Кинетические явления в плотных парах металлов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ш. Ы.В.ЛОМОНОСОВА НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ ш. Д.В.ОСОБВЛЫЩА

Р Г Б ОД

На правах рукописи УДК 633.9:637.8:621.37

ЛЕОНОВ Алексей Георгиевич

КИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В ГОЮ1НЫХ ПАРАХ МЕТАЛЛОВ (01.04.08 - физика и химия плазмы)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора фиэяко-матембтичэоких наук

Москва 1994

Работа выполнена на факультете проблем физики и энергетики Московского физико-технического института.

Офщивлыше оппоненты: доктор физико-математических наук Ковалев A.C.

доктор физико-математических наук Лисица B.C.

доктор физико-математических наук Панченко В.Я.

Ведущая организация - Троицкий институт инновационных и термоядерных исследования (ТРИНИТИ)

Защита состоится " 1994 г. в /^**~часов

на заседании Специализированного ученого совета МГУ им. М.В.Ломоносова (Д.053.ОБ.80) по адресу: I19099, г.Москва, Воробьевы гори, НИИЯФ МГУ.

О диссертацией можно озьакомиться в библиотеке НИИЯФ им.Д.В.Скобельцинь

Автореферат разослан

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат физико-математических наук

В.В.Радченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми.

Среди разнообразных газовых сред, используемых при решении большого круга как фундаментальных, так и практических задач лазерной фгаики важное место занимают пары металлов. Это связано, р перьую очередь, с их многочисленными применениями для получения аффективной генерации видимого и ультрафиолетового (УФ) диапазона в лазерах на парах металлов. С другой стороны, те же пары металов широко используются в исследованиях взаимодействия коротковолнового лазерного излучения о веществом и во многих лазерных технологических процессах. Так, например, именно в стационарных парах металлов изучаются, как правило, многочисленные резонансные эффекты. они являются рабочей средой в ряде методов резонансного лазерного раздэлеыя изотопов в атомарной фазе, активно примени ются при решении задач нелинейной оптики - в преобразователях частоты лазерного излучения на вынужденном комбинационном рассеи нии. в создании обращающих волновой фронт зеркал, умножители* частоты лазерного излучения и т.д."Импульсная плазма паров металлов, создаваемая на поверхности мишени лазерным пучком, находит свое применение при напылении тонких пленок, в лазерной спектрометрии и масс-спектрометрии при анализе состав различных образцов, в лазерных ионних источниках, плазменных катодах. Болое того, пары некоторых металлов, и основной щелочных и щелочноземельных, по ряду причин (разреженности спектра, наличию интенсивных резонансных линий, возможности моделирования двухуровневых систем в т.д.) являются чрезвычайно удобным объектом при изучении фундаментальных оснав процессов взаимодействия оптического излучения о веществом и демонстрации вооьма тонких аффектов. Все вто обуславливает значительный интерес к исследованию кинетических явлений в пэрах металлов - процессов возбуждения и ионизации,«переноса излучения и ряда других.

Во всех вышегоречиолениых задачах одной из основных проблем являетоя повышение плотности среды К, поскольку именно на атом пути можно добиться значительного повышения удолмшх энергетических параметров генерации в лагерях на парах металлов или существенного увеличения эффективности приборов квантовой електроники я лазерных технологических установок. Следует, однако, отметить, что к началу настоящей работы генерация в парах металлов плотчоп-

Э

тью Ю17 •» Ю1в см-3 еще не была п. лучена и сама возможность ее возбуждения в таких условиях била под вопросом.

При повышенной плотности паров существенно меняется и характер воздействия на среду лазерного излучения видимого и УФ диапазона, которое даже при умеренной интенсивности (1С5 + 108 Вт/см2) оказывается способным вызвать значительную ионизацию среда, особенно в резонансных условиях (т.е., в том случав, когда частота лазерной волны близка к частоте какого-либо перехода в атоме металла) или, за счет большой энергии кванта - вследствии фотоионизационных процессов. Эти явления во многом изучались в стационарных парах натрия, стронция, Оария и др., однако их влияние на процессы образования имлульсно создаваемой плазмы, возникающей в парах облучаемой лазером мишени ранее экспериментально не иссле-доьалось, как, впрочем, практически не исследовалась и вообще ди-намчке образования ерозионной плазмы металлов под действием УФ лазерного излучения. Заметим также, что значительная энергия лазерных фотонов требуот существенно квантового подхода к описанию низкотемпературной лазерной плззга паров металла. .

Болье того, нелинейное воздействие интенсивного пучка на резонансную среду паров металлов, изменяя ее такие важные характеристики, как величину и спектральную зависимость показателей преломления и поглощения, при больших Н приводит к существенному обратному воздействию среда на характеристики распространяющегося в ней лазерного излучения, порождая пространственную неустойчивость лазерной волны, проявляющуюся в возникновении хорошо известных вффактов самофокусировки и самодефокусировки, генерации конического излучения и т.д. При этом, поскольку в некоторых областях спектре при доотаточно большой интенсивности излучения поглощение монет деже смениться усилением, в присутствии сильного поля кардинально меняется вся картина ре абсорбции шумового излучения, становятся важными многофотонные процессы и, в частности, процессы четирахволнового взаимодействия а, помимо пространственной, возникает тесно связанная о вей опектрвльнвя неустойчивость лагерного пучка, в результате которой в его спектре появляются смещенные по частоте компоненты рассеяния значительной интенсивности. Хотя эти явления в оптически плотных парах металлов неоднократно наблодалиоь экспериментально (однако, практически только в области высокочастотных отстроек частоты лазерного излучения от резонанса) полнее понимание их природы отсутствует, что отрвжает-

ся, в частности, в том, что несмотря на существование нескольких альтернативных теорий возбуждения неустойчивости, ни одна их них. не в состоянии объяснить всю совокупность наОлюдаемнх данных. Прогресс з этой области может быть достигнут только при проведении многоплановых детальных экспериментов, допускающих прямое сравнение с теорией.

Рассмотренные эффекты неустойчивости существенным образом могут влиять на однородность и монохроматичность лазерных пучков, распространяющихся в р-зочанснсй среде, приводя к потере селективности взаимодействия в лазерных технологиях, ухудшению характеристик лазерныг. усилителей и т.д. Тем не менее, эта неустойчивость' может оказаться и полезной при реализации широко обсуждаемой в настоящее время возможности создания одного из вариантов "лазеров без инверсии" - лазера нэ состояниях "одетого" атома.

Таким образом, разработка и успешное развитие многочисленных приборов и устройств кв^ьтсвой электроники требует детального изучения процессов возбуждения и образования плазмы, в плотных стационарных и импульсно создаваемых парах металлов, процессов вообуадения неустойчивости и нелинейного рассеяния при взаимодействии с юм! интенсивного лазерного поля, что и определяет актуальность исследований в данной области. Следует отметить, что если о прикладной точки зрения ясное понимание вышеописанных кинетических явлений необходимо для решения практических задач, то с точки зрения фундаментальной физики в таких исследованиях могут быть выявлены нозые, неизвестные ранее закономерности процессов взаимодействия лазерного излучения с веществом.

. Цели данной работы можно сформулировать следующим образом:

1. Исследование возможности возбуждения лазерной генерации видлиого и УФ диапазона в плотных парах металлов и разработка методов их получения. Исследование физических основ возможности существенного увеличения энергетических характеристик лазеров на порах металлов при высоких плотностях." активной среда, систематическое исследование характеристик разряда и их связи с параметрами генерации, исследование различных схем возбуждения активной среда, в том числе и с помощью пучка элехтронов.

2. Всестороннее изучение характеристик и динамики расширения . импульсной эрозионной плазма паров металлов, возникающей на поверхности под действием лазерного излучения УФ и водимого дяапаг. зона, получение денных о порога! плазмообразования в парах раз-

личных металлов и о влиянии на их величину процессов резонансной ионизации и фотоионизации.

3. Детальное исследование процессов, сопровождающих распространение интенсивной лазерной волны в резонансной среде паров металлов - сиектр^льно-угловой неустойчивости лсзоркого пучка и резонансной флюоресценции в сильном лазерном полэ в широком диапа-, зоне экспериментальных параметров (плотности паров, интенсивности лазерного излучения, лазерных отстроек от резонансных линий).

Научная новизна проведенных исследований состоит в следующем:

1. Впервые получена генерация в плотных парах металлов - меда, свинца, золота при при концентрации активной среды более, чем 10м см"3. Показано, что в парах такой плотности удельная эноргия генерации на порядок выше, чем в лазерах о термическим созданием пароа, величина N в которых не превышает 10 см~3. Впервые исследованы характеристики разряда в плотных парах меди, экспериментально установлено существование оптимальных с точки зрения эффективности генерации значений плотности электронов в плазме разряда и параметра Е/Л, где Е - напряженность электрического поля в положиа-ельном рголСе разряда, впервые получена генерация в парах меда при их возбуждении'электронным пучком и контролируемым им импульсным разрядом.

2. Для изучения процессов взаимодействия лазерного излучения о вэщестЕом созданы и исследованы различные типы лазеров на молекулах ХеР и ХеС1, в том числе впервые реализовано возбуждение эк-симерного лазера продольным электрическим разрядом.

3. В работа впервые систематически измерены параметры плазмы эрозионного факела, йозникаюлего на поверхности алюминия под действием ультрафиолетового излучения ХеС* лазера, впервые определены основные закономерности разлета эрозионной плазмы, создаваемой УФ излучением в вакуум и буферный газ.

4. Предложена и обоснована методика измерения порогов образования плазмы на поверхности металлов под действием лазерного излучения. Впервые измерены величины пороговой интенсивности пробоя в эрозионных парах на поверхности ряда металлов в вакууме для

, излучения ХеС1 лвзэра, исследовано прямым образом влияние на величину порога пробоя на поверхности алюминия процессов фотоиони-вации возбуадашшх атомов.

5. Впервые экспериментально обнаружено резонансное снижение порога образования лазарной плазмы на поверхности твердого тела

при. совпадении длины волны излучения о длиной волны перехода в атоме вещества мишени, измерены величины порогов М плотности эро- * зионной плазмч в зависимости от отстройки частоты лазерного излу-ч&ния от резонанса. Показано, что именно резонансные .грэцесоы определяют величину порога пробоя на поверхности алшиния под действием излучения ХеС1 лазера. Также впервые з з-даисимости от отстройки исследованы характеристики резонансной плазма е стационарно создаваемых парах натрия.

6. В работе впервые обнаружено возникновение споктрально-уг-ловой неустойчивости интенсивной лазерной волны в оптичоскл плотной резоненсной среде при низкочастотных отстройках частоты лазерного поля от частоты атомного перехода. Изучены основные закономерности образования конического излучения в указанной облооти отстроек и многокомпонентные спектры рассеяния, показано, что картина резонансного рассеяния при "красннх" лагерных отстройках от линий дублета натрия во многом аналогична случаю "синих" отстроек. В экспериментах также обнаружены новие, неизвестные ранее компоненты рассеяшя и исследованы их основные характеристики.

7. В работе показано, что закономерности развития спектрально-угловой неустойчивости в пкрах нзтрия могут быть качественно , объяснены возбуждением чегырехволновых процессов в плотной среде трехуровневых атомов и не требует приплечэпия для интерпретации опытных данных альтернативных механизмов.

3. Впервые экспериментально зарегистрированы многокомпонентные спектры флюоресценции плотных паров натрия и дана их интерпретация не основе расщепления Рабй трехуровневой системы, помещенной в сильное ©ззеояое поле. Изучены осноьные закономерности возбувд&ния 'флюоресценция и исследована модификация ее мультя-ллвтных спектров при измнн8Яли параметров ъзаммодейстзия.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Экспериментальное доказательство возможности возбуаденкя гонервцли самостоятельным электрическим разрядом и электронным пучком в парах металлов высокой плотнеете (10 +Ю1а см-3 5 и значительного увеличения удольньк лазерных энергетических характеристик в такой среде, результата: экспериментального исследования и численного моделирования характеристик разряда в плотных парах меда, результаты изучения влияния параметров разряда на характеристики лазерной генерации в такой среде.

2. Результаты окигершентального исследования различных сио-

тем возбуждения и характеристик генерации эксимеркых УФ лазеров.

3. Результата изкэречия порогов плчзмооОрсзования на поверхности ряда металлов под действием ультрафиолетового (Aï, Tl, W, Си, Bl, Cd) и видимого (M, lia) лазерного излучения в вакууме, обоснование кетодаки их определения.

4. Результата детального исследования параметров (температуры, плотности, скорости направленного движения) и .динамики расширения эрозионного плазменного Факела, создаваемого УФ излучением нашсекундной длительности и 1шгенсивностыо I08 + I03 Вт/см2 на поверхности металла.

5. Экспериментальное обнаружение резонансного снижения порога лазерного пробоя на поверхности твердого тела под действием излучения УФ и видимого диапазона, результаты измерена резонансных зависимостей пороговых ингвнсивносгей плазмообразовашя и параметров идеями от ве^гчины отстройки от резонанса, зарегистрированное снижение пороговых интенсийкостей н 2 + 2.5 раза при ширине резонансных кривых 3 ; 8 нм. Результаты экспериментального исследования резонансного пробоя в стационарных парах натрия.

6. "Экспериментальное доказательство возникновения развитой спектрально-угловой неустойчивости лазерного пучка интенсивностью I <* 2 + 25 МВт/см8 в области длинног лиогых отстроек длины волны лазерного излучения от DI линии натрия при его распространении в парах плотностью N - Ю13 + I016 см-3, проявляющуюся в генерации конического излучения, появлении спбкл-структуры в сечении рассеянного пучка и в возбуждении нескольких, ранее на наблюдавшихся смененных по частоте относительно лазерной компонент рассеяния. Результаты исследования характеристик неустойчивости в зависимости параметров взаимодействия (интенсивности, величины отстрэйки, плотности паров). Результата экспериментоь, показывающие, что картина рассеяния в области низкочастотных отстроек частоты лазерного излучения от DI лшьл натрия в целом аналогична наблюдае-

при высокочастотных отстройках от КЗ линии.

7. Результаты экспериментального наблюдения спектров резонансной флюоресценции паров натрия плотностью IQI3+ 3-Ю15 см"3 е поле лазерной волны'интенсивностью-I <"10 + 25 МВт/см2, демонстрирующих, что такие спектры имеют форму мультиплета, содэркящэго, в зависимости параметров взаимодействия, вплоть до 7 компонент, что связан; - с расщеплением Ребк в поле лазерной волны как основного 3S, так и двух возбужденных ЗР уровней натрия на несть кза-эиэнергетических уровней. Результаты расчетного моделирования,

показывающего, что регистрируемый экспериментально вид спектров1 определяется пространственной неоднородностью энергетического распределения по" сечению лазерного пучка и .поглощением квантов флюоресценции в невозмущенных парах натрия.

Научная и практическая ценность работы.

Увеличение удельных энергетических характеристик генерации при повышении плотности активной среды может привести к созданию лазерных устройств видимого и УФ диапазона, значительно превосходящих по энергии лазерного импульса и средней мощности существующие в настоящее время. Разработанный метод создания паров практически любых металлов, в том числе и тугоплавких, открывает возможности для поиска нових активных сред. Результаты совместного исследования характеристик разряда и генерации позволяют целе^ап-. равленно оптимизировать эффективность подобных источников лазер. ного излучения.

Экспериментальные результаты измерения порогов пробоя, изучения параметров и динамики разлога эрозионной плазмы, создаваемой коротковолновым лазерным излучением на поверхности металлов, дают исходный материал для построения теоретических моделей взаимодействия излучения УФ диапазона о веществом и позволяют прогнозировать результаты взаимодействия в условиях практического применения. О этой точки зрения особенно важным представляется эффект резонансного снижения порога плэзмообразования в эрозионных ларах, обнаруженный в данной работе и который может, быть использован при создании эффективных ионных источников, плазменных ка-<» тодов и т.д. Предлояекный в работе способ измерения порогов плаз--мообразования способствует выработке единого подхода! их определению, выявлению закономерностей, присущих этому явлению и позволяет сравнивать результата, полученные разными автораш.

Проведенное в работе изучение взаимодействия излучения о резонансной средой в широком диапазоне экспериментальных псргмет-ров, сравнение результатов эксперимента о теорэтическЕШ рпсчота-¡а! дает цельную картину процессов, сопроводдакщп распространение лазерного пучка б резонансном атомарном паре з имеет существенное значение для создания лазерных усилителей, для реализации практических схем лазерного разделения изотопов, дистанционной диагностики, лазерной фотохимии и др., чувствительных к искажению фронта лазерного пучка и его спектра. , . .

Представленный в данной работе подход к исследований сдакт-.

ров резонансной флюоресценции позволяет изучать не только принципиальные вопросы нелинейной оптики и лазерной спектроскопии, но и дает методику для- практических измерений процессов релаксации и переноса возбувденик ь газовых средах.

Апробация работы.

Результаты диссертации докладывались и обсуждались на VIII, IX, X, ХП, XTV МождународЕшх конференциях по когерентной и нелинейной оптико (Тбилиси, 1976; Ленинград, 1978; Киев, 1980; Москва, 1985; Ленинград, 1991), Мовдународной конференции по передовым и лазерным .технологиям ALT'92 (Москва, 19Э2), Международных конференциях "Импульсные лазеры на переходах атомов и молекул" (Томск, 1992) и "Laser 0ptlC3'93" (Санкт-Потербург, 1993), Международной конференции по квантовой электронике EQEC'94 (Амстердам, Голландияr 1994), Международной конференции по лазерам, электрооптике и квштсвой эпоктронико CLEO/IQEC'94 (Лнахейм, США, 1994), II и IV Бсесошных кокференцих "Взаимодействие излучения, плазменных и электронных потоков с веществом" (Москва, 1934, Фрунзе, 1990), VII и VIII Всесоюзных конференциях по взаимодействию оптического. излучения а веществам, (Ленинград, 1988; Ленинград, 1990), X цколэ-семинаре по селективному зоздействш лазерного излучения на вещество (Бакуриани, I98S), II Всесоюзном семинаре по лазерам на парах химических элементов (Ростов-на-Дону, 1977), II, IV и V Всесоюзных семинарах по физическим процессам в газовых ОКГ (Ужгород, 1978; Мукочево 1932; Муквчево, 1984), Всесоюзной школе "Лазеры и атмосфера" (Обнинск. 1990), на семинарах ЖРАН, НИЦГЛ,

ттамги, моти.

Публикации.

Основные результаты диссертации опубликованы, в 28 гечатных работах, в т.ч., р 26 статьях и 2 препринтах.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Общий объем диссертации 365 страниц, из них 250 страниц текста, 2 таблицы и 105 рисунков. Библиография включает 272 названия на 28 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении приводится обоснование актуальности темы, представлен круг вопросов, недостаточно изученных к настоящему Ереме-

ни и обоснован гыбор направления исследования, указаны основные цели работы,- излагается краткое содержание диссертации л формул«-' руются защищаемые положения. .

Первая глава диссертации посвящоин исследование физических ■ процеес-сов и различных схем возбуждения лазерной генерации в плотных парах металлов. В ее первом параграфе приводится краткий обзор методов получения паров металлов, используемых в существующих лазерных установках и показывается, что в лазерах с термическим созданием стационарных паров не удается поднять их плотность выше Ю16 см-3. Не удается поднять плотность активной среда и широко распространенным методом импульсной диссоциации легколетучих соодугнйш'й каталлов. Ряд других эке импульсных методов получения паров или не позволяет заполнить парами достаточно большой обьом или не обеспечивает долкной однородности активной среды. В то жо время, в работе показано, что получение плотных (И » ю1а см"3) однородных парен металла оказквьэ'.ся возможным при использовании электрического взрыва проводников. 3 VI глаьы I формулируются требования, необходимые для однородного превращения взрываемсго проводника в пар, приводится описания экспериментальной устаьоьнл для создания паров металлов теним методом. Здесь же обсуждается методика и результаты измерений плотности паров по поглощению мягкого рентгеновского излучения, пок&зчьйющи*, что ирвмя существования плотных паров меда в лазерной камере достигает десятков миллисекунд. Однако, в проведенных исследованиях было выяснено, что лазерная генерация наблюдается существенно более короткое время после взрыва С1-2 мс-эк), что связано с конденсацией паров, хстг., том то менее, существует некоторая 'область ' задержек (300+700 мксёк), в пределах которой плотность паров и энергия генерации не зависит от во з*личины.

Третий параграф данной главы посвящен исследованию возможности получения генерации в плотных парах меди, экспериментальному изучению и расчетному моделированию характеристик импульсного разряда в такой среде, исследованию связи характеристик разряда о энергетическими параметрами. В разделе 1.3.1 приведено описание техники эксперимента: генераторов восбухдения импульсного электрического разряда наносекундного диапазона различной длительности, методов измерения его вольтташеркых характеристик и параметров генерации. Результаты экспериментального и расчетного исследования характеристик разряда в плотных парах меди излагаются в разделе 1.3.2 и Г.3.3. Эксперименты покапали существенную вависи-

масть напряжения на разрядном промежутке ир и тока разряда от начального напряжения ио, плотности паров меди К, величины мек-елвктродного зазора <1 к длительности импульса возбувдодия. Для объяснения полученных 'зависимостей в работе было проведено численное моделирование разряда в плотных парах меди, в котором использовались рассчитанные А.В.Родиным зависимости констант ионизации и дрейфовой скорости от параметра Е/Н. Результата вычислений по модели однородного объемного разряда впог е удовлетворительно согласуются с вксперименгальными данными, однако значительно лучшее согласие было получено в расчетах, учитывающих влияние приэлектродных процессов и показавших наличие значительного катодного падения (0.66 кВ, в опытах обнаружено ик - 0.60 кВ).

В следующем разделе диссертации (1.3.4) приведена результаты исследования генерации в плотных парах меди при электроразрядном сполоСэ возбуждения. В нем показывается, что к.п.д. генерации т), определяемый по энерговкляду в разряд существенно зависит от значения параметра Е/Л, величиной которого в определенных пределах можно управлять изменением плотности лароь и длительности возбуждающи го импульса. Следует, однако, отметить, что оптимум по Е/М при данном способе накачки достигнут не был. В пободанных экспериментах было найдено, что энергия к.г..д. генерации в значительной степени определяются так:..* и плотность» алоктроиов .1 разряда N , .причом для каждого значения Е/К существует оптимальное

т 1

'значение величины Н„, лежащее в диапазоне <1+4)>10 см . Наличие оптимума по N связано, по всей вероятности, с разрушением верхнего лазерного уровня электронным ударом. Увеличение удельной мощности возбуждения приводит, в соответствии с этим, к уменьшению &ф£ектившсти генерации, однако удельная энергия генерации, тем не менее, растет и достигает 440 мкДк-см"3, "то на порядок превышает величину удельного анергосъема, достигнугнутую в лазерах с термичаским созданием паров.

Увеличение плотности активной среды до величины N - ю18 см"3 позволило существенно увеличить удельный энергосъом и в лазерах на парах свицца и золота, также работающих в видимой и, кроме того, в ближней УФ областях спектра. Этим исследованиям посещен четвертый параграф первой главы диссертации. В них, в частности, впервые было продемонстрировано, что для указанных лазерных устройств достигнутая величина удельного энергосьемг (соответственно 2Б и 32 мкДж-сь-3) хоть и существенно меньше, чем в лазере пе пвэтпых парах меди, но значительно больше, чем в лазерах на тех

жэ металлах с термическим созданием пароз.

Совместное изучение характеристик разряда и генерации показало, что ньпряконггость электрического поля и плотность электронов в самостоятельном разряде б плотных парах м*дк далеки от оптимальных с точки зрения максимально*! эффективноеги лазера. Избежать этих трудностей можно путем создания значительной начальной проводимости активной сръ-ды с помощью пучка электронов. Самоотоя-' тельный интерес представляет собой и иэуччни* возможности прямого возбувдекия генерации г, порах ьк/таллои ь."^ктронг;'.м пучком. Таким исследованиям посвящен §-• нестЬяу'1«1 главы. В начал..- его опз'сана установка для везбуаденкя плотных пэров меди с использованием электронного пучка на осниье вакуумного ди^да с холодным катодом, г.*н«риру»ц*м чмлульс ток 'i г-л«итроно5 длительностью IZO нсек к амплитудой 1.6 кА при их энергии 200 коВ. На данной установке была впервые получена генерация в парах меди при их прямом возСукдетм электронны;/! пучком, однако эксперименты показали, что относительно малая плотность активной среды (N < З-Ю1'"' см"3)-и, соотвэтст-Beifflo, малая величина потерь энергии пучка в ней приводят к тому, что энергия генерации оказывается весьма малой. В этом же параграфе обсуждается влияние пучкового возбуждения на характеристики самостоятельного разряда в плотных пзрзх меда. Как показали исследования, в этих условиях при достаточно коротком импульсе разряда удается приблизиться к оптимальным значениям параметра Е/И и поднять (по сравнению с чисто разрядным способом возбуждения) как эффективность генерации, так и ее полную энергию.

Поиск новых лазерных систем привел к созданию в середине 70-х годов нового класса эффективных и мощных газовых лазеров - лазеров на экеимерных мол-зкулах галогенвдов благородных газов, геяе-рирующих излучение в УФ диапазоне спектра. Их иирокое применив в лазерных технологиях стимулировало детальное изучение динамики образования и расширения эрозионного плазменного факела, образуемого интенсивным .УФ излучением на поверхности металлов. Более того, сравнение результатов, полученных в этом случае с хорошо известными результатами воздействия ча' мишень видимого и ИК лазерного излучения позволяет существенно продвинуться на пути установления общих закономерностей рассматриваемых процессов. Этому и посвящена вторая глава диссертации.

В ее первом параграфе содержится краткий обзор литературы по проблеме взаимодействия лазерного излучения с поворхностью твердых тел и образованию приповерхностной лазерной плазмы» в кото- ■

ром, в том тесло, показывается, что ,;ля ультрафиолетового диапазона лазерных длин волк практически отсутствуют данные о характеристиках эрозионного факела.

Для проведения экспериментов в первую очередь необходимо было создание достаточно мошкой и удобной в эксплуатации УФ лазерной установки. Подходам к решению этой задачи посвявун второй параграф данной главы. Следует отметить, что создание эксклерного лйзера явилось непростой задачей, поскольку к началу настоящей работы насчитывалось Есего лишь несколько лосЕященных им пу^пкка-ций и многие вопросы получения генерации в эксимерных - V>г?к сили еще не изучены, Поэтому нам пришлось провести большой цикл , ^следований по оптимизации условий возбуждения в лазерах на мол хулах ХеСТ и 7.е?. Основное внимание при этом мы уделили изухннию ;:эрак-теристик различных схем ЕозСухдения эксимерных лазеров (с продольным -и попэречшм ' разрядом, двухкаскадных лазерных сгзтем, эл-.ктроионизационных лазэроБ). Задаче эта, однако, облегчаясь тек, что условия ьоэС/вдения генерации, методы измерения ее характеристик в таких устройствах зесьма близки к нспользуе*тым в лазерах на парах металлов.

В ходе экспериментов нами впервые была получена генерация в эксимерных смесях, возбуадаемая продо. разрядом, что позволило создать компактный малогабаритный ХеР лазер со средней мощностью 2 мВт на смеси И?5:Хе:Не. Влияние предаонизации на хар* :е-ристики генерации и усиления в эксимерных смесях исслэдоваш'Т> с помощью' лазеров с поперечным .возбувдением, в том числе на двух-каскадной лазерной установке, в которой два разрядных промежутка были помещены в одной камере параллельно друг другу. При этом разряд ь одном промежутке мог быть задержан относительно другого, е свечение первого служило источником УО предыониза^ли для второго. Описанные в диссертации УФ лазерные системы в дальнейшем успешно использовались. для измерения, коэффициентов усиления и их временных зависимостей в самом мощном в то время вл&ктроионизаци-онном лазере на молекуле Х&ГД. В этих ¡экспериментах был обнаружен ряд новых, неизвестных ранее особенностей лазерной кинетики, в том числе срыв генерации и усиления за счет "выгорания" смеси и накопления атомарного хлора.

Накопленный опыт в конструировании и исследовании электро-ргзрядаых эксимерных лазерных систем позволил, в конечном итоге, перейти к создании УФ ЗСеС1-льзера для проведения экспериментов по изучению процессов взаимодействия лазерного излучения с веществом

л накачке перестраиваемых лагунов на красителях. При его разработке был выбран вариант с преднонизацией активной среды излучением поверхностного сколъзг.щего разряда, являющийся близким аналогом описанной выше двуххаскадпоЯ лгпорной системы. Л:1'<ер работал на смеси НСХ:Хе:Не при ее давлении 3 атм и гонорироьал лазерный импульс нч длине волны 308 го» длительностью 40 нее к и энергией до I Л».

Описание экспериментального комплекса, предназначенного для исследованию взаимодействия импульсного лазерного излучения с поверхностями металлов, приведено в 53. В разделе 2.3.1 рассмотрена система измерения ларзм&трсв лазерного излучения (энергии, временной формы импульса, дганн волны, спэктрелыюя пир::ни лшпки и пространственного распределения интенсивности). Описание каморы взаимодействия, приготовления мииени и. счистки еэ поверхности содержится в разделе 2.3.2. В разделе 2.3.0 приводится списание- оптических методов диагностики плазменного факела, а также конструкции и характеристики плазменного зонда, обсуждаются условия корректного применения зондовых измерений.

В четвертом пэрагр&фэ данной главы приведете результаты экспериментов по исследованию образования и динамики разлета эрозионной плазмы, создаваемой излучением ХеС1 лззерь интенсивностью 10е + 10й Вт/см2 ка поверхности алюминия в вакууме, -обсувдаттся данные спектроскопических и корпускулярных методов измерения параметров плазмы.

Раздал 2.4.1 неезявдэн измерениям температуры электронов плазмы и их плотности по спектрам свечения эрозионного факола. В первую очередь в нем излагается методика определения Т0 ' в плазме алюминия по относительным интенсивности« спектральных линий, рассматривается грзницц применимости данного метода и приводятся экспериментальные данные, полученные с ого помоцьы. Эксперименты показали, что Те слабо зависит от интенсивности лазерного лзлуче-ная I и ее характерная величина составляет ~ 2 эВ, что существенно меньше, чек температура плазмы 10 аВ), определенная в близких условиях для случая воздействия на мишень излучения неодимо-ього лазера (X » 1.05 мкм). В этом ж> раздело приведены результаты измерения электронной концентрации по штарковскому уширеншо спектральных линий иона алюминия. Как оказалось, вэличива Ие существенно быстрей возрастает с увеличением I, при этом вблизи порога пробоя ео значение на расстоянии от мишени г <43.2 мм составляет ~ З-Ю'-7 ом-3. Здесь же приводятся результаты измерения

электронной концентрации в различило моменты времени по по глотанию о плазме излучения лвзера на красителе.

Измерение параметров плазмы на поздней стадии разлета (на Яолиикх расстояниях от мюаони г 5 см) с немощью плазменного яокдч огисано е разделе 2.4.2. £ля интерпрет^даи сигналов зонда использовались расчеты, выполненные в предположении мгновенного и точечного ьзрыза. В рамках этой модели по временной форме импульса ионного тока определялась кашей температура и направленная скорость движения плазменного облака. В том же разделе обсувдаег-ся влиять параметров зонда на. результаты измерения, приводятся диаграмму направленности разлита.

В следущ^м пьрагра^э диссертации (раздел 2.5) на основе полученных а работе экспериментальных результатов обсуждается динамика разлета эрозионного факела в вакууме, в том числе временные' и пространственные гаьискмости температуры и плотности электронов. Совокупность всех дашшх, полученных е экспериментах, свидетельствуют о ток, что плазменное облако разлетается в виде расширяющейся по мере движения плазменной оболочки с преобладанием на фронте конов высокой кратности. Обсуждается также отличия найден-нкх зависимостей от динамики расширения-плазмы, образованной на поверхности металлов излучением оолее длинноволновых лазеров, производится сравнение опытных данных с теоретическими моделями.

Модификации пространственной структуры плазма паров мишени при переходе от рисшир&ния в вакуум к расширению в буферный газ посвящен §6 рассматриваемой главы. В первую очередь в нем отмечается, что при образована! приповерхностной плазмы в присутствии буферного газа при иитэксивностях лазерного излучения вплоть до ГО9 Вт/см2 пробой происходит только в эрозионных парах мишени и нэ затрагивает окрукаю-рй газ. В результате проведенных экспериментов также было установлено, что уже при достаточно малых давлениях газовой среды, окружающей исследуемую мишень, в эрозионном Факеле появляеюя розко вытянутый вдоль нормали к образцу светящийся керн, который при увеличении давления разбивается сначала но два, затем на три и г.д. слоев, демонстрируя возникновение неустойчивости расширяющейся и тормозящейся в буферном газе плазменной оболочки.

Результатам экспериментов по определению порогов образования эрогдонней плазмы паров металлов под действием лазерного излучении видимого и УФ диапазона и изучению влияния на их величину ¡гроцеосой резонансной ионизации и фотоионизации посвящена третья

глава. В ее первом параграфе обсуждаются недостатки существующих методов измерения порогов лазерного пробоя на поверхности мишони и для определения пороговой интенсивности плазмообразовтшя предлагается и обосновывается методика, осноганная на регистрации возникновения евочения спектральных линий однозарядных ионов материала мишени и тормозного и фоторекомбинациочного континуума. §2 дашой главы посвящен измерения на основе ЕЫбренного метода порогов пробоя в парах, раз точных металлических мишеней под действием излучения ХеС1 лазера. В нем приводятся экспериментальные определенные пороговые зависимости сигналов евочения в различных спектральных диапазонах для разных металлов от интенсивности излучения ХеС1 лазера и показывается, что для конкретного металла все зарегистрированные кривые сходятся к одной точке, н^дэкно определяя порог пропоя. В §3 обсуждаются наеденные величины порогов. механизмы образования пчазмы и выдвигается предположение о резонансном характере пробоя на алшинибгоЯ мишени. .

Изучение влияния процессов резонансной ионизации на величину порогов образования плазмы проведено в 54. В ого начале (раздел 3.4.1) проводится краткий обзор работ по резонансной лазерной ионизации, рассматриваются основные механизмы резонансного образования плазмы и отмечается, что ранее этот :>ф1вкт наблюдался только в стационарных парах щелочных и щелочноземельных металлов.

Надежное доказательство влияния резонансной ионизации па процессы образования эрозионного факела в плотных парах об чу чаемой лазером мииеш: мо»:ет дать только измерение зависимостей порогов пробоя и параметров плазмы в зависимости от отстройки частоты лазерного излучения от частоты резонанса. Это, естественно, требует применения в данных экспериментах, как и в экспериментах, проводившихся в стационарных парах, перестраиваемых по длине иол ны лазеров на красителях. Описанию использованного в дшшей рьбо • те такого лазора и описанию системы измерения параметров его излучения посвящеч раздел 3.4.2.

В следуицих. разделах (3.4.3 и 3.4.4) содержатся результаты выполненных с применением лазера на красителе экспериментов пс исследованию резонансного пробоя в парах мишени в вакууме. Иэме -рения проведенч как для видимого диапазона (переход йЗ-ЗУ в атоке натрия), так и для ультрафиолетового диапазона .алии волн лазерного излучения (в окрестности перехода ЗР-З!) атома алюминия). Для обоих металлов приводятся впервые экспериментально получение па внсимости порогов ¿фобоя от величины ототролки от резонанса, а

тагакэ зависимости от отстройки и интенсивности лазерного излучения осговных параметров плазма, зарегистрированные с временным и пространственным разрешением. Опытные данные обсуждаются в разделе 3.4.5. В нем показано, что найденные в экспериментах относительно неболы-ие величины снижения порогов пробоя (в «« ?■ +2.5 раза) объясняются специфическим характером резонансной иониз дай в парах мшюни, связанным с сильной зависимостью плотности пе ов от интенсивности лазерного излучения. Сделан вывод о том, что большая ширина резонансных, кривых (3»-8 нм) вызвана полевым уши ением вследстйие насыщения резонансного перехода, что подтверждается теоретически® расчетами, выполненными А.М.Поповым, 0.5.Поп виче-вой и Т.В.Рахимоьой для условий данного эксперимента,

Большой имринк резонансной кривой зависимости цлотнссти электронов от отстройки можно ожидать и при 'облучении стационарно создаваемых паров натрия. Поскольку такие данные в литературе неизвестны представлялось интересным проверить это' предположение, чему и посвящеч раздел 3.4.6. Необходимые измерения были проведены в нагреваемой кюветы типа тепловой /грубы и из их результатов следует, что зависимость плотности электронов от отстройки в создаваемой лазерным пучксм интенсивностью ~ 3-Ю6 Мвт/ск9 ллазме паров N3 носит такке отчетливо выра;: энный резонансный характер, причем ширины резонансных кривых достаточно велики (1.5 + 2 нм) и увеличиваются, с ростом интенсивности лазерного пучка. Отметим, что найденные ширины всего в несколько раз меньше определенных при пробое паров натриевой мишени при на порядок больших интен-сивностях, что хорошо согласуются с тем фактом, что в первом

т /о

приближении половая ширина увеличивается пропорционально I .

Ка величину пороговой интенсивности пробоя в видимом и УФ диапазоне длин волн существенным образом моъет влиять фотоионизация о ьорбукдённых уровней. Однако, несмотря на всю важность этого вопроса,сведения, о прямых экспериментах, подтверждающих эту течку зрения, отсутствуют. В настоящей работе предприняты некоторые попытга обнаружить влияние фотоионизеции на пороги пробоя, результаты которых изложена в §5 глвеы 3. В этих экспериментах с помощью лазер!» на красителе измерялись пороги пробоя - в области порога фотоионизащ-ги 31) уровней алюминия (631 нм) и было шредь-л ено. что этот процесс практически не ышяет на величину пороговой интенсивности, что соглпгуотся с результатами расчетов.А.М. Попова с • соавторами, пог.азевших, что при пробое на поверхности алюминия под действием излучения о большой энергией кванта иони-

38ЦИЯ происходи в основном через 43 уровень. .

При изучении процессов резонансной лагерной ионизации, как и многих других' резонансных явлений. Необходимо.учитывать развитие неустойчивости интенсивной лазерной волны в резонансной среде, существенно искажающей спектр и пространственные характеристики лазерного пучка. Исследованию спектрально-угловой неустойчивости' лазерного излучения в оптически плотных парах натрия посвящена четвертая глава диссертации. Приведемте в ней экспериментальные данные, в частности, свидетельствуют, что, в противоположность общепринятым представлениям, интенсивная лазерная волна испытывает развитую неустойчивость и при низкочастотных отстройках частоты лазерного поля от резонанса.

В первом параграфе этой главы содержится краткий обзор литературы по проблеме нелинейного невырожденного рассеяния лазерного излучения в резонансной среде, очерчен круг неисследованных ранее задач.

В 52 описываются основные узлы экспериментальной установки, система'сбора денных и определения параметров рассеянного лазер-ною излучения. Описание конструкций ци-тиндрической тепловой трубы, служыий для создания резонансной среды (паров натрия), результатов измерения распределения плотности паров методом крюков Рождественского содергатся в разделе 4.2.1, б разделе 4.2.2 изложены метода оптической диагностики спектрально-угловых характеристик рассеянного в парах натрия лазерного излучения.

В третьем параграфе главы 4 приводятся результаты экспериментов по изучению спектрально-угловой неустойчивости лазерного пучка интенсивностью 0.5 + 25 МВт/см3 в парах натрия плотностью 10и*Ю1е см-3. В разделе 4.3.1 впервые представлены экспериментальные данные наблюдения пространственной неустойчивости и, в частности, конического излучения при низкочастотных отстройках чистоты лазерной волны от резонансной линии атома натрия, а также данные по зависимостям угла конического излучения ф от параметров взаимодействия. Кок показали эксперименты, угол ф увеличивается с уменьшением лазерной отстройки и увеличением лазерной интенсивности, а с ростом плотности паров натрия зависимость угла конуса имеет насыщающийся вид. Раздел 4.3.2 посвящен исследованиям спектрально-угловых характеристик рассеянного в парах натрия резонансного лазерного излучения. Показано, что при низкочастотных л&зершх отстройках от Б1 линии в диапазоне 0.02 + 0.3 нм в спектре рассеяния наблюдаются несколько смещенных по частоте от-

носительно лазерной компонент, причем величины смещений существенно отличаются от величин обобщенных частот Раби трехуровневой системы. Более того, как оказалось, частоты некоторых из них сильно зависят от угла наблюдения. В данном разделе приводятся тькго результаты исследований положений компонент рассеяния в зависимости от параметров эксперимента - угла рассеяния, плотности паров натрия, лазерной отстройки и интенсивности. Здесь же анализируется спектральный состав конического излучения и на основании полученных данных делается вывод, что при низкочастотных отстройках от линии в спектре конуса отсутствуют выделенные частотные компоненты. Здесь танке приводятся результаты исследования спект-рально-ушовых характеристик рассеяния при высокочастотных относительно линии натрия лазерных отстройках, показывающих, что характеристики рассеяния в целом аналогичны при любом ее знаке. В заключительном разделе (4.3.3) этого параграфа представлены результаты экспериментов, выполненные при фокусировке лазерного пучка. Повышенная интенсивность взаимодействия позволила в этом случае исследовать область больших отстроек (вплоть до 1.3 нм). Интересной особенностью зарегистрированных в таких условиях спектров рассеяния является примерно одинаковый их шд при симметричных отстройках относительно I)-линий натрия.

В §4 сбсувдаются полученные в экспериментах результаты и производится их сравнение с результатами теоретического моделирования частотных и пространственных зависимостей инкремента развития четырехьолновой неустойчивости лазерного пучка, выполненных А.Н.Старостиным и А.А.Пантелеевым. В первую очередь здесь отмечается, что при моделировании процессов неустойчивости при используемых в ьксперименте иятексивностях лазерного излучения атоы натрия следует рассматривать как трехуровневую систему, которая вследствии яффякта Раби расщепляется в сильном полэ на Ь квази-эиергетическкх уроьней. Как показали расчеты, спектральная зави-г.имасть инкремента развития неустойчивости качественно описывает положения ¿шблюда&мых экспериментально компонент рассеяния. Подтверждаются результатами численного моделирования и зарегистрированные зависимости полоконий компонент рассеяния от параметров эксперимента. Далее, в -этом жэ параграфе проводится качественный анализ влияния процессов крупномасштабной самодефокусировки и процессов ЧВВ на образование конического излучения при низкочастотных лазерных отстройках от линии.

, В пятом параграфе приводятся результаты исследований харак-

20 V:. )

геристик гэк называемых "аномальных" компонент рассеяния, наблюдавшихся ранее вблизи D1 линии натрия при высокочастотных лазерных отстройкрх относительно Б2 линии и возникновение которых связывалось с процессами параметрической "Jown^-KOHBe^сии. 3 дод-ных экспериментах такие, компоненты наблюдались и при ничкочастот-ных относительно D1 линии отстройках, что противоречит этому механизму. Предложенный анализ показал, что генерация указанных компонент и необичные зависимости их спектрального положении от параметров эксперимента не требуют нриЕЛвченич альтернативных теорий и вполне объясняются процессами четырехволнового гоаимодей-ствия в газе трехуровневых атомов.

Как теоретически было показано Агарвалом и Войдом, в такие в работах В с соавторами спектры рассеянного в розоионсной среде излучения и их угловая зависимость сущеотвешшм образом определяются спектром шумоиого излучения, из которого нарастает неустойчивость. Для достаточно плотной среди такт,, затравочным излучением является спонташое излучение. Поэтому для адекватлой интерпретации процессов неустойчивости большое значение приобретем? исследования спектров резонансной флюоресценции плотних (Ю13< Ю16 см-3) паров натрия в сильном лазерном поле в условиях, когда частота Раби оказывается близка к величине дублетного рвсщоплвния ЗР уровней, т.е. атом натрия необходимо рассматривать как трехуровневую систему, чему и посвящена пятая глава диссертации.

В ее первом параграф© дан краткий обзор робот по проблеме резонансной флюоресценции в сильном лазерном поле. 52 посвящен описанию плоской кюветы типа "heat sandwich oven", в которой, в от отличие от цилиндрической тепловой трубы, была предусмотрнна возможность регистрации спонтанного излучения под углом 90° к оси лазерного пучка. В отом параграфе обсуждаются измерения распределения плотности паров Na по радиусу кюветы и методы регистрации резонансной флюоресценции.

В третьем параграфе приводятся результаты исследований спектров флюоресценции и их модификации при изменении параметров вза -ижщействия (лазорной отстройки и интенсивности, плотнооти паров натрия и давления буферного газа - аргона). В экспериментах впервые было обнаружено, что в зависимости от лазерной отстройки от D1 и D2 линий спектры мотуч содержать вплоть до семи компонент, что согласуется со спектром расщепленной в сильном поле трехуровневой системы. В J4 содержится сревнепиэ теоретически раосчмтун-ньы А.Н.Старостиным и А.Л.Пантелеевым спектров флюоресценции на-

ров натрия в трехуровневом приближегии с полученными результатами, на основании которого делается, вывод, что основными факторами, влияющими на регистрируемый в опытах вид спектров, являются эффекты поглощения квантов флюоресценции в невозмущенннх парах натрия и несднородаость распределения интенсивности по сечению лазерного пучка.

Пятый параграф даяной главы посвящен расчетному моделированию формы спектров флюоресценции з трехуровневой среде в условиях реального эксперимента с учетом пространственной формы лазэркого пучка л поглощения спонтанного излучения в невозмущенннх парах натрия, демонстрирующий хорошее согласие с экспэриментальными данными. Результаты расчетов зависимостей интенсивности компонент флюоресценции в двухуровневом приближении от параметров взаимодействия приводятся в §6. В сеязи с одним из предлагавшихся ранее механизмов резонансно!!. Ионизации в седьмом параграфе обсуждается экспериментально наблюдаемый эффект ненасыщаемости лазерной флюоресценции, и на основании расчетов делается вывод, чтс данное явление обязано своим происхождением свечению паров в пространственных крыльях лазерного пучка.

• В Заключении приводятся основные результаты работы, которые можно сформулировать следующим образе..):

1. Впервые получена генерация в парах меди, свинца, золота плотностью ~ 10]& см""3. Достигнутые при этом высокие значения удельной энергии генерации (соответственно 440, 25 и 32 мкДк» см-3) на порядок превышают полученные ранее.

2. Впервые исследоьакы свойства разряда в плотных парах меда и проведено его численное моделирование, показавшее хорошее сог-лвсие р результатами эксперимента, обнаружена важная роль при-электродных процессов. Исследовано влияние херактеристик разряда на параметры' генерации и показано существование оптимальных значений плотности электронов разряда д параметра Е/Н.

3. Впервые получена генерация в парах мода при их возбувде--нии пучком электронов. Впервые также получена генерация в парах меди при их Б^збувдэнш разрядом, контролируемым электронным пучком, позволившее достичь оптимальных (с точки зрения эффективности генерации) значений параметра Е/М в поперечном разряде.

4. Проведено изучение различных схем возбуждения УФ лазеров на молекулих ХэС1 и ХеР, в том числа впервые получена генерация в вксиморных смэс.тх в продольном разряде. На основе проЕодэнных исследований создан электроразрядный Хесг лазер с енергией 1 Дж,.

предназначенный для изучения процессов взаимодействия УФ излучэ-'ния с веществом и некачки лазеров на красителях.

5. Впервые систематически измерены параметры плазмы, создаваемой на поверхности алюминиевой мишени излучением ХеС1 лазера и их пространственно-Еремонняе зависимости; игучена динамика разлета плазменного облака. Исследования доказали, что температура плазмы,- создаваемой УФ излучением, имеет значительно меньшую (почти на порядок) величину, чем в случае применения С02 и Щ лазеров с близкими парам-грими. Однако, скорости направленного дви-. жения отличается при этом не столь резко (в 1.5 - 2 раза).

•6. Показано, что эрозионный факел разлетается вакуум в виде расширяющейся с течением времени плазменной.оболочки с преобладанием на еэ фронте ионов высокой кратности. Основные закономерности разлета плазмы, создагаемой излучением УФ лазера, близки к закономерностям разлета плазменного облака, образованного в результате воздействия лазеров видимого и КК диапазона. Однако, в отли- " чиэ от случая взаимодействия с мишенью Ж лазера, в энергетическом спектре ионного сигнала существует лишь один максимум, что объясняется, по-видимому, более низкой температурой плазмы. .

7. В работе показано что. при образовании приповерхностной плазмы в присутствии буферного газа при интэнсивностях лазерного излучения вплоть до Ю9 Вт/см2 пробой происходит, только в эрозионных пэрах мипени и не затрагивает, окружающий газ,- Обнаружена неустойчивость границы расширяющегося в буферный газ плазменного сгустка, проявляющаяся в его разбиении ка отдельные струи.-

8. Предложена и обоснована методика измерения порогов плаз-мообразования по зависимостям интенсишостей свечения ионных линий и тормозного и фоторекомбинационного континуума от интенсивности лазерюго излучения. Впервые измерены пороги пробоя на поверхности ряда металлов в вакууме под действием УФ излучения. Зк- : слериментально обнарукено, что фстоионизвция ЗБ-уровней атома к1 -" нэ влияет на порог пробоя при нерезонавсном облучения.

9. Впервые показано, что в резонансных условиях происходит , снижение порога образования плазмы в парах мишеш. Величина снижения определяется конкуренцией резонансных и нёразонансных процессов плаэмообразованяя. Ширина резонансной кривой определяется полевым упгаренлем. Показано, что величина пороговой интенсивности..

. плазмообразования на поверхности алюминия в вакууме под действием излучения ТсС1 лазера определяется именно .резонансными процесса-* ■ /ми. Измерены зависимости параметров плазма от величины отстройки

от резонанса в УФ и видимой области, которые также имеют резонансный характер. Полученные данные качественно согласуются с результатами численных расчетов, выполненных для условий настоящего эксперимента.

10. Впервые экспериментально зарегистрирована спектрально-угловая неустойчивость интенсивного (I ~ 0.5 + 25 МЬг/см, 0 ~

О ~ а) лазерного излучения при его распространении в резонансной среде (парах натрия плотностью N * Ю14И01В см"3) при длинноволновых отстройках лазерной длины волны от длины волны 31 личин (Зг31/0-32Р1/й) атома натрия в диапазоне 0.02 ■* 1.3 нм. Детально исследованы характеристики конического излучения, возникающего в области низкочастотных лсзерных отстроек от линии, зарегистрирована нйобычнчч (нпснщагоаяся прг. N > 2•Ю15см~3, сшость угла конусов от плотности паров натрия.

11. В том жэ диапазоне экспериментальных параметров с высоким спектральным (0.02 нм) и временным (4 нсек) разрешением ис-оледованы спектры рассеянного в парах натрия лазерного излучения и ах модификация при изменении угла регистрации (Э 0+25 мрад). Обнаружено, что в противоположность исследованному ранее случаю высокочастотных лазерных отстроек, при "красных" отстройках от линии в спектре конического излучения отсутствуют выделенные компоненты, не наблюдаемые при других углах регистрации, а основная доля энергии рассеянного в конус излучения принадлежит уширенной лазерной линии. В работе показано, что, тем не менее, картина резонансного рассеяния при "красных" лазерных отстройках от линий дублета натрия во многом аналогична случаю "синих" отстроек.. В экспериментах также обнаружен ряд новых, ранее на наблюдавшихся компонент риосеяния.

. 12. На основании проведенного е работе анализа показано, что вакокошрности развития спектрально-угловой неустойчивости в парах натрия могут быть объяснены возбуждением четырехволновых процессов в среде трехуровневых атомов и нэ требует привлечения для интерпретации опытных данных альтернативных механизмов.

13. В работе впервые получены н детально исследованы в зависимости от параметров эксперимента многокомпонентные (содержащие вплоть до 7 компонент) спектры фпюорэцонции паров натрия плотностью N ^ 1013*1016 см"3 в интенсивном (3 « 10*25 МВт/см2) лазерном шль, длина волна которого близка к длинам волн 1)1 или Щ линий. Предпринятые в работе расчеты показали, что структура наблюдаемых спектров резонансной £ипооресценции обязана своим происхождением

расщеплению Раби основного 35 и двух возбужденных ЗР уровней атома натрия в поле лазерной волн» на шесть квааиенергвтичвских уровней. Покачено также, что на вид спектров флюоресценции существенно влияет пространстве шюе распределение интенсивности по сечению лазерного пучка и поглощение квантов флюоресценции в новоз-мущенннх парах натрия. Выполнение о учетом этих факторов расчет слэгстров резонансной флюоресценции хорошо согласуются о экспериментом.

14, Показано, что тан называемый схИикт "ненасыщаемости лазерной флюоресценции" в условиях, когда интенсивность лазерного пучка много больше интенсшнюоти насыщения, обязан своим происхождением свечению паров в пространственных крыльях распределения интенсивности по сечению лазерного пучка.

Основные результаты диссертации опубликованы в следу щи* работах:

I. Исаков И.М., Леонов А.Г. Лазер нп парах меди при давлении, близком к атмосферному. Письма в ВТО, 1976, T.Z, »19, с.ЙЯб-867.

Z. Исаков U.M., Леонов А.Г., Оглуздин В.Е. Возбуждение Х»Р дгтрц с помощью продольного разряда. Письма в ¡¡CK, 1877, т.Л, » Ш, с."»65-96Я.

3. Исаков И.М.. Леонов А.Г.. Оглуздин В.Е, Исследование электроразрядного XiiF лоэорв. Письма П ЯТФ, 1977, т.13, М 20, о.ТОвб-106Э.

4. Исаков U.M., Леонов А.Г., Ог.чуядин В.К. Погашение (уМикгигноо-ти ХеР лазера, возбуждаемого поперочним рпчряц.-м. Ригимч а 5КТФ, 1970, т.4, Ä 20, сЛ?2Я-Т?Л1.

6. Исаков И.М., Леонов А.Г. Лазер на парах меда, получаши, ггря электрическом взрыве проводников. ЙТФ, 13Э0, т.СО, Л I, c.lSG-. 131.

6. Исаков И.Ы., Леонов А.Г., Петруаевйч Ю.В., Старостин А.Н. Наследование характеристик разряда и оперший в плотных порах меди. ЖГФ, 1931, T.6I, Я 3, 0.625-632.

7. Иоаков И.М., Леонов А.Г., Старостин А.Н. Лрзар на ппрвх тди с разрядом, контролируемым пучком вл^кгрочов. Письма в 5КФ, 1901, Т.7, Л 7, о.427-430.

8. Исаков И.ы., Леонов А.Г., Новобранцев 1l.fi., Соловьев ВЛ'. и механизме исчезновений инверсии в XeCl ливрах, возпужпвои«. электронными: пучками. Пиоьмч в ХГГ<% 17*«, г ЛЯ, Л П,

С34.

9. Исаков W.M.. Леонов А.Г., Невмер-кицкий В.И., Новобранцев И.В. Хгргктеристики активной среди ХеС7 лазера. Квантовая электроника, 1986, T.I3, » II, с.2340-2341.

10. Анисгоюв В.ГГ., Больиов Л.А., Гайдаренко Д.В., Деркач О.Н.,' КвнввскиГ, М.Ф., Леонов А.Г.. Ыалюта Д.Д., Новобранцев И.В., Себрант А.Ю. О характере развития плазменного факела при воздействии импульсного излучения XeCÍ-лазера на поверхность металла. Письма в £70, 1937, т.13, Л 13, о.808-811.

11. Большое Л.А.. Деркач O.K., Каневский М.Ф., ЛеоноЕ А.Г., Малю-та Д.Д., Повобраицеь 7.В., Себрант A.n., Степанова М.А. Динамика разлета плазмы металлов, создаваемой импульсами XeCí лазера. "Известия АН СССР", сер. физическая, 1988, т.62, J6 9, с. 1852-1866.

12. Гайдаренко Д.В., Леонов А.Г., Новобранцев И.В. О порогах плазмообразования на поверхности металлов под действием ультрафиолетового излучения. Письма в И®, 1989,-т.15, Я 3, 0.75 -78. * .

13. Гайдаренко Д.В., Леонов А.Г., Чехов Д.И. Динамика расширения лазерной плазмы, образованней излучением ХеС7~лазера. Письма в КГФ, 1990, тле, * 16, С.19-23. .

14. Гайдаренко Д.В., Леонов А.Г., 1! вобранцев И.В. Измерения по рогов образования плазмы на поверхности металлов под действием УФ излучения XeCZ лазера спектральными и зондовыми методами. В сборнике "Лазеры и атмосфера", часть 2, о. 1Б5-157, Обнинск, 1990.

15. Гайдаренко Д.В., Леонов А.Г., Чехов Д.И. Характеристики и динамика разлета эрозионной плазмы, образованной УФ излучением XeOÍ лазера. Физика плазмы, 1991, T.J7, >8, о.918-923.

16. Гайдаренко Д.В., Леонов А.Г. Резонансный лазерный пробой на поверхности металла. Письма в НЭТФ, 1991, т.53, JS 6, с.290-293.

17. Caidarenko D.V., Leonov A.C., CHechov D.I. The study o£ parameters and expansion dynamics of the plasma plume created by the XeCl laser pulses at the surface of ал aluminium target. Ьавег Phy3lcs, 1991, r.1, n.2, p.180-18rf.

18. Гайдаренко Д.В.', Леонов А.Г. Снижение порога образования плазмы на поверхности алхжшнил пол действием резонансного лазерного излучения. Письма в ВМ, 1992, т.18, № 18, с.21-24.

19. Galdarouko D.Y.. Leonov A.C. Iníluenca of resonant Ionization . oa laser erosion plume production. Laser Physics, 199?, r.2,

. . n.6, p.901-908.

20. Гайдарвнка Д.В., Леонов А.Г., Пантелеев а.а., Росляков В.а., Старостин А.Н., Чехов Д.И. Неустойчивость лазерного пучка в резонансной среде при низкочастотных отстройках. Письма в ЯЭГФ, 1992, т.55, В.4, с. 228-232.

21. Гайдаренко Д.В., Леонов А.Г., Пантелеев а.А., Старостин А.Н., Чехов Д.И. Невьгроаденное рассеяние сильной электромагнитной волны в парах щелочных металлов. Препринт ИАЭ-5541/1, Москва, 1992, р. 1-44.

22. Гайдаренко Д.В., Леонов А.Г., Пантелеев А.А., Старостин Д.Н., Чехов Д.И. Особенности резонансного рассеяния интенсивной лазерной волны в парах натрия. Квантовая электроника, 1992, т.19, * 10, с. 1001-1002.

23. Gaidarenko D.V., Leonov A.G., Panteleev A.A., Starostln A.N., Chekhov D.I. Theoretical and experimental studies ot the spectral-angular Instability of a strong electro-magnetic nave in resonant gas media, laser Physics, 1993, v.3, n.I, p. 151-164.

24. Chekhov D.I., Leonov A.G., Panteleev A.A., Starostln A.N. Experimental and theoretical investigation of tnany-component structure of tiodlum vapor fluorescence in field of intense laser wave. Preprint IAE-5662/1, Moscow, 1993, p.1-9.

25. Леонов А.Г., Пантелеев А.А., Старостин А.Ш, Чехов Д.И. Спектр резонансной флуоресценции трехуровневой плотной среды (паров натрия) в сильном лазерном поле. Письма в ЖЭГО, 1993, т. 58, й 12, с.959-963.'

26. Chekhov D.I., Gaidarenko B.V., Leonov А.С., Panteleev А.А,, Starostln A.N. Conical emission and spectral techavlor of strong near resonant wave at low-frequency detuning. Optica Comnunlcat1опз, 1994, v.105, n.3,4, p. 209-213.

27. Леонов А.Г., Пантелеев А.А., Старостин A.H., Чехов Д.И. "Ано--мальные" компоненты рассеяния в условиях развитой неустойчивости лазерного излучения в резонансной среде. Квантовая электроника, Г994, т.21, JS 2, с.165-168.

28. Леонов А.Г., Пантелеев А.А., Старостин А.Н., Чехов Д.И. Ыуль-типлепше спектры резонансной флюоресценции трехуровневой среды (паров натрия) в поле интенсивной лазерной волны. ЖЗТФ, 1994, Г.105, »6, с.1535-1558.