудрявцев А.А., Мовчан И.А. Баланс концентрации и температуры электронов в разряде с цилиндрическим полым катодом. // ЖТФ. 1992. Т.62, вып. 10. С.65-73.

226. Калинченко Г.А. Физика процессов в ионных лазерах на парах металлов с полым катодом различных конфигураций. Дисс.канд.физ.-мат.наук. Ростов-на-Дону. 1994.158с.

227. Хасилев В.Я., Михалевский B.C., Толмачев Г.Н. О быстрых электронах в поперечном ВЧ-разряде. // Физика плазмы, 1980. Т.6, №2. С.430-438.

228. Reich N., Mentel J., Mizeraczyk J. CW Radio-Frequency Excited White-Light He-Cd+ Laser.//IEEE J. Quant. Electr., 1995. Vol. 31, Noll. P.1902-1909.

229. Mentel J., Reich N., Schuize J., Grozeva M., Sabotinov N., Mizeraczyk J. Radio frequency excited CW gas ion lasers. // Trans. Inst. Electr. Eng. Jpn. 1996. Vol.116A, Noll. P.964-9.

230. Новоселов Ю.Н., Уварин В.В. Квазистационарная УФ генерация в He-Cd лазере высокого давления //Письма ЖТФ. 1995. Т.21, вып.23. С. 15-18.

231. Новоселов Ю.Н., Тарасенко В.Ф., Уварин В.В., Феденев А.В. Влияние примесей и мощности накачки на характеристики генерации He-Cd лазера высокого давления // Квантовая электроника. 1996. Т.23, №3. С.211-216.

232. Leigt В., Tobin R.C., Rozsa К., Donko Z. Dependence of gain and output power on cathode to anode area ratio in a segmented hollow-cathode Cu-11 781 nm laser. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1997. Vol.30. P.2946-2952.

233. Peard K.A., Rozsa K. and Tobin R.C. Parametric study of a high voltage hollow-cathode infrared copper-ion laser // J. Phys. D: Appl. Phys. 1994. Vol.27. P.219-227.

234. Angelov I., Grozeva M., Sabotinov N. He-Cd laser with a new helical cathode. // Meas. Sci. Techno1. 1993. Vol.4. P.682-684.

235. Bokhan P.A. and Sorokin A.R., Gas laser excitation by an electron beam formed at open discharge. // Opt. Quant. Electron. 1991. Vol. 23. P.523-538.

236. Колбычев Г.В. Генерация пучков убегающих электронов и их использование для накачки лазеров на парах металлов // Опт. атм. и океана. 1993. Т.6, № 6. С.375-382.

237. Sorokin A.R., New sources of pumping for open discharge gas lasers. // J. Moscow Phys. Soc. 1997. Vol.7, №2. P.145-151 .

238. Солнцев Г.С., Орлов A.H., Булкин JI.C. Влияние поля на процессы в области от-риательного свечения тлеющего разряда // ЖТФ. 1971. Т. 41, №6. С.1969-1973.

239. Тучин В.В. Флуктуации в лазерах на парах металлов. // Обз. по электр тех-ке. 1985. Сер.П.вып 6(1130). 55с.

240. Привалов В.Е. Лазеры и измерения. // Опт. и спектр. 1994. Т.76, №1. С.125-145.

241. Биберман Л.М., Воробьев B.C., Якубов И.Т. Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы. М.: Наука. 1982.

242. Голикова Е.В., Привалов В.Е. Расчет линий поглощения для лазеров, стабилизированных по реперам йода. Препринт №53. Ин-т Аналитического приборостроения РАН. С-Пб. 1992. 47с.

243. Hashiguchi S., Hashikuni М. The Monte-Carlo calculations for the distribution function of energetic electrons in a plane-parallel hollow cathode // Jap. J. Appl. Phys. 1988. Vol.27, №10. P. 2007-2008.

244. Abramov A.A., Papakin V.F., Sem M.F. et al. The Monte-Carlo method applied to calculation of the parameters of the active media of lasers // J. of Moscow Physical Soc. 1997. Vol.7, №2. P.183-188.

245. Shi В., Fetzer G.J. et. al. Influence of electron collisions Inside the cathode sheath upon the electron energy spectrum in the negative glow region of gas discharge. // IEEE J. Quant. EL 1989. Vol.25, №5. P.948-954.

246. Ainsworth M.D., Mcintosh A.I. Gas temperatures and Penning collision rates in hollow-cathode metal ion lasers. // J. Phys.D.: Appl. Phys. 1988. Vol.21. P.1295-1300.

247. Goto Т., Sakurai T. A quantitative account of the mechanisms of the positive column He-Cd laser (441.6nm). // J. Phys. D: Appl. Phys. 1982. Vol.15. P.2413-2422.

248. Бойченко A.M., Держиев В.И., Жидков А.Г. и др. Кинетические модели некоторых плазменных лазеров с накачкой жестким ионизатором // Труды Ин-та Общей Физики АН СССР. 1989. Т.21. С.44-115.

249. Boulmer-Leborgne С., Dubreuil В., Oumarou В., Pellicer J.С. A. spectroscopic study of a He-Cd discharge created in a concentric cylinder hollow cathode structure. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1988. Vol.21. P.390-402.

250. Boulmer-Leborgne C., Dubreuil В., Pellicer J.C. Spectroscopic and comparative study of He-Cd plasma created in perforated, slitted and helical hollow cathodes for trichromic laser applications.//J. Phys. D: Appl. Phys. 1989. Vol.22. P.512-518.

251. Takasu K., Goto Т., Hattori S. Population density measurement in the He-Cd mixture hollow cathode discharge // Physica C. 1982. Vol.113. P.271-276.

252. Fetzer G.J., Rocca J.J. A Self-Consistent Model for Negative Glow Discharge Lasers: The Hollow Cathode Helium Mercury Laser. // IEEE J. of Quant. Electr. 1992. Vol. 28, No.9. P.1941-1955.

253. Собельман И.И. Введение в теорию атомных спектров. М.: ГИФМЛ. 1977. 619с.

254. Pottie R. Cross sections for ionization by electrons. Absolute ionzation cross sections of Zn, Cd, Te2.// J.Chem.Phys. 1966. Vol.44, No. 3. P.916-922.

255. Варшавский С.П., Митюрева А.А., Пенкин Н.П. Эффективные сечения образования возбужденных ионов при ионизации атомов электронным ударом. // Опт. и спектр. 1970. Т.29, №4. С.637-640.

256. Савченко В.Н. Расчет эффективных сечений возбуждения компонент тонкой структуры .Р и 3Р атомов ртути, кадмия и цинка электронным ударом. // Опт. и спектр. 1971. Т.ЗО, №1.С.12-18.

257. Напе К., Goto Т., Hattori S. Ratio of excitation cross-sections for the Cd(II)5s2 2D5/2 and 5p 2P3/2 states in Cd+ ion-electron collisions. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1982. Vol.15, No.6. P. L47-L49.

258. Когельник Г., Ли Т. Световые пучки, резонаторы pi типы колебаний // В "Справочнике по лазерам "/ Под ред. А. М. Прохорова. М.: Сов. радио, 1978. Т.2. С.11-23.

259. Borst W.L. Excitation of metastable argon and helium atoms by electron impact. // Phys .Rev. 1974. Vol. A9, No.3. P. 1195-1200.

260. McGuire E.J. Electron ionization cross sections in the Born approximation. // Phys .Rev. 1977. V0I.AI6. P.62-73.

261. Iijima T. He-Zn+ ion laser using hollow-cathode discharge with high-voltage operation // Jap. J.Appl.Phys. 1982. Vol.21, No. 12. P. 1732-173 5.

262. Ильюшко В.Г., Кравченко В.Ф., Михалевский B.C. и др. Генерация когерентного излучения в ионных лазерах на парах металлов при возбуждении в поперечном разряде//Журн. прикл. спектр. 1978. Т.28, №1. С.143-144.

263. Протасов Ю.С., Чувашев С.Н. Эмиссия электронов при взаимодействии частиц с поверхностью. // в 'Энциклопедии низкотемпературной плазмы". Под ред. Форто-ва В.Е. М.: Наука. 2000. Вводный том III. Раздел VI. 1.6. С. 84-92.

264. Acosta-Ortiz S.E., Telle Н.Н. et. al. Observation of molecular emission bands in cw He-Cd+ hollow-cathode lasers. //Phys. Rev. 1993. Vol.A 48, №4. P.3002-3007.

265. Wang S.C. New multicolor laser for color scanning. // Proc. SPIE. 1983. Vol.390. P.128-133.

266. Telle H.H., Hopkin I.D., Ramalingam P., Fun H.K., Grey-Morgan C., CW multi-line operation of a hollow cathode, segmented element He-Cd+ laser (ECOOSA '88). // J. Phys. D: Appl. Phys. 1988. Vol.21, No.lOs. P. S167-S170.

267. Чеботаев В.П., Покасов B.B. Работа оптического квантового генератора на смеси He-Ne с разрядом в полом катоде // Радиотехника и электроника. 1965. Т. 10, №5. С.958-960.

268. Fujii К .J., Takahashi Т., Asami Y. Hollow-cathode-type CW white light laser. // IEEE J. Quant. Electr., 1975. Vol.11. P. 111-115.

269. Wong K.H., Grey-Morgan C. "White" light laser. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1983. Vol.16. P. L1-L4.

270. Otaka M., Oshima Т., Takeuchi M., Oikawa Т., Fujii K. ITe-Cd+ white light laser by a novel tube structure. // IEEE J. Quantum Electron. 1981. Vol.QE-17, No.3. P.414-417.

271. Tsuda H., Piper J.A. Practical small-scale hollow-cathode cw metal-ion lasers. // J. Phys. E: Sci. Instrum. 1989. Vol. 22. P.462-465.

272. Fuke A., Masuda K., Tolcita Y. High-power ITe-Cd+ white-light laser. // Electron. Commun. Jpn, Part 2. 1988. Vol.71, No.9. P.19-27.

273. Piper J.A., Webb C.E. Power limitation of the cw He-Hg laser. // Opt. Commun. 1975. Vol.13, No.2. P.122-125.

274. Хасилев В.Я. Исследование активных сред ионных лазеров на парах металлов с поперечным в.ч.разрядом. Автореферат дисс. канд. физ.-мат.наук. Харьков. 1982.18с.

275. Герасимов В.А., Горохов A.M., Кухарев В.Н. и др. А.с. (СССР) №1577655. МКИ HOls 3/22. 1988.

276. Кухарев В.Н. О механизме действия прокачки буферного газа через ГРТ в ЛПМ. // В Сб. тезисов докладов Симпозиума "Лазеры на парах металлов" (Сочи, 2004), Ростов-на-Дону: РГУ. 2004. С.63.

277. Gonchukov S.A., Vas'kov V.V. Low-noise cataphoretic metal vapor lasers. // Laser Phys. 1991. Vol.1, №1. P.22-44.

278. Измерение спектрально-частотных и корреляционных параметров и характеристик лазерного излучения. М.: Радио и связь. 1982. 272с.

279. Берик Е.Б. и др. Когерентность лазера на красителях с эксимерной накачкой и его применения для импульсной голографии. // Квант электр. 1986. Т.13, №2. С.410-412.

280. Дятлов М.К., Касьян В.Г., Левин В.Т. Самоселекция частот в He-Cd лазере с ПВЧ возбуждением. // Письма ЖЭТФ. 1977. Т.З, №13. С.644-646.

281. Ward В.К., Piper J.A., Ciddor Р.Е. A frequency stabilised hollow cathode He-Cd laser. //Opt. Commun. 1988. Vol.66. No.2,3. P.145-148.300. "Laser Focus World. Buyers Guide". 2001-2004.

282. Гордон Е.Б., Егоров В.Г., Павленко B.C. Возбуждение лазеров на парах металлов цугами импульсов. // Квант электр. 1978. Т.5, №2. С.452-454.

283. Pask Н.М., Piper J.A. Transient effect in burst-mode operation of pulsed Barium vapor lasers. //IEEE J. Quantum Electron. 1994, Vol.QE-30, No.10. P.2376-2384.

284. Зинченко С.П. Исследование импульсных лазеров на парах металлов с разрядом в полом катоде. Дисс. канд. физ.-мат.наук. Саратов. 1983. 174с.

285. Кравченко В.Ф., Михалевский B.C., Папакин В.Ф. Кинетика образования плазмы внутри полого цилиндрического катода при импульсном разряде в Не // ЖТФ. 1973. Т.43, №10. С.2057-2060.

286. Кравченко В.Ф., Михалевский B.C., Папакин В.Ф. Возбуждение линий гелия при импульсном разряде в полом катоде. ЖТФ. 1973. Т.43, №10. С.2173-2174.

287. Xu G., Fujii К., Nakayama Sh., Honma A. et al. Experimental Studies on Longitudinal Mode Characteristics of a Hollow Cathode ITe-Cd+- White Light Laser. // Jpn. J. Appl. Phys. 1997. Vol.36, No.lA. P. 129-133.

288. Withford M.J., Mildren R. P., Piper J.A. The effects of impurities on metal vapour laser performance, in "Pulsed Metal Vapour Lasers", (Little C.E. and Sabotinov N.V. eds.), Kluwer Academic Publishers: Dordrecht, 1996. P. 161-168.

289. Warner B.E., Persson K.B., Collins G.J. Metal vapor production by sputtering in a hollow cathode discharge // J.Appl.Phys. 1979. Vol.50, No.9. P.5694-5703.

290. Donko Z., Janossy M. Operation characteristics of a short active cathode He-Kr+ laser. //Pure Appl. Opt. 1992. Vol.1. P.127-131.

291. Bolden R.C., Hemmersworth R.C., et al. Measurements of thermal-energy ion-neutral reaction rate for rare gas ions // J. Phys.B: Atom.Molec Phys. 1970. Vol.3, No.l. P.45-70.

292. Серов B.H., Кожин A.A., Жуков B.B. и др. Лазерная терапия в эндокринологической гинекологии. Ростов-на-Дону: Изд.РГУ. 1988. 120с.

293. Бучанов В.В., Казарян М.А. О возможности получения непрерывной ультрафиолетовой генерации на меди в потоке плазмы. // Physica Scripta, 1996. Vol. 53. P. 571-574.

294. Takashima M., Okada S., Nishiyama H., Matsuda M., Fujii K. Full color printer with a He-Cd white-light laser. //Rev. Sci. Instrum. 1991. Vol.62, No. 5. P.1238-1241.

295. Bartolini R.A. Optical recording: High density information storage and retrieve. // Proc. IEEE. 1982. Vol. 70, No.6. P.589-597.

296. Sabotinov N.V., Telbizov P.K., ICalchev S.D. He-Cd-Se gas laser. // IEEE J. Quantum Electron. 1973. Vol.QE-9, No.8. P.857-859.

297. Jain K., Newton S.A. Optical characteristics of UV and IR hollow cathode silver and copper ion laser // Appl. Phys. 1982. Vol. B26, No.l. P.43-48.

298. Рорр H.P., Schmidt E. A white light He-Se laser. // IEEE J. Quant. Electr. 1979. Vol.QE-15, No.9. P.840-842.

299. Wong K., Grey-Morgan C. White light laser.// J.Phys. D: Appl. Phys. 1983. V.16. P.L1-L4.

300. Ahmed S.A., Campillo A.J. He-Ne-Cd laser with two colour output. // Proc. IEEE. 1969. Vol.57. No. 11. P.2084-2085.

301. Collins G.J. Properties ofHe-Ne-Zn laser. // J. Appl. Phys. 1971. Vol.42, No. 10. P.3812-3815.

302. Съботинов H.B., Телбизов П.К. He-Ne-Se cw laser // Докл. Болг. АН. 1974. T.27, №6. С. 763-766.

303. А.С. (СССР) № 416022. Кл. FIOls, 3/22. (Авт. Кравченко В.Ф., Михалевский B.C. и др.) Опубл. БИ. №6. 1973.

304. Karelin A.V., Stefanova M.S., Pramatarov P.M., Yakovlenko S.I. Numerical modeling of a He-Kr coil hollow cathode laser // Appl. Phys. 1993. Vol.B57, No.2. P.293-300.

305. Kiefer L.J. A compilation of electron collision cross sections data // JILA information center report. Univ. Colorado. Boulder. 1973. 139pp.

306. Латуш Е.Л., Чеботарев Г.Д., Васильченко А.В. Импульсные катафорезные лазеры на парах кадмия и стронция. // Оптика атмосферы и океана. 1998. T.l 1, №2-3. С. 171-175.

307. Vuchkov N.K., Temelkov К.А., Zahariev P.V. et al. Optimization of UV Cu+ laser excited by pulse-longitudinal Ne-CuBr discharge. // IEEE J. Quant. Electr. 2001, Vol.QE-37, No.4. P.511-517.

308. Vuchkov N.K., Temelkov K.A., Zahariev P.V. et al. Output parameters and a spectral study of UV Cu+ Ne-CuBr laser // Optics and Laser Technol. 2004. Vol.36. P.19-25.

309. Лазерные источники излучения. Каталог-справочник. ML: Лазерная ассоциация. 2004. 60с.

310. Яковленко С.И. Механизм убегания электронов в плотных газах и формирование мощного электронного пучка в плотном газе. В Сб. тезисов докладов Симпозиума "Лазеры на парах металлов" (ЛПМ-2004, Сочи), Ростов-на-Дону: РГУ. 2004. С.6.

311. Bekefi G. Principles of laser plasmas // Wiley. New York-Brisbane-Toronto.1973. 253p.

312. Mizeraczyk J., Mentel J., Schmidt E., Reich N., Carlsson C. A hollow-cathode discharge cw multicolour He-Cd laser module. // Meas. Sci. Technol. 1994. Vol.5. P.936-941.

313. Mizeraczyk J., Reich N., Mentel J., Schmidt E. The performance of the hollow-cathode discharge continuous-wave multicolour He-Cd laser. // J. Phys. D: Appl. Phys., 1995. Vol.28. P.840-848.

314. Самородов В.Г. Применение газовых лазеров промышленного производства.// Обзоры по электронной технике. Серия 11. Выпуск 4(1625). 1991.56с.

315. Rocca J.J., Meyer J.D., Yu Z., Farrell M., Collins G.J. Multikilowatt electron beams for pumping cw ion lasers // Appl. Phys. Lett. 1982. Vol.41, No.9. P. 811-812.

316. Wernsman В., Rocca J.J., Mancini H.L., Schinca D., Tocho J.O. Recombination lasers in a flowing negative glow discharge. // IEEE J. Quant. Electr. 1990. Vol.QE-26, No.9. P.1624-1632.

317. Иванов И.Г. Многоволновые импульсные и непрерывные ионные лазеры на парах металлов с РПК. // В Сб. тезисов докладов Симпозиума «Лазеры на парах металлов» (ЛПМ-2004, Сочи). Ростов-на-Дону.: Изд. РГУ. 2004. С.19-20.

318. Иванов И.Г. He-Cd-Hg ионный катафорезный ЛПМ с 1441,бнм, 1615нм и 1794,5нм. // В Сб. тезисов докладов Симпозиума «Лазеры на парах металлов» (ЛПМ-2004, Сочи). Ростов-на-Дону.: Изд. РГУ. 2004. С.21.