Лазеры на самоограниченных переходах в парах металлов с управляемой генерацией тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ
|
Солдатов, Анатолий Николаевич
АВТОР
|
||||
|
доктора физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Томск
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
1997
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.05
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
од
на правах рукописи
СОЛДАТОВ АНАТОЛИЙ НИКОЛАЕВИЧ
ЛАЗЕРЫ НА САМООГРАНИЧЕННЫХ ПЕРЕХОДАХ В ПАРАХ МЕТАЛЛОВ С УПРАВЛЯЕМОЙ ГЕНЕРАЦИЕЙ
специальность 01.04.05 - Оптика
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук
Томск - 1997
Работа выполнена в Томском государственном университете • и Институте оптики атмосферы СО РАН
Официальные оппоненты:
доктор физико-математических наук, профессор Петраш Георгий Георгиевич доктор физико-математических наук, профессор Сэм Мирослав Францевич доктор физико-математических наук, член-корр. РАН,
профессор Творогов Станислав Дмитриевич
Ведущая организация: Институт сильноточной электроники СО РАН, г.Томск
Защита состоится " " ЛАЯ 1997 г. в ^ час. 30 мин. На заседании диссертационного Совета Д 063.53.02 при Томском государственном университете (634050, г.Томск, пр.Ленина, 36)
С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Томского госуниверситета
Автореферат разослан 9Л " ОЛриЯ 1997 г.
Ученый секретарь диссертационного Совета
Пойзнер Б. Н.
Общая характеристика работы
Диссертация посвящена разработке физических основ лазеров на самоограниченных переходах атомов металлов с управляемыми характеристиками генерации и созданию эффективных лазеров для широкого практического использования. Основные результаты этих исследований представлены в публикациях [I -95].
Актуальность темы. Решение большого круга научных и практических задач, связанных с лазерным разделением изотопов, глубокой очисткой вещее [в, лазерной фотохимией, лазерным зондированием атмосферы к т.д. требует разработки эффективных лазеров в широком спектральном диапазоне. Среди существующих лазеров достойное место занимают импульсные лазеры, работающие на переходах с первого резонансного на метастабильный уровень атомов или ионов металлов ( так называемые лазеры на самоограниченных переходах). Механизм создания инверсной населенности уровней в таких системах базируется на различной скорости возбуждения из основного состояния атома (иона) верхнего лазерного уровня по сравнению с нижним з период ионизационной неравновесности плазмы. Инверсная населенность уровней возникает ча короткое ( -10"" с) время, и лазеры в традиционных рабочих смесях и газоразрядных схемах возбуждения работают только в импульсном режиме. Из-за высокой квантовой эффективности (0,5 - 0,7) лазерных переходов в атомах металлов реальный коэффициент полезного действия лазеров может достигать десяти и более процентов, что представляет заманчивую перспективу для создания лазеров видимого диапазона спектра с высоким практическим КПД.
Интенсивное изучение лазеров на самоограниченных переходах началось после основополагающих работ W. Walter, G. Fowles, W. Silfvast, в которых была впервые получена генерация в парах РЬ, Мп, Си и сформулированы основные принципы достижения высоких КПД. Однако на первом этапе экспериментальных исследований реальный КПД лазеров не превышал 1%. Использование энергоемких нагревателей для поддержания активной среды при высокой температуре приводило к резкому снижению эффективности лазера.
Существенный прогресс в развитии лазеров на парах металлов (ЛПМ) наметился в связи с использованием саморазогревного способа возбуждения паров за счет диссипации энергии импульсно-периодического разряда с большой частотой следования импульсов (ЧСИ). Простота и надежность высоко-
температурной техники, созданной на этом принципе, позволили поднять практический КПД лазера на парах меди и существенно повысить как импульсную, так и среднюю мощность генерации. В 1975г. был разработан первый приборный вариант лазера на парах меди с отпаянной трубкой.
Саморазогревный режим работы, в его классическом варианте, позволил резко улучшить выходные параметры ЛПМ, однако не исчерпал их потенциала по повышению КПД, энергии излучения и частоты следования импульсов. Естественным и необходимым представлялось дальнейшее развитие саморазо-гревного способа, а также поиск новых методов получения паров и возбуждения активной среды.
В семидесятые годы усилиями нескольких отечественных научных школ (Петраш Г.Г., Бохан П.А., Сэм М.Ф., Климовский И.И., Бужинский О.И.), а также ряда зарубежных ученых (W. SilfVast, М. Kushner, I. Smilanski, Т. Karras) сформировалось перспективное научное направление - лазеры на парах металлов и их применение. В настоящей работе отражен научный вклад автора в развитие этого направления.
Лидером среди лазеров на самоограниченных переходах атомов металлов является лазер на парах меди. Высокие значения средней мощности генерации (>200 Вт), коэффициентов усиления (>100 Дб/м) и близкой к дифракционной расходимости (до 10"4 рад), достигнутые к настоящему времени ставят его в ряд наилучших источников лазерного излучения видимого диапазона спектра.
Начало исследований, представленных в диссертации, относится к 1974г. В середине 70-х гг. возможности эмпирического подхода к проблеме достижения высоких прогнозируемых характеристик ЛПМ, в частности, Cu-лазера, были исчерпаны. Стало очевидным, что перспективы дальнейшего развития этого класса лазеров связаны с глубоким изучением свойств самой активной среды и поиском физических механизмов для управления ее характеристиками.
В соответствии с вышесказанным целью настоящей работы являлось исследование закономерностей формирования активных сред импульсных лазеров на самоограниченных переходах в парах металлов с продольным разрядом и разработка физических основ для создания эффективных лазеров с управляемыми параметрами.
Ее конкретная реализация предполагала решение следующих основных
задач:
• параметрическое исследование саморазогревных лазеров на парах Си, РЬ, Аи и других элементов в широком диапазоне условий возбуждения, в частности, при пониженных, средних и высоких энерговкладах;
• исследование динамики и спектроскопических свойств импульсно-периодического разряда в смесях паров меди с инертными газами;
• исследование оптических и электрокинетических параметров плазмы в период ионизационной и рекомбинационной неравновесности;
• создание новых методов возбуждения ЛПМ и исследование способов высокоскоростного управления лазерными характеристиками;
• исследование возможности повышения КПД лазера на парах меди за счет "управления" формой импульса возбуждения;
• создание эффективных многоцветных лазеров;
• поиск новых активных сред и новых лазерных переходов;
•оптимизация условий возбуждения лазеров на растворах органических
красителей при накачке сред излучением лазеров на парах Си, Аи, РЬ;
• исследование возможностей преобразования излучения ЛПМ в нелинейных кристаллах и кристаллах с центрами окраски;
• разработка лазеров и лазерных систем на парах металлов для практического применения.
В методическом плане работа носит комплексный характер и связана с разработкой оригинальных газоразрядных источников и электрических схем импульсного возбуждения плазмы паров металлов, экспериментальной диагностикой характеристик плазмы, моделированием физических процессов в активных средах и созданием эффективных лазеров для практического использования.
Экспериментальные исследования проведены оптическими методами, основанными на излучении, поглощении и интерференции света. Математическое моделирование физических процессов в активных средах базировалось на рассмотрении дифференциальных уравнений баланса с переменными во времени параметрами с использованием современных данных о константах скоростей столкновительных процессов.
Работа по теме диссертации выполнялась в рамках научной программы "Создание и производство лазерной техники для народного хозяйства" согласно постановлению ГКНТ и АН СССР № 537/137 от 10.11.85г. и № 284 от 04108.87г. Она представлена также проектами в научных программах Госкоми-
тета РФ по высшей школе "Физика лазеров и лазерные системы", "Лазеры и лазерные технологии", инновационных научно-технических программах "Трансферные технологии" и "Поддержка малого предпринимательства и новых экономических структур в науке и научном обслуживании высшей школы".
Научная новизна работы характеризуется рядом проведенных оригинальных исследований и впервые полученных научных результатов, наиболее существенные из которых состоят в следующем:
• предложен и реализован механизм возбуждения активной среды им-пульсно-периодических лазеров на самоограниченных переходах, основанный на избирательном воздействии на электронную компоненту плазмы;
• предложен и экспериментально реализован способ управления процессом ионизации плазмы во время импульса возбуждения;
• осуществлен режим "пониженных" энерговкладов в активную среду, в условиях которого получены предельные частоты следования импульсов и рекордные удельные мощности генерации в Си- и Аи-лазерах;
• разработан и реализован способ создания мультиэлементных многоцветных лазеров на парах металлов с пространственно-разнесенными активными средами;
• в условиях нелинейного преобразования генерации Си-лазера при скалярном угловом "оое"-синхронизме получено коротковолновое когерентное излучение на длинах волн X = 271 и 289 нм.
Достоверность научных положений и полученных результатов подтверждается:
• применением современных экспериментальных методов диагностики активных сред ЛПМ;
• использованием калиброванной аппаратуры для определения спектральных, временных и энергетических характеристик спонтанного излучения и генерации;
• созданием лазеров и лазерных систем, реализующих содержание 1-ь5 пунктов защищаемых положений;
• экспериментальной реализацией высокой (> 5' 1014 см '3) концентрации атомов тугоплавких металлов;
• наблюдением линий генерации в атоме тулия.
Научные положения, выносимые на защиту
1. В импульсно-пери одических лазерах на самоограниченных переходах суперпозиция возбуждающих и дополнительных импульсов с контролируемой энергией, длительностью и временной задержкой обусловливает избирательное воздействие на электронную компоненту плазмы и тем самым обеспечивает оперативное управление параметрами генерации в широком диапазоне:
• снижение степени ионизации плазмы в стадии возбуждения за счет резкого уменьшения концентрации электронов в диапазоне Nes4-10,4+5-10l2CM~3 (и как следствие, в межимпульсном периоде) в режиме полного обрыва энерговклада в активную среду после импульса генерации при апериодическом характере импульса тока в фазе возбуждения обеспечивает повышение эффективности Cu-лазера до 9%;
• благодаря временной задержке дополнительного импульса относительно возбуждающего в пределах от десятков до единиц микросекунд и вариации соотношения их энергии от 0 до 10% в условиях авторегулировки теплового баланса достигается диапазон управления энергией и средней мощностью генерации (0+100%), длительностью импульса генерации - (2+30 не) и частотой следования импульсов от единиц до десятков килогерц;
• формирование импульса генерации длительностью 50-200 не дает возможность в одном активном элементе совместить функции генератора-усилителя и повысить до 80% долю энергии излучения с дифракционной расходимостью.
2. Уменьшением степени ионизации плазмы в импульсе возбуждения за счет понижения энерговкладов в активную среду достигаются:
- предельные частоты следования импульсов генерации Cu-лазера 235кГц и Ли-лазера 150 кГц;
- рекордные удельные средние мощности генерации для Си-лазера 1-2 Вт/см3 и для Аи-лазера 0,2-0,3 Вт/см3, соответственно, в диапазоне оптимальных частот 30-60 кГц.
3. Мультиэлементная многоцветная генерация на самоограниченных переходах Cu, Аи, Ва, РЬ и Мп реализуется в условиях продольного либо попе-
речного секционирования активной среды за счет оптимизации ее электрокинетических параметров и концентрации атомов каждого элемента.
4. Оптимизация энергетических, спектральных и временных характеристик лазерных комплексов на основе лазеров на парах Си, Аи, РЬ с красителями, либо кристаллами с центрами окраски или нелинейными кристаллами обеспечивает диапазон дискретной и плавной перестройки излучения в области X = 0,26-^3,0 мкм, при этом в режиме управления формой импульса генерации Си-лазера достигается трехкратное сужение спектра генерации лазера на красителе.
5. Эффективность нелинейного преобразования частоты генерации Си-лазера определяется амплитудно-временным согласованием импульсов генерации желтой X = 578,2 нм и зеленой X = 510,6 нм линий, а также пространственной структурой лазерного пучка, сформированного неустойчивым резонатором.
6. В импульсно-периодическом разряде с контролируемой концентрацией рабочих атомов в диапазоне N = 5-1014-1015см"3 осуществляется генерация на самоограниченных переходах атома тулия X =589,9 и 1101,1 нм.
7. Для лазеров на самоограниченных переходах в диапазоне X = 500-1000 нм перспективен ряд переходных элементов VI и VII групп Сг, Мо, 11е, Тс, богатый спектр близких по интенсивности линий которых обусловлен мощной селективной накачкой верхних резонансных состояний и высокой мультиплет-ностью термов нижних метастабильных конфигураций.
Научная значимость полученных в работе результатов состоит в следующем:
• разработаны физические основы для создания эффективных лазеров на парах металлов с управляемыми характеристиками генерации: энергия, мощность, ЧСИ, спектр излучения, расходимость. Экспериментально обоснованы пути их технической реализации;
• показана возможность целенаправленного изменения скорости элементарных столкновительных процессов в активной среде Си-лазера путем управ-
ления динамикой электрокинетических параметров плазмы на различных временных стадиях импульсного разряда. Экспериментально подтверждена высокая эффективность лазеров на основе активных сред с управляемыми параметрами;
• созданы эффективные лазеры на самоограниченных переходах атомов Си, Ли, РЬ и Sr и лазеры па органических красителях (уранин, родамин 6Ж, родамин В, нильский голубой, крезил фиолетовый, оксазин-1) с управляемыми характеристиками генерации:
• установлены закономерности преобразования излучения лазеров на парах Си, Ли, РЬ в красителях, кристаллах с центрами окраски и нелинейных кристаллах;
• обоснована перспективность создания новых активных сред лазеров на самоограниченных переходах атомов тугоплавких металлов:
- определены перспективные для генерации спектральные переходы в области X = 500-1000 нм
- экспериментально реализована высокая > 4' 1014см"3 концентрация атомов тугоплавких металлов.
Практическая значимость работы заключается в том, что на основе проведенных исследований и разработок, результаты которых защищены авторскими свидетельствами, патентами РФ и зарубежных стран, создан комплекс лазеров на парах металлов и лазерных систем на их основе для широкого практического применения:
• созданы лабораторные и опытные образцы, а также малые серии лазеров на парах Си, СиВг, Ли со средней мощностью в диапазоне 0,5^-50 Вт и ЧСИ 5+64 кГц;
• создан комплекс автономных лазерных источников на парах металлов и органических красителях импульсно-периодического действия для задач оптики атмосферы (лазерное зондирование, спектроскопия атмосферных газов, визуализированные навигационные системы, лазерная локация и т.д.) со средней и импульсной мощностью до 20 Вт и 1 МВт, соответственно, с частотой следования импульсов генерации от единиц герц до 100 кГц, перекрывающих спектральный диапазон от 271 до 6452 нм дискретно и от 275 до 710 нм плавно. Реализованы лазеры, способные работать с высокой эффективностью одно-
временно на 3+7 длинах волн, а также лазеры с управляемыми характеристиками генерации;
• разработаны и реализованы лазерные системы на основе ЛГ1М с дискретными длинами волн в видимой области спектра для профилактики и лечения заболеваний в различных областях медицины;
• созданы образцы лазерных преобразователей на органических красителях ЛКМ-01, МЛК-02, МЛК-03, ЛЖК-10 и ЛЖК-11УФ с плавной перестройкой длины волны в области X = 275 710 нм для использования в медицине, биологии и научных исследованиях;
• на основе лазера на парах бромида меди мощностью 12 Вт разработан лазерный комплекс для имитации силуэтов летательных аппаратов.
Использование результатов работы и внедрение
Результаты научных исследований использованы в СКБ НП "Оптика" СО РАН при конструкторско-технологической разработке саморазогревных лазеров на парах меди, золота, свинца и стронция "Милан-05", "Милан-Г', "Милан-5", "Милан-10", "Милан-10 М", лазеров на парах меди с управляемыми параметрами "Милан-М", "Милан-5-01", "Милан-10-2", многоцветных лазеров на парах меди и золота "Милан-1С" и "Милан-СМ", лазера на парах меди с короткой длительностью импульса и высокой импульсной мощностью на основе системы генератор-усилитель "Милан-500", лазера на красителях с накачкой излучением ЛПМ "ЛЖК-10".
Малая серия лазеров "Милан-10 М" изготовлена на опытном заводе г.Новосибирска для использования в институтах Сибирского отделения РАН.
• Действующие образцы лазеров переданы в научные и промышленные организации России: 1) в ИАЭ СО РАН г. Новосибирск передан образец высокочастотного лазера для разработки быстродействующих систем записи и считывания голографической информации; 2) в Институт теплофизики СО РАН передан лазер "Милан-10 М" для научных исследований по квантовой электронике; 3) в Институт Онкологии ТНЦ РАМН поставлены образцы лазерных медицинских установок "Малахит-М" и ЛКМ-01 для терапевтического лечения; 4) трехцветные лазеры на парах меди и золота использованы в качестве источника излучения в трехцветных лазерных маяках "Лиман-1" и "Лиман-2", разра-
ботанных для проводки кораблей по фарватерам и каналам в условиях пониженной видимости.
в На базе лаборатории лазерной физики ТГУ, СФТИ и МП "Лазеры" организовано мелкосерийное производство ЛПМ и лазеров на красителях для технологий, а также лазерных медицинских установок.
- Разработаны лазерные медицинские комплексы, которыми оснащены клиники гг.Томска, Барнаула, Москвы, Благовещенска и других городов России (1989-1997 гг.).
- По лицензионному контракту организовано серийное производство Си-лазеров в Болгарии (1983-1985 гг.).
- Ведется разработка медицинского лазерного комплекса по контракту с фирмами Великобритании (1996-1997 гг.).
- Лазеры на парах меди мощностью 1,5-3 Вт используются в составе лазерных светографических комплексах для оснащения театров (МХАТ им.Чехова, ГБАТ и др.) и концертных залов (Олимпийский Дворец спорта, "Россия" и др.).
Созданные образны лазеров и лазерных систем отличаются надежностью в эксплуатации, малыми весогабаритными характеристиками и минимальным энергопотреблением.
Следует отметить, что разработанные образцы лазеров и лазерных установок демонстрировались на Международных выставках: Болгария - 1978г., ГДР - 1985г., ФРГ - 1986, 1992, 1993гг., Венгрия - 1984г., Египет - 1996г. Разработки удостоены золотых и серебряных медалей ВДНХ (1983, 1985 и 1991гг.), Лейпцигской ярмарки (1995г.). Представлены экспонаты на Юбилейную Выставку-Ярмарку, Ганновер-97.
Апробация работы и публикации. Материалы, вошедшие в диссертацию, доложены и обсуждены на следующих конференциях, симпозиумах и семинарах:
- III Всесоюзная конференция по физике низкотемпературной плазмы, 1971г.,
г. Москва
-1 Всесоюзная конференция по спектроскопии низкотемпературной плазмы,
1973г., г.Ленинград -1 и II Всесоюзные совещания по атмосферной оптике, 1976г. и 1980г., г.Томск
- Всесоюзный семинар "Лазеры на парах металлов и их применение", 1975, 1977 и 1979гг., г.Ростов-на-Дону; 1981, 1983, 1985, 1987, 1989 и 1996гг., г.Новороссийск; 1991, 1993гг., г.Сочи, Туапсе
- VIII и XV Международные конференции по явлениям в ионизованных газах,
1976г., г.Берлин; 1981г., г.Минск
- II и III Всесоюзные конференции "Лазеры на основе сложных органических соединений и их применение", 1977г., г.Душанбе; 1980г., г.Ужгород
- IX Всесоюзная конференция по когерентной и нелинейной оптике, 1978г., г.Москва
- V Всесоюзный семинар по физическим процессам в газовых ОКГ, 1978г., г.Ужгород
- V, VII и VIII Всесоюзные симпозиумы по лазерному и акустическому зондированию атмосферы, 1978, 1981 и 1984гг., г.Томск
- V и VI Всесоюзные симпозиумы по распространению лазерного излучения в атмосфере, 1979 и 1981гг., г.Томск
- I и II Межотраслевая научно-техническая конференция, 1980 и 1986гг., г.Рязань
- II Совещание по атмосферной оптике, 1980 г., г.Томск
- Международная конференция EKON-80, 1980г., г.Познань, Польша
- VI Международная конференция "Лазеры и их применения", 1981г., г.Лейпциг, Германия
- X Сибирское совещание по спектроскопии, 1981г., г.Томск
- Международная конференция "Лазеры-82", 1982г., Новый Орлеан, США
- X Юбилейная национальная конференция по атомной спектроскопии, 1982г.,
Болгария
- Международная школа-конференция "Лазеры и их применения", 1982г., г.Бухарест, Румыния
- Научно-техническая школа-семинар "Лазерное оптическое и спектральное приборостроение", 1983г., г.Минск
- XIV и XX Всесоюзные съезды по спектроскопии, 1983г., г.Томск; 1988г., г.Киев
- XI Национальная конференция по атомной спектроскопии, 1986г., г.Варна, Болгария
- Всесоюзное совещание "Инверсная заселенность и генерация на переходах атомов и молекул", 1986г., г.Томск
- Рабочее совещание "Активные среды плазменных и газоразрядных лазеров",
1987г., г.Гродно
- 111 Национальная конференция "Лазеры и их применение",!988г., г.Пловдив,
Болгария
- X Всесоюзная конференция по физике электронных и атомных столкновений,
1988, ^Ужгород
- Научная конференция "Рациональное использование природных ресурсов Сибири", 1989г., г.Томск
- I и II Международные конференции "Импульсные лазеры на переходах ато-
мов и молекул", 1993 и 1995гг., г.Томск
- Второй Дальневосточный Международный симпозиум по лечению рака, 1994г., г.Владивосток
- Импульсные лазеры на парах металлов, 1995г., Великобритания
- Российско-китайский симпозиум по лазерной физике и лазерной технологии,! 99бг., г.Красноярск
Научные результаты работы доложены и обсуждены на научном семинаре "Лазеры на парах металлов" под руководством д.ф.-м.н. Петраша Г.Г., г. Москва, и на научном семинаре "Газовые и плазменные лазеры" под руководством д.ф.-м.н. Тарасенко В.Ф., г.Томск
Основное содержание диссертации опубликовано в монографии, более чем 200 статьях, материалах и тезисах докладов, описаниях 44 изобретений и патентов РФ и 11 зарубежных патентов. Список наиболее важных публикаций приведен в конце автореферата.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, приложения и заключения общим объемом 355 страниц, содержит 192 рисунка, 51 таблицу и список цитируемой литературы из 230 наименований.
Материалы диссертации отражают личный вклад автора в решаемую проблему. Работа выполнялась под руководством автора и в соавторстве с сотрудниками ИОА СО РАН, а также с сотрудниками, аспирантами и студентами Томского университета. Личный вклад автора состоит в постановке проблемы и научной реализации ее основных разделов.
Содержание работы
Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность направлений исследований, сформулирована цель работы, показана научная новизна. Далее представлены научные положения, выносимые на защиту, обоснована научная и практическая значимость работы.
В первой главе дана краткая историческая справка, отражающая основные вехи развития лазеров на самоограниченных переходах в парах металлов. Обсужден механизм генерации в приближении насыщенной мощности, приведены оценки предельных параметров ЛПМ. Дан обзор первых работ, посвященных поиску новых активных сред и призедена краткая характеристика лазерных линий на самоограниченных переходах в атомах и ионах металлов.
В разделах 1.5 - 1.6 описана техника эксперимента и методики измерений. Приведены конструкции и технологии изготовления как саморазогревных ГРТ, так и оригинальных источников со встроенными нагревателями. Описаны методики измерения электрических параметров разрядного контура и оптических характеристик лазерного излучения.
Раздел 1.7 посвящен параметрическому исследованию генерационных характеристик лазеров на самоограниченных переходах в парах Си, Au, РЬ и Sr с продольной конфигурацией активной среды (0 0.8 - 4.0 см, /=30 - 100 см) в режиме саморазогрева с частотами следования импульсов накачки 5-20 кГц. Для различных активных сред лазеров получены средние мощности генерации, превышающие единицы, десятки Ватт: Cul - 40 Вт; Aul - 7,2 Вт; РЫ - 3,2 Вт; Sri -1,2 Вт.
Исследование лазера на парах меди показало, что в процессе саморазогрева изменяются все начальные условия возбуждения, что приводит к изменению характера развития разряда, электрокинетических и оптических свойств плазмы. Обнаружено, что за счет меньшей деионизации плазмы в межимпульсный период с увеличением частоты повторения растет амплитуда и скорость нарастания плотности тока, однако с ростом f, выше оптимальной, удельные характеристики генерации понижаются.
Исследовано распределение мощности генерации по диаметру ГРТ в са-моразогревном Cu-лазере при средних и повышенных энерговкладах. Обнаружены сильные радиальные неоднородности, которые возрастают с увеличением диаметра, ЧСИ и энерговклада в среду. Анализ результатов, проведенный на
основе приближения насыщенной мощности показал, что наблюдаемые неоднородности обусловлены радиальным распределением газовой температуры и явлением поперечного катафореза. Показано, что газ, имеющий большую теплопроводность, приводит к снижению неоднородностей. При высоких удельных энерговкладах (30-50 Вт/'ем?) для лазера на парах Aul больший энергосъем генерации достигнут при использовании гелия в качестве буферного газа.
Исследованы энергетические характеристики саморазогревного лазера на парах РЫ в зависимости от параметров разрядного контура при высоких частотах следования импульсов 8-20 кГц. Показано, что уменьшение длительности импульса возбуждения за счет уменьшения индуктивности разрядного контура приводит практически к линейному возрастанию КПД.
Предложена конструкция ГРТ с продольным секционированием. Экспериментально показано, что такая ГРТ обеспечивает более высокий КПД и удельный энергосъем, а также более низкий концентрационный порог генерации, чем односекционная при таких же начальных условиях возбуждения. В парах РЬ реализована мощность генерации на А. = 722.9 нм, равная 3,2 Вт. При подаче импульса высокого напряжения к электрически и оптически связанным промежуткам в смеси Pb+Ке газовый разряд в них развивается одновременно (f= 10-15 кГц). Проведено экспериментальное исследование самоограниченной генерации в парах Sri на К = 6.45 мкм при частотах следования импульсов 10-20 кГц. Получена средняя мощность генерации 1,2 Вт.
Исследование лазеров на парах Си, Ли, РЬ и Sr показало, что, несмотря на различие во внутренней структуре атомов активных сред, возможен поиск единых механизмов оптимизации и управления параметрами генерации, а также создание многоцветных лазеров.
Вторая глава посвящена экспериментальному исследованию оптических и электрокинетических характеристик активной среды Си-лазера.
Для проведения исследований был разработан комплекс диагностической аппаратуры, позволяющий в одних условиях измерять интегральные, пространственно-временные характеристики излучения плазмы и генерации, а также параметры активной среды (температуру газа Tg, концентрацию атомов меди N0, населенности возбужденных уровней N*, концентрациюNe и температуру Тс электронов) в широком диапазоне условий.
Диагностика параметров неравновесной плазмы осуществлялась на основе методов излучения, поглощения и двухлучевой интерферометрии. Спектры
и интенсивности отдельных спектральных линий регистрировались фотогрд«р«че ским и фотоэлектрическим методом с учетом спектральной чувствительности аппаратуры в диапазоне X = 200-800 нм. Населенности возбужденных уровней определялись по излучению спектральных линий, основного состояния меди -методом крюков Рождественского. Температура газа определялась по распределению групп близко расположенных уровней, температура электронов - по распределению населенностей уровней, прилегающих к континууму. Концентрация электронов определялась несколькими методами: по проводимости плазмы, по штарковскому уширению спектральных линий, а также из абсолютных измерений заселенностей уровней атомов меди.
Пространственно-временная динамика плазмы разряда и генерации Си-лазера исследована с помощью лупы времени ЛВ-03. Установлена существенная радиальная неоднородность как излучения плазмы, так и генерации, которая, однако, выравнивается в условиях снижения частоты следования импульсов, а также умеренных (3-4 Вт/см'3) энерговкладов в среду. Пространственно-временной профиль импульса генерации определяется распределением атомов меди в основном и метаста-бильном состояниях.
N
14
13
12
11
10
9
öl- ю
-16 -2 , СМ
■1
-2
-3
А
/
/
' 2 ' /'3
' У
' / // // У
/
No/10
9
8
7
6
5
0 1 2 ЗГ, мм
л16 -2 0 , СМ
-*-2
Л
мкс
о
100 200 300 400 500
Рис. 1. Распределение концентрации атомов меди по сечению ГРТ: сплошные кривые - без разряда; штриховые - в разряде при рабочей и обостряющей емкости С = 4,7 нФ, U = 10 kB, pN(: = 5 Topp. Температура стенок ГРТ: 1 - 1570, 2 - 1540, 3 - 1530°С;/=50 см
Рис. 2. Восстановление концентрации атомов меди после прохождения импульса тока при U = 10 kB, pHe,Ne = 5 Topp, Т = 1550°С, Не (1), Т= 1545°С, Ne (2), 1540°С, Не (3), С = 4.7(1) и 10 нФ (2, 3)
1
и
На рис. 1 и 2 приведены зависимости, отражающие пространственное и
временное распределение концентрации атомов меди в основном состоянии. Видно, что в приосевой зоне наблюдается более эффективная разгрузка основного состояния (возбуждение и ионизация), чем в пристеночной области. Однако эта неравномерность за счет диффузии почти исчезает к десятой микросекунде. концентрация атомов меди только через 150-200 мкс достигает своего предымпульсного значения. В зависимости от разрядных условий 20-40% атомов меди расходуется на возбуждение и ионизацию.
В эффективности лазера на парах меди определяющую роль играют также температура и концентрация электронов. На переднем фронте импульса тока (рис. 3) быстро нарастает Т. поведение которой соответствует закономерности нарастания напряженности поля. Увели- 3 чение N.. соответствует нарастанию скорости ю^, прямой, а после 30-50 не и ступенчатой иони- 6-зации. Динамика развития ионизации хорошо прослеживается в характере зависимости на-селенностей возбужденных состояний атомов и ионов от времени.
4~\ 2
1
Рис. 3. Временная зависимость N5 и Те на импульсе возбуждения
64 42" 10'-
Те,эВ Л*»
i, нс
100 200 300
В типичных условиях импульсно-периодического Си-лазера к концу импульса возбуждения Ме достигает около 1015 см"3, а Те составляет 1,5-2,5 эВ. Атомы меди могут быть полностью ионизированы во время импульса возбуждения. Это состояние плазмы определяет начальные условия для восстановления параметров перед последующим импульсом возбуждения. Измерения показывают (рис. 4), что максимальное значение Ие наблюдается на 3-ей микросекунде после импульса тока. В условиях повышенных энерговкладов происходит практически полная ионизация атомов меди, 1Че = (1-2)- 1015 см"3 и достигает максимума в диапазоне I =2-10 мкс после импульса тока. Последнее, как свидетельствуют оценки по проводимости плазмы, может быть связано с межимпульсными токами, обусловленными высокой величиной индуктивности схемы питания лазера.
Ne, cm 10q
64
2-
id
Te, ЭВ 0,6")
0,4 0,2-
•Ne
к ***x *
* * * *"r;
-1_i—i_i_L
10
_l_I_I ■ ' ■
15 t, mkc
Рис. 4. Временной ход Ne и Te в послесвечении разряда лазера на парах меди. U = 3,7 kB, J = 170А, р№= 25 Topp, f = 8 кГц
Все указанные факторы приводят к ограничению энергии, средней мощности и частоты следования импульсов генерации лазера. В связи с этим для достижения высокой эффективности лазеров на самоограниченных переходах атомов металлов необходим поиск способов формирования активной среды с пониженной степенью ионизации плазмы как во время импульса возбуждения, так и в межимпульсный период.
В третьей главе представлены импульсно-периодические лазеры на парах Cul и Aul с предельными частотами следования импульсов.
Подавляющее большинство исследований лазера на парах меди относится к ЧСИ в области f = 5-20 кГц. Однако целый ряд применений, среди которых дистанционное зондирование атмосферы, системы связи, оперативная обработка информации, микроэлектроника, спектроскопия, диагностика плазмы и т.д., требует лазеров, работающих на высоких f, а также лазеров, генерирующих импульсы с переменными (изменяющимися) частотами следования в широких пределах. В данном разделе рассмотрены возможности повышения ЧСИ генерации в ЛПМ в диапазоне до нескольких сотен кГц.
В соответствии с существованием двух резко отличающихся периодов импульсно-периодического разряда оптимизация импульса возбуждения заключалась в уменьшении энерговклада, путем сокращения длительности импульса накачки и уменьшения амплитуды тока. Напряженность электрического поля несколько повышалась, чтобы обеспечить температурный режим самора-зогревных ГРТ. Таким образом достигалось существенное снижение степени
ионизации плазмы в стадии возбуждения. Оптимизация процессов, протекающих в межимпульсный период, достигалась: 1) уменьшением времени "подогрева" плазмы в межимпульсный период путем применения схемы возбуждения с управляемым коммутатором и частичным разрядом рабочей емкости; 2) повышением скоростей охлаждения Tg, Тс и ускорением процессов, приводящих к релаксации Ne, Nm путем увеличения внутренней поверхности активной зоны ГРТ и уменьшения эффективной диффузионной длины. В этих условиях реализованы предельные частоты следования импульсов генерации Си-лазера 235 кГц и Аи-лазера 150 кГц. В диапазоне оптимальных частот 30-60 кГц достигнуты рекордные удельные средние мощности генерации для Си-лазера 1-2 Вт/см3 и для Аи-лазера 0,2-0,3 Вт/см3, соответственно, при удельном энерговкладе 1-3 мДж/см3.
При получении максимальных средних мощностей генерации возникает проблема масштабирования. Увеличение активной длины быстро приводит к насыщению. Экспериментально исследованы энергетические характеристики Си-лазера при диаметре рабочего канала ГРТ 1,8+3,5 см в диапазоне частот 4+30 кГц в режиме пониженных энерговкладов. Проведено сравнение удельных характеристик Cu-лазеров цилиндрической геометрии и активных элементов оригинальной конфигурации с тремя продольными ребрами с объемами активной среды 180, 400 и 500 cmj.
Результаты исследований показывают, что в активном элементе диаметром 3,5 см с продольными "ребрами", несмотря на увеличение поперечного сечения, достигаются удельные энерговклады и энергосъемы примерно одинаковые с "гладкоканальной" трубкой диаметром 2,7 см.
На рис. 5 кривая 1 характеризует масштабируемость Cu-лазера при уве личении диаметра ГРТ. Данные соответствуют тиратронной накачке (М. Kushner, В. Warner). Кривая 2 соответствует режиму пониженных энерговкладов.
Рис. 5. Зависимость средней мощ ности генерации от поперечного сечения ГРТ лазера на парах меди
WCp , Вт
Результаты получены в ГРТ с диаметрами 0,4-1,0 см и 2-3,5 см при накачке ламповым генератором. Видно, что режим пониженных энерговкладов и укороченные по длительности импульсы накачки позволяют существенно повысить удельные мощности генерации и общие съемы мощности при использовании активных объемов до 500 см3.
В четвертой главе обсуждается эффективность лазера на парах меди. Предложен и реализован способ возбуждения активной среды, основанный на формировании импульса возбуждения с крутым фронтом напряжения на активном элементе лазера, длительность которого обрывается в момент окончания импульса генерации, при соблюдении условия апериодического характера развития разряда за время действия импульса возбуждения. Показано, что критерием оптимальных условий возбуждения является выполнение соотношения 11>2(Ь/С)1/2, где Я - активное сопротивление, Ь - индуктивность, С - накопительная емкость разрядного контура. Характерные осциллограммы приведены на рис. 6. и соответствуют трем режимам работы лазера: 1) обычный само-разогревный; 2) режим с "рассечкой" энерговклада (после импульса генерации для поддержания теплового режима производится дополнительный энерговклад); 3) режим полного обрыва энерговклада в активную среду после импульса генерации на время, пока не нарушается тепловой режим лазера.
J,A 96 48 0 2,5
200 400
Г 3
U, кВ
Рис. 6. Осциллограммы импульсов тока- J(t), напряжения - U(t), генерации - I\t) в трех режимах работы лазера на парах меди: 1- обычный саморазогревный разряд (сильноточный разряд); 2- режим разряда с "рассечкой тока"; 3- слаботочный разряд
Наиболее важный результат состоит в том, что режим ограничения тока резко снижает энерговклад в разряд без потери мощности генерации. Эффективность лазера в режиме полного обрыва энерговклада в ГРТ после импульса генерации составляет 9%.
Анализ спектра излучения показывает, что в слаботочном режиме существенно ослаблено излучение с верхних состояний атомов меди, ионов меди и буферного газа. Ограничение тока разряда при сохранении неизменным напряжения на ГРТ, а следовательно, и температуры электронов в период накачки, не является простым снижением энерговклада, а позволяет осуществить селективность возбуждения резонансных уровней. Расчет концентрации электронов, выполненный по проводимости плазмы, оцененной из вольт-амперных характеристик, показал, что концентрация не превышает - 10ь см°, что почти на порядок меньше концентрации электронов в момент импульса генерации и на два порядка меньше концентрации к концу импульса возбуждения лазера с полным разрядом накопительной емкости.
Разработана упрощенная четырехуровневая кинетическая модель Си-лазера с продольной конфигурацией разряда и проведено численное исследование механизма возбуждения активной среды Си-гМе при изменении условий (режим саморазогрева, режим с управляемой ионизацией во время импульса возбуждения и режим с "рассечкой" импульса возбуждения). Частично резуль-
Рис. 7. Временная зависимость параметров плазмы Си-лазера, а - режим (1); б - режим (3); в - Ие и Те для случаев (а) и (б).
Предымпульсные значения концентрации и температуры электронов, определенные экспериментально, составляют Ыс = 2-1012 см"3, Те= Тг= 0,25 эв, ]\Г№=3-1017 см"3, ЫСи-2-1015 см"3. На рис. 7 приведены зависимости от времени концентрации электронов N5 и атомов N1 меди на рабочих уровнях, температуры Те электронов и стимулированного излучения р. Случай (а) соответствует сильноточному разряду (режим 1 на рис. 6); (б) - слаботочному разряду (режим 3). Видно, что N.. в сильноточном разряде достигает гораздо больших значений, чем в слаботочном. Соответственно степень ионизации плазмы активной среды к 160 не достигает 25 и 5%. Это является причиной ослабления излучения ионных линий и атомных с высоковозбужденных состояний. Однако ограничение тока не сказывается на заселенности рабочих уровней лазера. В таблице 1 приведены данные расчета вкладываемой мощности Р, средней мощности генерации и КПД лазера ?] для условий разряда, представленных на рис. 6.
Таблица 1
Параметры Саморазогревный Режим "модельной"
режим (1) отсечки (3)
Р, Вт 330 30
XV, Вт 4 2,9
ть% 1,2 10
Таким образом, на основании теоретических и экспериментальных данных показано, что значительное увеличение КПД лазера на парах меди при ограничении тока разряда достигается в результате снижения энергии, расходуемой на возбуждение уровней, расположенных выше 4р-уровней и на ионизацию рабочей среды. Вместе с тем остается практически неизменной накачка рабочих уровней лазера. В таком режиме также сохраняются однородность разряда и генерации. В целом достигается возможность существенного увеличения частоты следования импульсов и удельной мощности генерации.
В пятой главе рассмотрены способы высокоскоростного управления выходными характеристиками лазеров на самоограниченных переходах атомов металлов. Здесь представлен более универсальный способ управления энергетическими, временными и оптическими характеристиками лазеров, основанный на суперпозиции возбуждающих и управляющих импульсно-
периодических разрядов с контролируемой энергией, длительностью и временной задержкой. В этой ситуации реализуется механизм формирования активной среды, заключающийся в избирательном воздействии на электронную компоненту плазмы, и тем самым обеспечивается оперативное управление параметрами генерации в широком диапазоне уровней.
В разделе 5.1 рассмотрены саморазогревные лазеры с контролируемыми генерационными характеристиками - энергией Е, средней мощностью XV и частотой следования импульсов 5.
Анализ процессов, протекающих в ЛПМ, показал возможность высокооперативного управления Е и при перестройке £ путем изменения Мс и Тс в любой фазе разряда. Регулирующими воздействиями при этом являются напряжение и(1) и ток 1(1) разряда. Физической основой разработанных методов управления являются раздельная оптимизация нагрева и возбуждения активной среды. Для саморазогревных лазеров это осуществляется с помощью наложения двух импульсно-периодических разрядов. За счет изменения формы импульсов и величины вкладываемой энергии осуществляется управление генерацией путем изменения населенностей уровней в основном N0 и возбужденных М* состояниях, N5 и Те. Эти принципы легли в основу новых способов стабилизации Е и \У при оперативном изменении 1'.
Одним из вариантов стабилизации энергии являются одновременное формирование ИВ и дополнительного импульса ДИ с варьируемой длительностью Т.. Крутизна и амплитуда последнего меньше соответствующих параметров ИВ, а энергия, которая вкладывается в разряд в течение ДИ, в К раз превышает энергию ИВ. Значения 1л и К должны удовлетворять следующим соотношениям:
1Д = - О/И™; К = (Гтач - ,
где Г1ШХ - верхняя граница частот возбуждения лазера. Такой способ возбуждения при перестройке { требует изменения только одного параметра - энергии ДИ за счет изменения ^ В случае необходимости регулирование импульса генерации может осуществляться, например, изменением амплитуды и(1). Эксперименты показали, что в диапазоне частот 1-н6,5 кГц точность стабилизации Е составила 1,5% при изменении Г со скоростью 1-2 кГц/мин.
В условиях суперпозиции основного и управляющего импульсно-периодических разрядов реализован способ управления длительностью импульса генерации и цветностью излучения (рис. 8).
МКС
4,5, НС
20 15 10 5
60 50 40 30 ^ мкс 60 50 40 30 Цу, мкс
Рис. 8. Характерные осциллограммы тока (1) и напряжения (2) импульсов управления (слева) и возбуждения (справа) - (а). Зависимость длительности, средней мощности генерации (б,в) зеленой (1) и желтой (2) линий спектра от величины задержки
Для лазера на парах меди при вариации временной задержки импульсов в диапазоне А1 = 10+60 мкс достигается изменение длительности генерации от 2 до 30 не. Переключение цветности желтой и зеленой линий генерации осуществляется в диапазоне АЬ= 10-30 мкс. При этом энергия управляющего импульса Еу составляет 5-10% от энергии импульса возбуждения Ев, а сохранение теплового баланса в активной среде реализуется при соблюдении условия (Ев+Еу)-^соп&1.
Целевое формирование "сложной" формы ИВ (в отличие от "простой", которая реализуется при самопроизвольном разряде емкости через активный объем) дает возможность либо реализовать оперативное управление длительностью импульса генерации, либо получить максимальный КПД, повышенную f и т.д.
На рис. 9 продемонстрирован результат эксперимента, в котором значение tr равнялось 200 не, а изменение длительности импульса возбуждения позволяло регулировать tr в пределах 3-200 не. Заметим, что формирование tr =100-200 не дает возможность в одном активном объеме совместить функции генератора и усилителя. Это, в свою очередь, позволяет повысить до 80% долю энергии импульса генерации, сосредоточенную в пучке с дифракционной расходимостью.
Рис. 9. Осциллограммы импульсов напряжения (1). тока (2). генерации (3) в режиме управляемой ионизации
В разделе 5.2 представлены исследования по управлению выходными характеристиками Си-лазера с комбинированным способом нагрева активной среды. Предложен ряд оригинальных технических решений для создания активных элементов с независимым омическим разогревом, которые по своим техническим характеристикам не уступают саморазогревным ГРТ. Эти исследования послужили основой для создания серии лазеров "Милан-М", "Милан-М/2Е" и "Милан-10-2" с широкими функциональными возможностями.
В последнем разделе главы исследована генерация на переходах редкоземельных элементов, в частности, атома тулия.
В заключение следует отметить, что обсуждаемые в данной главе принципы и способы управления генерацией реализованы в целом ряде приборных вариантов.
Шестая глава посвящена исследованию многоцветных лазеров. Физической основой для эффективной многоцветной генерации в импульсном разряде на самоограниченных переходах в многокомпонентных средах следует счи-
тать: 1) подобие механизма создания инверсной населенности в лазерах на самоограниченных переходах; 2) близкие условия возбуждения паров металлов по параметрам импульса возбуждения и характеристикам разряда; 3) спектральную прозрачность газоразрядной плазмы для генерационных линий атомов и ионов различных металлов; 4) большие коэффициенты усиления. Вместе с тем имеется ряд факторов, которые необходимо принимать во внимание при получении генерации в многоэлементной среде. В первую очередь необходимо учитывать индивидуальность каждого элемента, связанную с различием потенциалов возбуждения и ионизации, а также различие температур, определяющих концентрацию нормальных атомов каждого элемента. При высоких энерговкладах необходимо обеспечить дополнительные возможности продольного и радиального теплопереноса.
В данной работе предложен способ создания многоцветной мультиэле-ментной генерации с пространственно-разнесенными активными средами. Разработана конструкция активного элемента с набором коаксиально расположенных тепловых экранов, позволившая получить многолучевую генерацию в ра-диально-разнесенных активных средах как на парах одного химического элемента, так и одновременную генерацию на ряде химических элементов с различными теплофизическими элементами.
На основе сравнительного расчета радиального распределения теплофи-зических характеристик показано, что в активном элементе с тепловым экраном за счет переноса тепла излучением из центральной зоны снижается эффект перегрева, что позволяет работать при больших удельных и общих энерговкладах, в несколько раз превышающих энерговклады в активные элементы цил-линдрической геометрии. Это объясняется снижением степени влияния на генерацию таких неблагоприятных факторов, как тепловой дефицит атомов металла в основном состоянии в центральной зоне активного элемента, высокое тепловое заселение метастабильных уровней, недостаточная скорость восстановления атомов металла в активной зоне концентрационной диффузией в противовес уходу атомов металла в результате амбиполярной диффузии.
Экспериментально исследован режим возбуждения паров металлов в ГРТ с радиально-разнесенными активными средами с дополнительным импульсно-периодическм разрядом. Установлено, что комбинированный разряд позволяет управлять параметрами плазмы в парах Cul и Aul, что достигается изменением амплитуды или временной задержки дополнительного импульса относительно
основного и позволяет за счет изменения условий предыонизации производить
регулировку энерговклада по поперечному сечению активного элемента. Создана конструкция активных элементов лазеров на парах металлов с продольно-разнесенными активными средами, позволяющая получать эффективную генерацию одновременно на нескольких металлах.
Для лазеров с продольно-разнесенными зонами возбуждения изучены особенности электрокинетических и оптических параметров активных сред для различных сочетаний паров металлов: Cu+Au; Ba+Pb; Cu+Ba+Pb; Ва+Мп. В условиях оптимизации активной среды Cu+Ba+Pb+Ne получена одновременная генерация на семи спектральных линиях Cul, Bal, Pbl, Ball (Таблица 2).
Таблица 2
Ba+Mn+Ne Ba+Pb+Ne Cu+ Ba+Pb+Ne Cu+Au+Ne
X, нм X, нм X, нм X, нм
- - - 312,3 Au 1
- - 510,6 Cu 1 510,6 Си 1
542,0 Мп 1 - - -
- - 578,2 Си 1 578,2 Си 1
614,2 Ва II 614,2 Ball 614,2 Ball -
649,7 Ba ll 649,7 Ва II 649,7 Ball 627,8 Au 1
- 722,9 Pb 1 722,9 Pb 1 -
1130 Ва 1 1130 Ва 1 ИЗО Ва 1 -
1362 Мп 1 - - -
1500 Ва 1 1500Ва 1 1500 Ва 1 -
На основе проведенных иследований разработаны две модели трехцветных лазеров "Милан-1С" и "Милан-СМ".
В седьмой главе обсуждаются перспективы создания новых активных сред и частотных лазеров на самоограниченных переходах ряда переходных элементов VI и VII групп: Сг, Мо, Яе, Тс. Они имеют богатый спектр близких по интенсивности линий в диапазоне Х=500 - 1000 нм. Эффективное формирование инверсной населенности обусловлено мощной резонансной накачкой верхних возбужденных состояний и высокой мультиплетностью термов ниж-
них метастабильных конфигураций. Достаточная ( >5-1014 см"3) для получения генерации концентрация атомов самого тугоплавкого из металлов Re (Т = 3340 К) реализована экспериментально. Определен диапазон условий возбуждения He-Re плазмы, оптимальный для формирования активной среды лазера на самоограниченных переходах атома рения.
В восьмой главе приведены результаты исследований по управлению пространственными и временными характеристиками выходного излучения JI11M при изменении частоты следования импульсов в обычной схеме возбуждения, а также в режиме с управлением ионизации. Кроме того представлены результаты исследований по эффективному преобразованию длины волны излучения JÜJLM растворами красителей, кристаллами с - центрами окраски и нелинейными кристаллами.
Вопрос формирования качественного пучка выходного излучения ЛПМ весьма важен с точки зрения требований многочисленных приложений. Одним из важнейших параметров ЛПМ является расходимость выходного излучения, значительное уменьшение которой обеспечивается применением неустойчивого резонатора.
В работе экспериментально показано, что эффективность формирования дифракционной компоненты выходного пучка в Си- и Au-лазерах при снижении ЧСИ может достигать ~ 80%. Однако при этом происходит уменьшение средней мощности генерации, т.е. потенциальные возможности активной среды реализуются не в полной мере. Кардинальным выходом в этой ситуации является, на наш взгляд, переход к возбуждению лазеров в режиме управляемой ионизации, при котором обеспечивается формирование двухступенчатого импульса накачки, в начальный период которого достигается расходимость излучения, близкая к дифракционной, а в последующей фазе реализуется режим основного энерговклада и усиления поля в резонаторе. Данные экспериментов подтверждают справедливость и перспективность такого подхода.
Другой важной характеристикой излучения являются когерентные свойства выходного пучка ЛПМ. В главе приводятся результаты измерений пространственной и временной когерентности излучения лазера на парах меди с неустойчивым резонатором.
Далее рассматриваются особенности преобразования излучения ЛПМ в перестраиваемую генерацию красителей, формируются критерии достижения максимальной эффективности накачки, сравниваются схемные решения лазе-
ров на красителях при различных уровнях возбуждения. Продвижение в ближнюю ИК-область спектра возможно при использовании смесей красителей и лазеров на парах золота и свинца в качестве источников накачки.
Показано (рис. 10), что возбуждение растворов красителей двухступенчатым импульсом, формируемым в режиме с управляемой ионизацией, приводит к значительному сужению спектра генерации лазера на красителе (до 10'3 нм).
Расширение спектрального диапазона генерации ЛПМ в УФ-область длин волн представлено результатами по нелинейному преобразованию частоты излучения лазера па парах меди путем суммирования частот зеленой и желтой линий Си-лазера и генерации второй гармоники желтой линии в кристалле КОР при скалярном угловом "оое"-синхронизме. Кроме того, здесь же приводятся данные по перестройке длины волны в диапазоне А,=275-330 нм при ГВГ излучения лазера на красителе с накачкой ЛПМ. Обсуждаются причины сравнительно невысоких КПД. В конце главы представлены результаты по возбуждению лазера на центрах окраски и параметрического генератора света на кристалле ВаЫаЫЬ5015.
50 не
Рис. 10. Спектрограммы импульсов генерации лазера на красителе (верхний ряд) и соответствующие им осциллограммы импульсов накачки лазера на парах меди (нижний ряд). База интерферометра - 3 см, скорость развертки 50 нс/дел
На основании полученных результатов можно сделать вывод о перспективности использования ЛПМ в качестве базового источника при создании широкого набора оптических квантовых приборов с высоким качеством пучка, излучающих в диапазоне длин волн от ближнего УФ до ИК области спектра.
В Приложении представлены научно-технические разработки образцов ЛПМ и лазерных систем, созданных на основе фундаментальных исследований активных сред лазеров.
В Заключении сформулированы основные результаты работы, которые состоят в следующем:
1. Параметрическое исследование характеристик генерации лазеров на
самоограниченных переходах атомов Си, Au, РЬ и Sr с продольной конфигурацией активной среды ( 0 8 - 4,0 см, L=30 - 100 см) в режиме саморазогрева с частотами следования импульсов накачки 5-20 кГц показало, что, несмотря на различие во внутренней структуре рабочих атомов активных сред, для них существует диапазон перекрывающихся оптимальных условий возбуждения: 1) давление паров металлов 0,05 - 0,2 Topp; 2) давление буферного газа 1540 Topp; 3) начальная напряженность электрического поля 30-300 В/см; 4) частота следования импульсов возбуждения 5-15 кГц.
Это открывает возможность поиска единых механизмов оптимизации и управления параметрами генерации, а также создания мультиэлементных многоцветных лазеров.
2. Комплексное исследование оптических и электрокинетических характеристик плазмы импульсно-периодического Cu-Ne разряда позволило установить характерный диапазон основных параметров, определяющих механизм формирования активной среды во время импульса накачки, а также в межимпульсный период:
- в условиях средних энерговкладов саморазогревного разряда при f = 5-И 0 кГц предымпульсная концентрация электронов лежит в диапазоне Ne = 1012-1013 см "3, достигает максимума после импульса возбуждения Ncmax = (5+7)-1014см"3, при этом опустошение оснозного состояния атома меди составляет 20-40%;
- в условиях повышенных энерговкладов происходит практически полная ионизации атомов меди, Ме = (1-2)-1015 см"3 и достигает максимума через 210 мкс после импульса возбуждения. Высокое значение газовой температуры на оси разряда вызвано недостаточной теплопроводностью среды и приводит к сильным радиальным неоднородностям параметров плазмы и генерации. Все указанные факторы приводят к ограничению энергии, средней мощности и частоты следования импульсов генерации лазера. В связи с этим для достижения высокой эффективности лазеров необходим поиск способов формирования активной среды с пониженной степенью ионизации как во время импульса возбуждения, так и в межимпульсный период.
3. Экспериментально обоснована возможность целенаправленного изменения скоростей элементарных процессов, протекающих в активной среде лазеров на парах металлов, через изменение основных параметров плазмы Те и Тг в различных фазах разряда. Это позволяет осуществить независимую оптимизацию возбуждения и нагрева и обеспечивает возможность оперативного управления параметрами плазмы и характеристик генерации.
4. Предложен и экспериментально обоснован механизм формирования активной среды импульсно-периодических лазеров на самоограниченных переходах, заключающийся в избирательном воздействии на электронную компоненту плазмы в условиях суперпозиции возбуждающих и управляющих импульсов с контролируемой энергией, длительностью и временной задержкой, который обеспечивает оперативное и широкодиапазонное управление основными характеристиками генерации.
5. Предложен и реализован способ возбуждения активной среды ЛПМ, основанный на формировании импульса возбуждения с крутым фронтом напряжения на активном элементе лазера, длительность которого обрывается в момент окончания импульса генерации, при соблюдении условия апериодического характера развития разряда за время действия импульса возбуждения.
6. В режиме управляемой ионизации активной среды концентрация электронов в период импульса генерации составляет (2+4)-1012 см '3, что почти на порядок меньше концентрации электронов в момент импульса генерации и на два порядка меньше концентрации достигаемой к концу импульса возбуждения
в классическом варианте ЛПМ с полным разрядом накопительной емкости. В этих условиях реализован КПД лазера на парах меди 9% относительно энерговклада.
7. Предельные частоты следования импульсов генерации Си-лазера 235 кГц и Аи-лазера 150 кГц реализованы в режиме пониженных энерговкладов в активную среду вследствие снижения степени ионизации плазмы в импульсе возбуждения. В диапазоне оптимальных частот частот 30-60 кГц достигнуты рекордные удельные средние мощности генерации для Cu-лазера 12 Вт/см3 и для Аи-лазера 0,2-0,3 Вт/см3, соответственно.
8. В условиях суперпозиции основного и управляющего импульсно-периодических разрядов реализован способ управления длительностью импульса генерации и цветностью излучения. Для лазера на парах меди при вариации временной задержки импульсов в диапазоне At = 10+60 мкс достигается изменение длительности генерации от 2 до 30 не. Переключение цветности желтой и зеленой линий генерации осуществляется в диапазоне At = 10+30 мкс. При этом энергия Еу управляющего импульса составляет 5-10% от энергии Ев основного возбуждающего импульса, а сохранение теплового баланса в активной среде реализуется при соблюдении условия (Ев+Ey)-f = const.
9. Предложены и реализованы конструкции оригинальных газоразрядных источников с продольно- и радиально-разнесенными активными средами, позволяющие осуществить одновременное возбуждение целого ряда металлов. Ввиду единого механизма формирования инверсии реализована многоцветная генерация на 3+7 лазерных переходах для различных сочетаний атомов: Cu+Au, Ba+Pb, Cu+Ba+Pb, Ва+Mn. Высокая эффективность многоволновой генерации достигается за счет оптимизации электрокинетических параметров активной среды и концентрации атомов каждого элемента с учетом различия внутренней структуры.
10. Использование органических красителей и их смесей, кристаллов с центрами окраски, а также нелинейных кристаллов (KDP, BaNaNb50i5) для преобразования излучения лазеров на парах Си, Аи, РЬ позволяет осуществить дискретную и плавную перестройку излучения в диапазоне >.=0,26+3 мкм. В
режиме управления формой импульса генерации Си-лазера достигается трехкратное сужение спектра генерации лазера на красителе.
11. Проведен анализ спектральных переходов атомов металлов 1-УН групп. Установлено, что для создания новых активных сред перспективен ряд самоограниченных переходов тугоплавких металлов, в частности, Сг, Мо, Тс и Ле. Возможность полученяи эффективной генерации в диапазоне спектра X = 500+1000 нм обусловлена мощной селективной накачкой верхних резонансных состояний указанных атомов и высокой мультиплетностью нижних метаста-бильных конфигураций.
12. Экспериментально реализован нетермический способ получения атомов труднолетучих элементов. В искровом импульсно-периодическом разряде получена типичная для лазеров на самоограниченных переходах концентрация атомов Си > 1015 см"3 при ЧСИ до 3 кГц и Яе > 5-10йсм"3 приЧСИ50Гц.
13. Генерация на новых линиях атома тулия в видимой и ближней ИК области л = 589,9 и 1101,1 нм реализована в импульсном разряде с контролируемой концентрацией рабочих атомов в диапазоне N = 5-10'4+10ь см"3.
14. На основе проведенных исследований созданы экспериментальные и опытные образцы лазеров на парах Си, Аи, СиВг со средней мощностью генерации от 0,5 до 50 Вт при частотах следования импульсов 5+64 кГц.
15. Разработаны лазеры и лазерные системы на основе ЛПМ и органических красителей для широкого практического использования в научных исследованиях, технологиях и медицине.
Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях:
1. Солдатов А. ТТ., Соломонов В, И. Газоразрядные лазеры на самоограниченных переходах в парах металлов. - Новосибирск: Наука, 1985. - 149 с.
2. Солдатов А. Н. Особенности распределения электронов по энергиям в разряде с полым катодом в гелии//Опт. и спектр. - 1971. - Т. 31. - Вып. 2. - С. 181-189.
3. Солдатов А. Н. Об определении эффективных сечений некоторых неупругих процессов по структуре на функциях распределения электро-
нов/Материалы III Всес. конф. по физике низкотемпературной плазмы. -Москва: МГУ, 1971. - С. 216-221.
4. Солдатов А. Н., Прилежаева Н. А. О проявлении структуры на функциях распределения электронов по энергиям и определении по ней эффективных сечений неупругих процессов//Изв. вузов. Физика. - 1971. - N 11. - С. 51-62.
5. Солдатов А. Н., Евтушенко Г. С., Муравьев И. И. О возбуждении неона в тлеющем разряде//Опт. и спектр. - 1973. - Т. 34. - Вып. 1 . - С. 13-18.
6. Солдатов А. Н., Евту шенко Г. С., Муравьев И. И. О кинетике возбуждения уровней атома гелия//Изв. вузов. Физика. - 1973. - N 5. - С. 46-54.
7. Солдатов А. Н., Муравьев И. И., Евтушенко Г. С., Распределение электронов по энергиям и неупругие столкновения в плазме отрицательного свече-ния//Изв. вузов. Физика. - 1974. - N 11. - С. 120-122.
8. Кирилов А. Е., Полунин Ю. П., Солдатов А. Н. ОКГ на парах золота с длиной волны излучения 6278 А//Тез. докл. I Всес. совещ. по атмосферной оптике. - Томск, 1976. - Ч. И. - С. 375-377.
9. Солдатов А. Н., Сорокин Г.М. О структурном характере энергетического спектра электронов в азотно-гелиевой плазме//Изв. вузов. Физика. - 1976. - N 6.-С. 136-138.
10. Солдатов А. Н. Лазер на парах меди "Милан-ГУ/Квант, электр. - 1977. - Т. 4,-N6.-С. 1935.
11. Elaev V. F., Kirilov А. Е., Soldatov А. N., Polunin Yu. P., Fedorov V.F.
Experimental investigation of the pulse discharge in Cu+Ne mixture in high repetition rate regime/intern. Conf. Phenomena in Ionized Cases. - Berlin, 1977. -P. 2. - P. 639-640.
12. Кирилов A. E., Кухарев В. H., Солдатов А. H., Тарасенко В. Ф. Исследование влияния параметров разрядного контура ГРТ лазера на парах РЬ на параметры излучения//Изв. вузов. Физика. - 1977. - Вып. 10. - С. 146-149.
13. Кирилов А. Е., Полунин Ю. П., Солдатов А. Н., Федоров В. Ф. Лазеры на парах металлов для исследования атмосферы//Сб.: Измерительные приборы для исследования приземных слоев атмосферы. - Томск: ИОА, 1977. - С. 5979.
14. Елаев В. Ф., Поздеев В. В., Солдатов А. Н. Радиальная неоднородность газоразрядной плазмы медного лазера//Сб.: Измерительные приборы для исследования приземных слоев атмосферы. - Томск: ИОА, 1977. - С. 94-97.
15. Масарновский Л. В., Пупышев С. А., Солдатов А. Н. Генерация излучения растворов органических соединений при частотном лазерном возбужде-нии//Сб.: Измерительные приборы для исследования приземных слоез атмосферы. - Томск: ИОА, 1977. - С. 98- ¡02.
16. Платонов А. В., Солдатов А. Н., Филонов А. Г. Импульсный лазер на парах стронция// Квант, электр. - 1978. - Т. 5. - N 1. - С. 198-201.
17. Власов Г. Я Горохов А. М., Кирилов А. Е., Кухарев В. Н., Платонов А. В., Полунин Ю. П., Солдатов А. Н. и др. Импульсные лазеры на парах металлов "Милан-5"//Сб.: Эффективные лазеры на парах металлов. - Томск: ИОА, 1978. - С.201-203.
18. Солдатов А. Н., Гриднев А. Г., Горбунова Т. М., Елаев В. Ф., Осипова Н.
B., Евтушенко Г. С. Спектроскопическое исследование газоразрядной импульсной плазмы Си-лазера// Квант, электр. - 1978. - Т. 5 - N 5. - С. 11471151.
19. Елаев В. Ф., Мельченко В. С Поздеев В. В., Солдатов А. Н. Временной
ход концентрации электронов з послесвечении разряда в лазере на парах меди/7 Сб.: Эффективные лазеры на парах металлоз. - Томск: ИОА, 1978. -
C.179-188.
20. Кирилов А. Е., Масарновский Л. В., Мирза С. Ю., Полунин Ю. П., Солдатов А. Н., Суханов В. Б., Федоров В. Ф. Возбуждение генерации красителей мощным излучением лазеров на парах металлов//Сб. тез. докл. IX Всес. конф. по когерентной и нелинейной оптике. - Москва: ГОИ, ФИАН, 1978.-С. 101.
21. Кирилов А. Е., Кухарев В. Н., Солдатов А. Н. Исследование импульсного
РЬ-лазера на X 722,9 нм с двухсекционной газоразрядной камерой// Квант, электр. - 1979. - Т. 6. - N 3. - С. 473-477.
22. Власов Г.Я., Горохов А. М., Карманов Г. А., Кирилов А. Е., Платонов А. В., Полунин Ю. П., Солдатов А. Н. и др. Лазер на парах меди "Милан-10'7/ Квант, электр. - 1979. - Т. 6. - N 6. - С. 13-59.
23. Масарновский Л. В., Солдатов А. Н., Суханов В. Б. Возбуждение растворов красителей и их смесей излучением лазера на парах меди//Квант. электр. - 1979. - Т. 6. - N 7. - С. 1536-1539.
24. Кирилов А. Е., Полунин Ю. П., Солдатов А. Н., Федоров В. Ф. Многоцветный импульсный лазер//Тез. докл. 5 Всес. симп. по распространению
лазерного излучения в атмосфере. - Томск: ИОА СО АН СССР, 1979. - С. 101-105.
25. Masarnovsky L. V., Soldatov A. N., Sukhanov V. В, Generation of dyes in the visible and near infrared with metal-vapor laser radiation pumping//Proc. of the Intern. Conf. EKON-80. - Poznan, 1980. - P. 337-340.
26. Данилова В. И., Копылова Т. Н., Масарновский JL В., Солдатов А. Н. и др. Исследование генерации красителей под действием излучения лазера на парах меди//Изв. вузов. Физика. - 1980. - N 10. - С. 44-48.
27. Солдатов А. Н., Шапарев Н. Я., Кирилов А. Е., Глизер В. Я., Полунин Ю. П., Федоров В. Ф. Радиальные характеристики генерационного излучения лазера на парах меди// Изв. вузов. Физика. - 1980. - N 10 . - С. 38-43.
28. Елаев В. Ф., Солдатов А. Н., Суханова Г. Б. Определение температуры электронов в лазере на парах меди//ТВТ. - 1980. - Т. 8. - Вып. 5. - С. 10901093.
29. Солдатов А. Н. и др. Разработка лазеров на парах металлов/Материалы I межотраслевой науч.-техн. конф. "Импульсные газовые лазеры". - Москва: ЦНИИ "Электроника", 1980. - Вып. 2. - С. 148-149.
30. Елаев В. Ф., Солдатов А. Н., Суханова Г. Б. Определение температуры электронов в послесвечении лазера на парах меди//ТВТ. - 1981. - Т. 19. -Вып. 2 . - С. 426-428.
31. Кирилов А. Е., Солдатов А. Н., Федоров В. Ф. Мощный источник питания импульсных лазеров на парах металлов//ПТЭ. -1981. - N 4. - С. 165-166.
32. Arshinov Yu. F., Zuev V. E., Bobrovnikov S. M., Soldatov A. N. Raman lidar with a copper-vapor laser as a transmitter//Proc. of the 4 Intern. Conf. on Lasers and their Applications.-Leipzig, 1981.-P. 192-193.
33. Zuev V. E., Soldatov A. N. Лазеры на парах металлов для исследований ат-мосферы//Ргос. of the 4 Intern. Conf. on Lasers and their Applications. - Leipzig, 1981.-P. 123.
34. Evtushenko G. S., Murav'ev I. I., Soldatov A. N. Non-elastig electron-atom collisions and structural character of the electron energies distribution function in the glow discharge plasma//Proc. of the XV Intern. Conf. on Phenomena in Ionized Gases. - Minsk, USSR, 1981. - P. 695-696.
35. Солдатов A. H., Суханов В. Б., Полунин Ю. П., Холодных А. И. Параметрический генератор света на кристалле BaNaNb5Ot5 с накачкой от лазера на парах меди//ЖТФ. - 1981. - Т. 51. - N4. - С. 866-869.
36. Солдатов А. Н., Герасимов В. А., Юдин Н. А., Полунин Ю. П., Райнин
П. П. Импульсный малогабаритный лазер на парах меди "Милан-М'7/VII Всес. симп. по лазерному и акустическому зондированию атмосферы. -Томск, 1981.-С. 282-284.
37. Воррнов В. И., Кирилов А. Е., Солдатов А. Н., Федоров В. Ф„ Юдин Н.А. Высокочастотная коммутация большой мощности//ПТЭ. - 1982. - N 1. -С. 151-152.
38. Arshinov Yu. F., Zucv V. E., Bobrovnikov S. M., Soldatov A. N. Paman lidar with a copper-vapor laser as a transmitter//Proc. of the Intern. Conf. on Lasers'82, STS. Press McLean. - 1982. - P. 788-790.
39. Soldatov A. N., Sukhanov V. B. Metal vapor laser-pumped dye laser/VProc. of the Intern. Conf. on Lasers'82, STS. Press McLean - 1982. - P. 493-500.
40. Soldatov A. N., Fedorov V.F. Repetitively pulsed copper vapor laser operating at maximum pulse repetition rates//Proc. of the Intern. Conf. on Lasers'82, STS. Press McLean. - 1982. - P. 478-485.
41. Arshinov Yu. F., Zuev V. E., Naats I. E., Soldatov A. N., Fadeev V. Ya. Metal vapor lasers and their application to atmospheric optics //Proc. of the Intern. Conf. on Lasers'82, STS. Press McLean. - 1982. - P. 486-492.
42. Власов Г. Я., Горохов А. М., Кирилов А. Е., Кухарев В. Н., Платонов А. В., Полунин Ю. П., Солдатов А. Н. и др. Лазер на парах металлов "Милан-5'7/ПТЭ. - 1982. - N 5. - С. 233.
43. Soldatov A. N., Solomonov V. I., Fedorov V.F. On the maximum output parameters of self-terminating lasers in atomic metals//X Jubilee National Conference on Atomic Spectroscopy with International participation. - Velico Turnovo, Bulgaria, 1982.-P. 171-172.
44. Evtushenko G. S., Polunin Yu. P., Soldatov A. N. Optical characterictics of Cu+Au laser discharge//X Jubilee National Conference on Atomic Spectroscopy with International participation. - Velico Turnovo, Bulgaria, 1982. - P. 175-176.
45. Elacv V. F., Soldatov A. N., Sukhanova G. B. Parameters of pulse-pereodic discharge plasma of Cu-vapor lasers measured by spectroscopic methods//X Jubilee National Conference on Atomic Spectroscopy with International participation. - Velico Turnovo, Bulgaria, 1982. - P. 173-176.
46. Локтюшин В. А., Солдатов A. H., Суханов В. Б., Троицкий В. О., Чернышев А. И. Генерация на центрах окраски в кристаллах фтористого лития, облученных протонами// ЖТФ. - 1982. - Т. 52. - N 4. - С. 825-826.
47. Солдатов А. Н., Суханов В. Б. Спектрально-временные особенности накачки родамина 6Ж излучением лазера на парах меди//Квант. электр. - 1983. -Т. 10.-Ы 1.-С. 157-161.
48. Солдатов А. Н., Федоров В. Ф. Лазер на парах меди со стабилизированными выходными параметрами/ЯСвант, электр. - 1983. - Т. 10. - N 5. - С. 974980.
49. Демкин В. П., Солдатов А. Н. Анализ атомных переходов перспективных для получения самоограниченной генерации/Ред. журн. "Изв. вузов. Физика". - Томск, 1983. - Деп. в ВИНИТИ 21.03.82, N 732-83.
50. Солдатов А. Н., Федоров В. П. Лазер на парах меди с частотой следования импульсов 230 кГц//Изв. вузов. Физика. - 1983. - Т. 26. - N 9. - С. 80-84.
51. Локтюшин А. А., Солдатов А. Н., Суханов В. Б., Троицкий В. О., Чернышев А. И. Лазер на центрах окраски с накачкой излучением лазеров на парах меди и красителях//Квант. электр. - 1983. - Т. 10. - N 10. - С. 21322134.
52. Мирза С. Ю., Солдатов А. Н., Суханов В. Б. Лазер на красителях с распределенной обратной связью, возбуждаемый излучением лазера на парах меди//ЖПС. - 1983. - Т. 39. - Вып 4. - С. 548-552.
53. Евтушенко Г. С., Кирилов А. Е., Полунин Ю. П., Солдатов А. Н., Федоров В. Ф. Исследование лазера на парах меди и золота с пространственно разнесенными активными средами//ЖПС. - 1983. - Т. 39. - Вып. 6. - С. 939944.
54. Бурлаков В. Д., Горбунова Т. М., Михайличенко Ю. П., Осипова Н. В., Солдатов А. Н., Соломонов В. И. Использование метода крюков Рождественского для исследования лазера на парах меди/Ред. журн. "Изв. вузов. Физика". - Томск, 1984. - Деп. в ВИНИТИ 21.03.84, N2856-84.
55. Герасимов В. А., Прокопьев В. Е., Соковиков В. Г., Солдатов А. Н. Новые линии генерации в видимой и ИК областях спектра в лазере на парах тулия//Квант. электр. - 1984. - Т. 11. - N 3. - С. 624-626.
56. Бурлаков В. Д., Муравьев И. И., Солдатов А. Н., Черникова Е. В., Ян-чарина А. М. Возбуждение атомов рения в импульсном разряде//ЖПС. -1987.-Т. 46.-Ы 1,-С. 28-32.
57. Евтушенко Г. С., Кирилов А. Е., Кругляков В. Л., Полунин Ю. П., Солдатов А. Н., Филонова Н. А. Управление длительностью генерации лазера на парах меди//ЖПС. - 1988. - Т. 49.-И 5. - С. 745-751.
58. Демкин В. П., Купчинский Н. Л., Солдатов А. Н., Федоров В. Ф. Временная селективность возбужения резонансных уровней Си1//Тез. докл. X Всес. конф. по физике электронных н атомных столкновений. - Ужгород, 1988.-С. 193-195.
59. Воронов В. И., Евтушенко Г. С., Солдатов А. Н. и др. Лазер на красителях с распределенной обратной связью и накачкой лазером на парах меди со стабилизацией выходных характеристик/Юптика атмосферы. - 1988. - Т. 1. -N2.-С. 86-91.
60. Куров В. С., Солдатов А. Н., Шумейко А. С. Регулирование скоростей
процессов, определяющих срок службы лазеров на парах бромида меди//Ред. журн. "Изв. вузов. Физика". - Томск, 1991. - Деп. в ВИНИТИ 15.10.91, N 3969-В91.
61. Солдатов А. Н. Физика и техника лазеров на парах меди с управляемыми параметрами/Юптика атмосферы и океана. - 1993. - Т. 6. - N 6. - С. 650-658.
62. Демкин В. П., Солдатов А. Н., Юдин Н. А. Эффективность лазера на парах меди//Оптика атмосферы и океана. - 1993. - Т. 6. - N . - С. 659-665.
63. Елаев В. Ф., Солдатов А. Н. и др. Исследование и разработка мощных лазеров на парах бромида меди с отпаянным активным элементом/Юптика атмосферы и океана. - 1993. - Т. 6. - N 6. - С. 727-730.
64. Воронов В. И., Полунин Ю. П., Солдатов А. Н., Шумейко А. С. Модифицированная физиотерапевтическая установка на базе лазера "Малахит" //Оптика атмосферы и океана. - 1993. - Т. 6. - N 6. - С. 737-739.
65. Иванов А. И., Мирза С. Ю., Солдатов А. Н., Суханов В. Б. Малогабаритный лазерный преобразователь в медицине и биологии/Юптика атмосферы и океана. - 1993. - Т. 6. - N 6. - С. 740-742.
66. Евтушенко В. А., Бычков И. А., Солдатов А. Н. и др. Влияние лазера на парах меди на рост и метастазирование опухоли в эксперименте/Юптика атмосферы и океана. - 1993. - Т. 6. - N 6. - С. 746-749.
67. Евтушенко В. А., Солдатов А. Н., Вусик М. В. и др. Лечение и профилактика послеоперационных осложнений у онкологических больных на лазерной установке "Малахит"// Оптика атмосферы и океана. - 1993. - Т. 6. - N 6. -С.743-745.
68. Евтушенко В. А., Попович В. И., Солдатов А. Н., Кицманюк 3. Д. Профилактика лучевых осложнений у больных опухолями головы и шеи лазе-
ром на парах меди/Юптика атмосферы и океана. - 1993. - Т. 6. - N 6. - С. 750753.
69. Солдатов А. Н., Федоров В. Ф., Юдин Н. А. Эффективность лазера на парах меди с частичным разрядом накопительной емкости/ЛСвант. электр. -
1994. - Т. 21. -N 8. - С. 733-734.
70. Soldatov А. N. and Yudin N. A. Excitation efficiency of working transitions in copper-vapor laser//J. of Russian Laser Reserch. New York. - 1995. -Vol. 16. - N 2.-P. 134-137.
71. Солдатов A. H., Суханов В. Б., Федоров В. Ф. Юдин Н. А. Исследование лазера на парах меди с повышенным КПД//Оптика атмосферы и океана. -
1995.-Т. 8.-N11.-С. 1626-1636.
72. Soldatov A. N., Polunin Yu. P., Chausova L. N. Evalution of metal vapor laser desings with radial separation of the active medium//Proc. of the Intern. Conf. on Atomic and Molecular Pulsed Lasers. SRIE. - 1995. - Vol. 2619. - P. 123-133.
73. Soldatov A. N., Skripnichenko A. S., Yudin N. A. Method of two-pulse frequency regulation of copper vapor laser parameters//J. of Russian Laser Reserch. New York. - 1995. -Vol. 16. - N 2. - P. 134-137.
74. Soldatov A. N. MVL parameter management through electron plasma component//Pulsed Metal Vapor Lasers/Edited by Chris. E. Little and Nicola V. Sabotinov. - NATO ASI Series. - 1. Disarmament Technologies. - Vol. 5. -London.- 1995.-P. 175-182.
75. Аржаник A. P., Солдатов A. H. Визуализация микрообъектов на большие экраны с использованием лазера на парах меди//Изв. вузов. Физика. - 1995. -N7.-С. 124-126.
76. Евтушенко В. А., Солдатов А. Н., Черемисина О. В. Профилактика и лечение осложнений у больных раком легкого, получивших комбинированное лечение (операция+ИОЛТ)//Оптика атмосферы и океана. - 1995. - Т. 8. - N 11.-С. 1701-1704.
77. Захаров С. Д., Корочкин И. М., Солдатов А. Н. и др. Применение лазера на парах меди для идентификации первичного фотоакцептора при лазерной терапии/Юптика атмосферы и океана. - 1996. - Т. 9. - N 2. - С. 281-286.
78. Евтушенко В. А., Зырянов Б. Н., Солдатов А. Н. Опыт клинического применения лазерной установки "Малахит'7/Оптика атмосферы и океана. -
1996.-Т. 9.-N2.-С. 273- 276.
79. Елаев В. Ф., Солдатов А. Н., Юдин Н. А. Исследование поведения проводимости плазмы лазера на парах меди//Оптика атмосферы и океана. - 1996. -Т. 9. -N2. - С. 169-173.
80. Zyryanov В. N., Evtyshenko V. A., Evtyshenko G. S., Soldatov А. N. et al. Copper-vapor low-intensity laser therapy//Laser Use in Oncology. SPIE. - 1996. -Vol. 2728. -N 9. - P. 100-107.
81. A. C. 780778 СССР, MICH HO!3 S 3/09. Лазер на парах меди/А. Е. Кирилов, Ю.П.Полунин, А. Н. Солдатов, В. Ф. Федоров. - Опубл. в Б. И., 1984, X« 12.
82. А. С. 791156 СССР, МКИ Н013 S 3/09. Способ возбуждения лазеров на парах химических элементов/А. Н. Солдатов. - Опубл. в Б. И., 1984, № 41.
83. А. С. 1111663 СССР, МКИ Н013 S 3/22. Лазер на парах меди/А. Н. Солдатов, П. Д. Колбычева. - Опубл. в Б. И., 1992, № 33.
84. А, С. 1099805 СССР, МКИ Н013 S 3/22. Лазер на парах металлов/ В. И. Воронов, А. Н. Солдатов, В. Ф. Федоров. - Опубл. в Б. И., 1992, № 33.
85. А. С. 1101130 СССР, МКИ Н013 S 3/097. Способ возбуждения импульсных лазеров на самоограниченных переходах/А. Н. Солдатов, Н. А. Юдин. -Опубл. в Б. И., 1992, № 33.
86. А. С. 1132760 СССР, МКИ НОГ1 S 3/03. Газоразрядная трубка лазера на парах металлов/ В. Ф. Елаев, А. Н. Солдатов, А. Г. Филонов. - Опубл. в Б. И., 1993, № 12.
87. А. С. 1160908 СССР, МКИ Н013 S 3/097. Способ возбуждения лазеров на парах химических элементов/А. II. Солдатов, В. Ф. Федоров. - Опубл. в Б.И., 1993, №4.
88. А. С. 1156543 СССР, МКИ Н013 S 3/03. Газоразрядная трубка лазера на парах химических элементов/А. Е. Кирилов, А. Н. Солдатов, Н. А. Филонова. -Опубл. в Б. И., 1993, № 4.
89. Пат. 2527850 Франция, МКИ3 Н01 s 3/09. Газоразрядная трубка импульсно-газового лазера /А. Н. Солдатов, В. И. Воронов, А. Е. Кирилов, В. Ф. Федо-ров//Официальный бюллетень патентного ведомства Франции. - 1983. - N48.
90. Пат. 2529398 Франция, МКИ3 Н01 s 3/09. ГРТ импульсно-газового лазера /В.Н. Кухарев, А. Н. Солдатов//Официальный бюллетень патентного ведомства Франции. - 1983. - N 52.
91. Пат. 2513448 Франция, МКИ3 Н01 s 3/22, Н05 b 41/30. Импульсный лазер на парах веществ /А. Е. Кирилов, Ю. П. Полунин, А. Н. Солдатов, В. Ф. Фе-
доров//Официальный бюллетень патентного ведомства Франции. - 1983. -N12.
92. Пат. 2514958 Франция МКИ3 HOI s 3/02. ГРТ на парах химических элементов/А. Е. Кирилов, Ю. П. Полунин, А. Н. Солдатов/Юфициальный бюллетень патентного ведомства Франции. - 1983. - N 16.
93. Пат. 3219919 ФРГ МКИ4 HOI s 3/09. Способ возбуждения импульсных лазеров на парах химических веществ и импульсный лазер для его осуществления/А. Н. Солдатов, В. И. Воронов, А. Е. Кирилов, В. Ф. Федоров//ИСМ. -1984.-Вып. 122.-№ 14.-С. 17.
94. Пат. 3225328 ФРГ, МКИ4 HOI s 3/03, 3/02, 3/097. Газоразрядная лампа для импульсного газового лазера/В. Н. Кухарев , А. Н. Солдатов//ИСМ. - 1984. -Вып. 122.-№ 14.-С. 18.
95. Пат. 3138680 ФРГ, МКИ4 HOI s 3/097, 3/09. Импульсный лазер на парах/А. Е. Кирилов, Ю. П. Полунин, А. Н. Солдатов, В. Ф. Федоров//ИСМ. - 1984. -Вып. 122. - № 2.
