Мощные газовые лазеры среднего ИК диапазона с резонансной лазерной накачкой тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН

<с

На правах рукописи УДК 621.373.826.038

ВАСИЛЬЕВ БОРИС ИВАНОВИЧ

МОЩНЫЕ ГАЗОВЫЕ ЛАЗЕРЫ СРЕДНЕГО ИК ДИАПАЗОНА С РЕЗОНАНСНОЙ ЛАЗЕРНОЙ НАКАЧКОЙ специальность 01.04.21. - лазерная физика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва -1997

Работа выполнена в Отделении квантовой радиофизики Физического института им. П.Н. Лебедева Российской Академии наук.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

1. Доктор физико-математических

2. Доктор физико-математических

3. Доктор физико-математических

наук Ю.А. Быковский

наук Г.К. Васильев

наук Е.А.Рябов

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ ГП НПО "Астрофизика"

Защита состоится" ^ 1997 г.

в . — часов в конференц-зале Физического института им. П.Н. Лебедева РАН на заседании Диссертационного Совета Д 02.39.02 ФИАН , Москва, Ленинский пр.,53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФИАН.

г- Г

Автореферат разослан " ^ " А '/(-Ц1997 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

Диссертационного Ученого Совета Д 02.39.02 Физического института

им.П.Н. Лебедева РАН А.П.Шотов

Диссертация посвящена разработке и исследованию мощных импульсных перестраиваемых источников когерентного излучения в эазличных спектральных участках среднего ИК диапазона - лазеров з резонансной лазерной накачкой, а также их практическому применению как для изучения некоторых механизмов многофотонного возбуждения и диссоциации многоатомных молекул, так и для создания устройств, позволяющих осуществлять дистанционное обнаружение источников промышленных выбросов некоторых газов, например фреонов, загрязняющих атмосферу Земли.

Актуальность диссертации связана с тем, что создание мощных лазеров в среднем ИК диапазоне (11...20 мкм) позволяет значительно расширить диапазон применения квантовых генераторов в областях, связанных с резонансным воздействием лазерного излучения на вещество: лазерохимии, лазерном разделении изотопов, лазерной очистке веществ, в разработке приборов, основанных на таком воздействии.

Целью работы явилось проведение всесторонних исследований импульсных лазеров с резонансной лазерной накачкой, в качестве активной среды которых использовались молекулы 14 N43 , 15 Жз , СР4 , а также их смеси с различными буферными газами, создание теоретической модели лазера с резонансной лазерной накачкой, описывающей энергетические и временные характеристики таких лазеров, изучение некоторых особенностей многофотонного возбуждения и диссоциации молекул на примере молекул ССЦ и 1)Р6, разработка оптических приборов на основе таких лазеров.

Научная новизна работы состоит в следующем:

Получено мощное перестраиваемое когерентное излучение в диапазоне 11...13,5 мкм при возбуждении смеси 14 1МН3 и азота (энергия в импульсе до 1,5 Дж с КПД 21%), в диапазоне 11,5..14 мкм при возбуждении смеси 15 [\1Н3 и азота и в диапазоне 16 мкм при возбуждении СР4 излучением импульсного С02 лазера.

Впервые экспериментально обнаружен механизм резонансной столкновительной дезактивации нижних лазерных уровней активного вещества молекулами буферного газа в лазерах с резонансной лазерной накачкой, позволяющий существенно увеличить выходную энергию лазерного излучения.

Разработаны специальные оптические схемы лазеров с резонансной лазерной накачкой, содержащие лишь элементы с высокой лучевой прочностью, с помощью которых возбуждались большие (до 5 л) объемы активной среды при высой импульсной

(десятки МВт) и средней (кВт) мощности источника накачки. Реализована растр-светопроводная схема накачки лазера, позволившая более чем на порядок улучшить удельные параметры NH3-N2 лазера и осуществить плавную перестройку частоты генерации.

Изучены динамические процессы, происходящие в лазерах с резонансной лазерной накачкой. Сформулированы требования, предъявляемые к оптимальному буферному газу.

На основе скоростных уравнений создана теоретическая модель лазеров с резонансной лазерной накачкой, которая хорошо согласуется с экспериментальными результатами.

Показано на примере молекул СС14 , что в качестве "нерезонансного" поля для двухчастотного многофотонного возбуждения можно использовать более высокочастотное излучение. Обнаружено, что пороги диссоциации молекул (UF6) при возбуждении составного колебания могут лишь в несколько раз быть выше порогов диссоциации при возбуждении основных колебаний.

Научное и практическое значение работы состоит в том, что получение мощного когерентного излучения в новых спектральных диапазонах не только расширяет практические возможности в областях, связанных с резонансным воздействием лазерного излучения на вещество, но и позволяет создавать приборы для различных областей народного хозяйства, в частности для дистанционного обнаружения источников загрязнения атмосферы (например, фреонамм - фтор.хлорсодержащими молекулами).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на V Вавиловской конференции по когерентной и нелинейной оптике, г.Ленинград, 1978г.; II школе-совещании по лазерному разделению изотопов, г.Бакуриани,1987г.; IX Всесоюзной конференции "Нелинейное резонансное преобразование лазерного излучения", г.Ташкент, 1979г.; Ill школе-совещании по лазерному разделению изотопов, г.Бакуриани,1979г.; VI Вавиловской конференции по нелинейной оптике,г.Новосибирск,1979г.; II Всесоюзной конференции "Оптика лазеров",г.Ленинград,1980г.; I Международной конференции ISOMP, г.Будапешт, ВНР, 1980г.; X Всесоюзной конференции по когерентной и нелинейной оптике, г.Киев, 1980г.; Международной конференции "Лазеры - 80",США, 1980г.; II Всесоюзном симпозиуме по лазерной химии. г.Звенигород, 1980г.; V Международной конференции 1С Р, Канада, 1981г.; Сессии совета по когерентной и нелинейной оптике,г.Гродно,1981г.; Ill Всесоюзной конференции "Оптика лазеров",г.Ленинград,1982г.; Ill Всесоюзном симпозиуме по лазерной химии. г.Звенигород, 1982г.; XI Всесоюзной конференции по

когерентной и нелинейной оптике, г.Ереван, 1982г.; Всесоюзной конференции "Перестраиваемые по частоте лазеры", г.Новосибирск,1983г.; VII Всесоюзной конференции "Оптика лазеров", г.Санкт Петербург, 1993г.

Объем диссертации. Диссертация написана на 348 страницах, содержит аннотацию, введение, 8 гпав основного текста, приложение, заключение, список литературы из 215 наименований, 86 рисунков и 4 таблицы.

Содержание работы.

Введение. Около 50 лет прошло с тех пор, как был предложен новый способ генерации электромагнитных волн в микроволновом и оптическом диапазонах /1,2/, приведший к появлению уникальных источников когерентного излучения - мазеров и лазеров. Предпринятые за это время значительные усилия ученых многих стран мира не только привели к созданию разнообразных лабораторных образцов таких устройств, работающих в широком спектральном диапазоне от СВЧ до вакуумного ультрафиолета, но и способствовали внедрению их в различные области науки и техники. В настоящее время лазерное излучение успешно используется в технологии /3/, медицине /4/, связи 151, вычислительной технике /6/, ведутся исследования направленные на осуществление с помощью лазерного луча управляемой реакции термоядерного синтеза Г71.

Одной из важнейших областей использования лазеров является резонансное воздействие лазерного излучения на вещество. Обладая малой шириной спектра излучения, лазерный пучок способен возбуждать атомы или молекулы, имеющие резонансные с ним линии поглощения, оставляяю без изменения другие атомы или молекулы, находящиеся в смеси с первыми.

Развитие многих научных направлений, связанных с резонансным воздействием лазерного излучения на молекулы, таких как осуществление направленных химических реакций, разделение изотопов методом многофотонной диссоциации молекул /8.9/, лазерная очистка вещества /10/, нелинейная лазерная спектроскопия /11/ и пр. требует разработки мощных, эффективных, перестраиваемых лазеров среднего ИК-диапазона, особенно в области 1400-600 см"1, в которой любое изменение строения молекулы (не говоря уже о ее составе) сказывается на положении ее линий поглощения. Кроме того, существование в среднем ИК -диапазоне области прозрачности атмосферы /12/, позволяет использовать такие лазеры для проведения ее зондирования -выяснения состава и определения концентрации тех или иных

веществ, находящихся в атмосфере /13/, что играет существенную роль в деле охраны окружающей среды, а малая расходимость лазерного излучения и короткие длительности импульсов делают их полезными для лазерной локации удаленных объектов и измерения с высокой точностью расстояния до них /14/.

Лазерные источники в среднем И К спектральном диапазоне необходимы также и для изучения оптических явлений в конденсированных средах - жидкостях и твердых телах /15/.

В зависимости от конкретных задач лазеры должны работать в различных режимах: непрерывном, импульсном, импульсно-периодическом. Импульсно-периодический режим особенно важен для практических применений, так как наряду с высокой импульсной мощностью позволяет получать большую среднюю мощность излучения.

Одним из основных методов накачки лазеров среднего ИК диапазона является возбуждение колебаний молекул в электрическом разряде /16/. Таким способом получена генерация на, колебательных переходах молекул С02 в диапазоне 900-1100 см"1 /17/, N02 в диапазоне 1000 см"1 /18/, СО в диапазоне 2000 см*1 /19/ и ряд других.

До недавнего времени для резонансного воздействия на молекулярные системы использовался лишь мощный высокоэффективный С02- лазер. Однако спектры большинства молекул находятся в области 500-900 см"1 , недоступной для излучения этого лазера. Поэтому разработки лазеров в указанном спектральном диапазоне с энергетическими характеристиками сравнимыми с характеристиками С02-лазера является весьма важной задачей.

Перспективным путем создания лазеров в новых спектральных диапазонах является преобразование частоты лазерного излучения -лазерный источник накачки возбуждает активную среду. Возбуждение может быть резонансным или нерезонансным. При резонансном возбуждении в среде создается инверсия населенности, при нерезонасной нелинейной оптической накачке (ВКР) инверсии может не быть. Как правило, лазеры с резонансной лазерной накачкой работают по трехуровневой схеме, предложенной Н.Г.Басовым и А.М.Прохоровым еще в 1955 году /20/.

Следует отметить, что пространственная разделенность источника накачки и преобразователя - принципиальная особенность лазеров с оптической накачкой, позволяющая возбуждать активную среду несколькими одновременно и независимо работающими лазерами. При этом энергия всех лазерных пучков накачки может

быть объединена в одном пространственно когерентном пучке (когерентное суммирование лазерных излучения /58/), что позволяет увеличить интенсивность, удельный энергосъем при одновременном уменьшении расходимости излучения.

Первыми преобразователями с резонансным возбуждением явились полупроводниковые лазеры с оптической накачкой /21,22/. В дальнейшем резонансная накачка жидких активных сред привела к созданию лазеров на красителях /23,24/.

С появлением мощных лазеров в ИК-диапазоне в качестве активных сред стали применяться молекулярные газы /25/. После первых успешных экспериментов стала очевидной перспективность такого класса преобразователей как источников когерентного излучения в дальнем ИК-диапазоне /26,27,28,29/.

Были предприняты попытки создания лазеров с лазерной накачкой и в среднем ИК-диапазоне, работающих по различным схемам .Так с помощью излучения HBr-лазера была получена генерация на молекулах N20 /32/, С02 /33/, а излучение HF-лазера преобразовано в более длинноволновую область путем возбуждения молекул N20 , НСООН, CS2 и др./35/. Однако энергия генерации и полный КПД этих лазеров невелик из-за низкого КПД преобразования, связанного с несовпадением частоты накачки и поглощения и значительным отношением частот возбуждения и преобразованного излучения.

При создании лазеров с лазерной накачкой в качестве источника возбуждения наиболее целесообразно использовать импульсный TEA С02-лазер, обладающий с высокими КПД и импульсной энергией генерации, вырабатывающий излучение в широком спектральном интервале 900-1100 см"1 (9-11 мкм), расположенном в непосредственной близости от осваиваемого диапазона частот 500-900 см"1 (11-20 мкм).

В настоящей работе доказано, что лазеры с резонансной лазерной накачкой могут работать с большим КПД преобразования в среднем ИК-диапазоне (11-14 мкм), благодаря обнаруженной нами резонансной столкновительной дезактивации нижних лазерных уровней активного вещества при соударениях с молекулами буферного газа.

Целью данной работы явилось создание и всестороннее исследование нового класса мощных перестраиваемых лазеров в ряде спектральных участков среднего ИК-диапазона и их применение для резонансного воздействия на среды - создание лазеров, возбуждаемых излучением С02-лазера (различные типы таких лазеров рассмотрены в теоретических работах /30,31,34/),

активной средой которых являются аммиак (лазер работает по схеме - накачка и излучение в основной полосе) и тетрафторид углерода (схема лазера - накачка составного колебания, генерация в тепловой полосе); изучение физических механизмов работы этих лазеров; разработка оптических схем, позволяющих осуществить импульсно-периодический режим их работы; поиск оптимальных буферных газов, повышающих КПД, энергию, мощность излучения лазеров, расширяющих спектральный диапазон генерации; исследование динамических режимов работы с целью управления длительностью импульса генерации; определение путей повышения давления активной среды лазера и осуществление плавной перестройки частоты генерации; выяснение возможности применения лазеров с резонансной лазерной накачкой для резонансного воздействия на молекулы - изучение механизмов многофотонного поглощения лазерного излучения, разделения изотопов углерода, диссоциации молекул гексафторида урана; создание макета промышленного варианта инфракрасного лазерного преобразователя частоты генерации С02-лазера в области 11-13 мкм. Возможность получения генерации при возбуждении молекул аммиака излучением СОг-лазера была продемонстрирована в работе /36/. В ряде последующих работ /38-39/ проводились исследования энергетических и спектральных характеристик генерации как при однофотонной, так и двухступенчатой накачке. В работе /38/ было показано, что добавление к аммиаку азота позволяет получить генерацию одновременно на нескольких переходах. Однако, во всех этих работах энергия генерации не превышала нескольких мДж, то есть в них не было достигнуто то сочетание высоких энергий, средней мощности, эффективности и перестройки частоты излучения, которое необходимо для практических применений лазера.

Поворотным моментом на пути создания эффективных МН3 -лазеров было обнаружение нами нового механизма, приводящего к значительному увеличению выходной энергии и КПД генерации -резонансной столкновительной дезактивации нижних лазерных уровней молекулами буферного газа /41/ .Для аммиачного лазера таким буферным газом оказался азот /41-42/ . Полученные результаты ставят N^-N2 - лазеры на особое место среди других молекулярных лазеров с лазерной накачкой, созданных до настоящего времени. Достигнутые характеристики лазеров таковы (энергия генерации до 1,5 Дж при эффективности более 20 % ), что в новом спектральном диапазоне 745-980 см"1 он может быть применен для резонансного воздействия на молекулы столь же

успешно, как в диапазоне 920 -1080 см"1 используется СОг-лазер. Более поздние работы других авторов подтвердили эти результаты /44-46/.

Особый интерес у исследователей вызывает 16 мш область спектра. Дело в том, что именно в этой области находится линия поглощения молекулы UF6 - одной из немногих ураносодержащих молекул, которые могут быть использованы в качестве объектов для разделения изотопов урана путем многофотонной диссоциации.

Первая работа /47/ , в которой сообщалось о получении световых импульсов с энергией 4 мДж в диапазоне 16 мш при возбуждении молекул CF4 излучением СОг-лазера, послужила толчком в развитии исследований лазеров этого типа как у нас в стране, так и за рубежом. Проведенное нами изучение режимов работы, а также специально созданная оптическая схема с продольной накачкой несфокусированным излучением позволила на порядок (40 мДж) увеличить выходную энергию СР4-лазера /48 -49/.

Аналогичные результаты были получены и в работах /50/ . Более поздние исследования позволили довести энергию излучения до 100 мДж за счет стабилизации частоты излучения С02-лазера накачки и организации прокачки CF4ra3a /51/.

При разработке оптических схем как NH3 лазеров, так и CF4 -лазеров основное внимание мы уделяли лучевой прочности входящих в нее элементов. Нами были предложены и осуществлены оптические схемы с пространственно однородной накачкой, содержащие з качестве дисперсионных элементов металлические решетки. Такие схемы позволили возбуждать большие объемы активного вещества и получать импульсы с большой энергией и мощностью и, кроме того, дали возможность работать в импульсно-периодическом режиме /52,53/, сочетающем высокие импульсную и среднюю мощности. Наши схемы были использованы и в работах других авторов /54/.

Для некоторых применений лазеров необходима возможность управления длительностью импульса генерации. Как показали наши исследования, длительность импульса генерации лазеров с резонансной лазерной накачкой зависит от соотношения интенсивности накачки и интенсивности насыщения активной среды, которая определяется ее давлением, и может варьироваться от 0,2 до 2,0 мкс / 55/. Значительного сокращения длительности импульса можно добиться при синхронизации аксиальных типов колебаний. Для пассивной синхронизации мод NH3 - N2 -лазера нами была использована ячейка, заполненная смесью аммиака и азота,

помещенная в ту часть резонатора, где отсутствовало излучение накачки. Использование в качестве насыщающегося поглотителя активного вещества лазера позволяет в случае лазера на молекулах аммиака осуществлять синхронизацию мод во всем его диапазоне генерации. В результате была получена серия импульсов длительностью 6-8 не и глубиной модуляции 100% / 56,60/.

Оптические схемы с пространственно однородной накачкой позволяют возбуждать большие объемы и получать значительные импульсные энергии. Однако удельные параметры таких лазеров не высоки ( так для NH3-N2 -лазера удельный энергосъем 0,7 Дж/л). Улучшения этих параметров можно добиться при фокусировке излучения накачки. Как показали наши эксперименты наилучшие результаты дает хорошо зарекомендовавшее себя в комбинационных лазерах /58/ сочетание световода и фокусирующего растра. Использование такой системы накачки позволило нам получить удельный знергосъем в NH3 - N2 -лазере 12 Дж/л /59,60/ - сравнимый с удельным энергосъемом широко используемого TEA С02-лазера. Кроме того, при такой схеме лазера давление активной среды, при котором наблюдалась генерация, существенно возросло (до 3,2 атм) /61,62/, что позволило осуществить плавную перестройку частота генерации лазера в диапазоне 0,3 см"1. /63,64/.

Создание в новых спектральных диапазонах мощных источников когерентного излучения значительно расширяет возможности исследователей, занимающихся резонансным взаимодействием лазерного излучения с веществом. На примере разделения изотопов углерода методом многофотонной диссоциации молекул ССЦ /56,65,66/, диссоциации молекул UF6 при воздействии на составные колебания /67,79/ нами была продемонстрирована применимость NH3 -N2 -лазера в этой области. (Примерно в то же время в работах /68-71/ сообщалось о диссоциации молекул UF6 излучением CF4 лазера, а также несколько позже в работе /72/ - о разделении изотопов Se излучением лазера на аммиаке.)

Кроме того, с помощью NH3 -l\l2 -лазера были получены новые результаты по многофотонному возбуждению молекул. К моменту выполнения исследований, обсуждаемых в диссертации, при двухчастотном возбуждении молекул в качестве нерезонансного поля использовалось излучение, более длинноволновое, чем резонансное , что обуславливалось наличием у молекул энгармонизма. Наши эксперименты показали, что в квазиконтинуме молекула может набирать энергию до уровня диссоциации и под

действием нерезонансного поля, частота которого больше частоты поля, возбуждающего молекулу на первых колебательных уровнях /65,66/. Этот результат представляет практический интерес для разделения изотопов методом многофотонной диссоциации молекул двух- и более частотным лазерным излучением.

Как правило, многофотонное возбуждение молекул до недавнего времени осуществлялось через одно из основных колебаний. Воздействие на составные колебания считалось не перспективным, так как коэффициент линейного поглощения на составной частоте на несколько порядков меньше, чем коэффициент поглощения на основной частоте.

Проведенные нами исследования по диссоциации молекул 1)Р6 показали, что в случае, если у многоатомной молекулы имеется несколько низкочастотных типов колебаний, несмотря на значительное различие коэффициентов линейного поглощения на основных и составных частотах, пороговые плотности энергии и эффективности диссоциации различаются всего лишь в несколько раз. Это свидетельствует о том, что у данных молекул область квазиконтинума расположена довольно близко к основному состоянию /67/.

Диссертация состоит из введения, двух частей, объединяющих восемь глав, приложения и заключения.

В части 1 "Резонансная лазерная накачка молекул -эффективный метод преобразования частоты генерации" собраны результаты исследований мощных газовых лазеров среднего ИК диапазона с резонансной накачкой излучением импульсного СОг-лазера.

Первая глава " Принципы работы лазеров с резонансной лазерной накачкой " посвящена описанию лазеров этого типа.

В первом разделе рассматриваются различные схемы газовых лазеров среднего ИК-диапазона, возбуждаемых лазерным излучением. Такие лазеры могут работать как по трехуровневой, так и по четырехуровневой схеме. Особый интерес представляют лазеры, функционирующие по четырехуровневой схеме. Высокое давление газовой среды этих лазеров приводит к сокращению времени вращательной релаксации в возбужденном колебательном состоянии, в результате чего возможно возникновение инверсии населенности и генерация на многих колебательно-вращательных переходах.

Во втором разделе этой главы проводится качественный анализ режимов работы лазеров с резонансной накачкой лазерным

излучением. При фиксированной интенсивности накачки зависимость коэффициента усиления от давления активного вещества имеет характерный максимум, определяемый конкуренцией следующих факторов: увеличением числа активных частиц с одной стороны и усилением дезактивации возбуждения за счет сокращения времени V-T релаксации, а также увеличением пассивной области (части активной среды, где интенсивность накачки становится недостаточной для создания инверсии) с другой.

Вторая глава диссертации "Основные элементы и конструктивные особенности лазеров с лазерной накачкой" посвящена оптическим схемам лазеров с резонансной лазерной накачкой.

В первом разделе дается описание источника накачки таких лазеров. Наиболее подходящими для этих целей являются импульсные TEA СОг-лазеры. Наряду с высоким КПД генерации они обладают широким диапазоном перестройки частоты излучения, что позволяет возбуждать различные молекулы. В наших экспериментах использовались TEA СОг-лазеры с ультрафиолетовой предионизацией излучением системы искровых промежутков, расположенных под сетчатым катодом (рис.1). Максимальная

энергия лазера, используемого в импульсном режиме, достигала 18 Дж,при площади поперечного сечения пучка 12 см2. При изучении импульсно-периодического режима работы использовался СОг-лазер, вырабатывающий импульсы излучения с энергией до 3,5 Дж

Рис.1. Конструкция С02 лазера с УФ предионизацией.

и частотой следования до 100 Гц. Как известно, форма импульса генерации этих лазеров представляет собой мощный короткий предимпульс ("пичок") с длительностью 50-150 нсек и длинного "хвоста", длительностью 1-2 мкс, причем интенсивность пичка в 4-5 раз больше интенсивности хвоста (рис.2). Поэтому для

Рис.2. Форма импульса генерации СОг лазера.

выяснения влияния формы импульса на эффективность лазеров с резонансным лазерным возбуждением в ряде экспериментов накачка осуществлялась импульсом С02-лазера, у которого хвост был обрезан с помощью лазерного пробоя воздуха в фокусе телескопа.

Во втором разделе второй главы приводятся оптические схемы лазеров с продольной несфокусированной накачкой. До сих пор в подобных схемах для разделения пучков накачки и генерации использовались либо дихроические зеркала, коэффициент отражения которых зависит от длины волны, либо призмы из солей или полупроводников. Однако эти элементы обладают низкой лучевой прочностью и температурной стабильностью, поэтому оптические схемы, в состав которых они входят, не могут быть использованы в импульсно-периодическом режиме работы. Нами были предложены и осуществлены оптические схемы, которые состоят лишь из элементов с высокой лучевой прочностью -металлических зеркал и дифракционных решеток. Обладая большой массой и значительной теплопроводностью, они позволяют рассеивать большие мощности без заметного увеличения температуры. Самая простая схема лазера с лазерной накачкой -схема с общим резонатором , в которой активная среда С02-лазера находится в резонаторе лазера с лазерным возбуждением. Однако

и

такая схема пригодна не для любых лазеров, поскольку газ СО; поглощает излучение в некоторых участках средней ИК -области спектра. Этого недостатка лишена более сложная схема с раздельными резонаторами (рис.3). Обе схемы позволяют осуществлять дополнительно перестройку частоты генерации.

М1 ТЕА С02 ЛАЗЕР

Рис.3. Оптическая схема лазера с резонансной лазерной накачкой.

(Раздельные резонаторы.)

Для некоторых экспериментов была разработана оптическая схема, в которой возбуждение газовой среды лазере осуществлялось излучением С02-лазера с составным резонатором Изменение положения одного из зеркал позволяло осуществить перестройку в некоторых пределах ( 0,1 см"1 ) частоты генераци!/ источника накачки и, тем самым, возбуждать различные переходь молекул активного вещества.

Для ряда применений необходимо излучение в виде серм коротких (1 не) импульсов, которую можно получить путем синхронизации аксиальных типов колебаний. Для осуществления такого режима работы в ту часть резонатора, где отсутствует излучение накачки, была помещена кювета с резонанснс поглощающим газом.

В третьем разделе второй главы описываются оптически« схемы лазеров с растр-светопроводной системой накачки (рис.4).

I

Р

Рис.4. Растр-светопроводная схема лазера с лазерной накачкой.

Для улучшения удельных параметров лазера необходимо накачку осуществлять фокусированным пучком. Традиционная фокусировка возбуждающего излучения с помощью линз в светопровод не позволяет значительно увеличивать удельный энергосъем из-за неоднородности по сечению пучка накачки, а также из-за возможности светового пробоя в фокусе линзы. Наилучшие результаты дает сочетание со светопроводом растра, выполненного из прозрачного материала и позволяющего однородно возбуждать активную среду без ее светового пробоя. Кроме того, такая схема может быть использована для накачки среды несколькими одновременно и независимо работающими лазерами, т. е. для осуществления когерентного суммирования лазерных пучков. В этом же разделе приводится описание схемы задающий генератор-усилитель, которые возбуждаются одним и тем же СОг-лазером, причем, задающий генератор выполнен по схеме с фокусировкой накачки с помощью растра, а усилитель - по схеме с пространственно однородной накачкой.

Описание конструктивных особенностей юовет, используемых для лазеров с резонансной лазерной накачкой, приводится в четвертом разделе второй главы. Поскольку изучались характеристики лазеров, работающих при различных температурах, были созданы кюветы, позволяющие увеличивать температуру активной среды лазера до 400 К, а также криогенные кюветы, охлаждаемые парами жидкого азота до 200 К.

Глава третья " Лазеры с накачкой и генерацией в одной колебательной полосе ( 1МН3 - N2 - лазер ). Механизмы генерации. Столкновительная резонансная дезактивация нижних лазерных уровней " посвящена изучению аммиачно-азотного лазера, работающего по схеме - возбуждение и излучение в основной моде.

Особое внимание в этой главе уделяется обнаруженному механизму, приводящему к значительному увеличению энергии генерации - резонансной дезактивации нижних лазерных уровней активного вещества при столкновениях с молекулами буферного газа.

В первом разделе третьей главы приведены

спектроскопические данные молекул аммиака. Молекула №Н3 представляет собой правильную треугольную пирамиду, в вершине которой расположен атом азота, а основанием является правильный треугольник, образованный атомами водорода. Эта молекула является симметричным волчком и принадлежит к точечной группе симметрии С3у.

Поскольку атом азота может находится по разным сторонам от водородной плоскости, каждый энергетический уровень расщеплен на два - симметричный ( в ) и антисимметричный ( а ) - так называемое инверсионное удвоение.

Энергия молекулы определяется тремя квантовыми числами V - колебательным квантовым числом, и -вращательным квантовым числом и К - проекцией и на ось симметрии молекулы. Расположение вращательных энергетических уровней определяется выражением

Е/11с = ± vi/ 2 + Вид+1)+ (С-В)К2 -

где В,С - вращательные постоянные, V) - величина инверсионного расщепления, + для антисимметричного уровня (а), - для симметричного (в). В основном состоянии В=9,94 см"1,С=6,3 см"1 , V, = 0,8 см'1 , 8,9 см"1, Ол<=- 1,7 .10 3 см"1, Ок= Ю"3 см"1. Правила отбора разрешают переходы с АЛ =0, ±1; АК =0;ае5.

Для Гу1Н3 -лазера возбуждение и генерация осуществляются в моде у2 на переходах: накачка в ГЗ полосе, генерация в Р полосе, причем верхние уровни обоих переходов, вообще говоря, могут не совпадать.

Во втором разделе третьей главы представлены результаты измерения оптических параметров молекул аммиака, характеризующих поглощение излучения накачки. Наилучшее совпадение с частотами генерации С02-лазера (линия 9Щ16) и 9(3(30)) имеют переходы аммиака аЯ(6,0) и вЩб.К) (К=0,1,2), при этом лазерное излучение возникает на переходах аР(8,0) и бР(7,К) соответственно. Энергия генерации существенно зависит от величины вложенной энергии, которая определяется коэффициентом линейного поглощения (а), интенсивностью

насыщения (ls) и длиной области с активной средой (L). Поглощенная энергия определяется как

t

Ч1МП

^погл ~~ J* ОвХ " Ubix ) dt

о

где t™n - длительность импульса накачки, а 1вж и 1вых интенсивность накачки на входе и выходе из активной среды лазера, связанные друг с другом соотношением:

1П 1ЕЛь,х + (I« - Ux )/ U - «L- О

Из зависимости интенсивности излучения С02-лазера (линия 9R(30)) на выходе из кюветы с аммиаком от интенсивности на входе в кювету была получена эмпирическая формула для интенсивности насыщения как функции давления аммиака р (в мм рт. ст.):

U =2,5* Ю-2 р2 +1,2 [МВт/см2] а также оценка для времени V-T релаксации:

Ту-т-Р = 0,5 ± 0,2 мкс. мм. рт.ст. и а0 =2-10"3 см"1.

Кроме того было установлено, что количество поглощаемых одной молекулой квантов больше 0,5, т.е. имеет место многоквантовое поглощение.

Разбавление аммиака буферным газом - азотом позволяет увеличить давление активной среды и тем самым сократить время вращательной релаксации, что коренным образом сказывается на перестроичных характеристиках лазера. Измерения времени колебательно-поступательной релаксации аммиака в среде азота (для NH3 :N2 =1:50) дало величину

Tv-t • Р =2,5 мкс.мм рт.ст.

В третьем разделе третьей главы излагаются результаты изучения режимов генерации лазера на чистом аммиаке. У молекул аммиака имеется несколько переходов, частоты которых в той или иной степени совпадают с частотами излучения СОг-лазера (рис.5).

Наилучшие совпадения перехода в аммиаке аЩ6,0) с линией 9Щ16) С02 -лазера и эр? (5,0) с линией 9Р(30). Для этих переходов были определены оптимальные давления аммиака при разных энергиях накачки, причем при увеличении энергии наблюдается рост оптимального давления, что соответствует результатам теоретического анализа, проведенного в главе 1. Максимальная энергия составляла 100 мДж при накачке излучением С02-лазера с энергией 4 Дж на линии 9К (30) и 45 мДж при накачке излучением с энергией 6 Дж на линии 9Я (16). Импульс генерации состоял из двух пичков, интенсивности которых перераспределялись при изменении давления, что было обусловлено изменением доли поглощенной :энергии в "пичке" и "хвосте" импульса накачки.

Добавление буферного газа существенным образом влияет на характеристики излучения лазера. В четвертом разделе третьей главы приводятся энергетические и спектральные характеристики лазеров на молекулах аммиака разбавленных различными газами. Степень влияния буферного газа на энергетические характеристики лазера определяется отношением времени \/-Т

релаксации к времени вращательной релаксации, причем, чем оно больше, тем эффективнее влияние буферного газа. Для исследованных газов Не, Аг и N2 эти величины относятся как 13 : 30 : 30. Влияние Аг и Не на энергетические характеристики лазера качественно хорошо согласуется с теоретическими оценками, добавление же азота приводит к резкому увеличению выходной энергии аммиачного лазера при накачке линией 9^30) С02-лазера (рис.6). Объяснение этого кроется в том, что у азота имеются

сг 0)

X I-

о

£ =г га о.

(О X

ш

I—

о; з

о.

О) X

О

0.8 -

0,0

// N

АЗОТ((ЧН3 - 0,6 мм рт.ст.) АЗОТ (ЫН3 - 1,0 мм рт.ст.) АРГОН (ГЖз - 1,0 мм рт.ст.) ГЕЛИЙ (ГЖ3 - 1,0 мм рт.ст.)

0 250 500 750 1000

Давление буферного газа, мм рт.ст.

Рис.6. Зависимость энергии генерации NN3 лазера от давления буферного газа.

вращательные уровни, находящиеся вблизи с нижними лазерными уровнями (рис.7). В результате столкновения азота с молекулами аммиака происходит опустошение нижних лазерных уровней, что способствует увеличению выходной энергии лазера и КПД генерации (резонансная столкновительная дезактивация нижних лазерных уровней)

Оптимизация давления и состава смеси 1МН3: N2 позволила в неселективном резонаторе получить импульсную энергию 410 мДж, при этом спектр генерации лазера состоял из нескольких линий. Использование сеТТёктивного резонатора позволило получить генерацию на более чем 30-и различных частотах в диапазоне 745928 см"1 , причем для наиболее мощных линий оптимальная смесь

300

; — а(е, К) '

.. ;- д^-Зсм-1*,

л-0 —— 8

- 6 .

НИЖНИЕ ЛАЗЕРНЫЕ ■ УРОВНИ М1л- ВРАЩАТЕЛЬНЫЕ

УРОВНИ

Рис.7. Резонансы нижних уровней аммиака и азота.

частота энергия КПД частота энергия КПД

см"1 переход Дж % см"1 переход Дж %

928.3 аР(2,1) 0.1 2 812.0 аР(6,4) 0.6 9

888.1 эР(4,К) 0.55 8 809.7 аР(6,5) 0.55 8

872.6 аР(3,1) 0.8 12 798.0 аР(7,1) 0.7 11

аР(3,2) 797.4 аР(7,2) 0.7 11

868.0 зР(5,К) 1.25 19 796.0 аР(7,3) 0.7 11

853.6 аР(4,0) 1.4 21 794.0 аР(7,4) 0.35 5

аР(4,1) 791.8 аР(7,5) 0.45 7

852.2 аР(4,2) 1.3 20 789.0 аР(7,6) 0.6 9

851.0 аР(4,3) 1.1 17 780.4 аР(8,0) 0.5 7

847.4 5Р(6,К) 1.1 17 аР(8,1)

834.7 аР(5,1) 0.9 14 779.4 аР(8,2) 0.5 7

834.0 аР(5,2) 1.1 17 778.2 аР(8,3) 0.35 5

832.0 аР(5,3) 1.2 18 776.4 аР(8,4) 0.3 5

830.2 аР(5,4) 0.9 14 774.4 аР(8,5) 0.3 5

828.0 эР(7,К) 1.25 19 770.9 аР(8,6) 0.5 7

816.8 аР(6,0) 1.3 20 760.3 аР(9,3) 0.2 4

816.2 аР(6,1) 750.0 аР(9,6) 0.2 4

815.4 аР(6,2) 1.2 18 749.2 аР(9,7) 0.1 2

814.3 яр 1Р, з^ 0.85 13 745.3 эр/о я\ V-/ 0.1 2

Таблица 1. Частоты и энергия генерации МН3 - N2 лазера.

оказалась одной и той же (60 мм рт. ст.; NH3:N2 = 1:75), что является весьма удобным при эксплуатации такого лазера (таб.1). Максимальная энергия составила 1,5 Дж, что соответствует КПД -21%, квантовая эффективность преобразования достигала 42 %. Измерение числа поглощенных квантов накачки и излученных квантов показало, что в течение импульса накачки молекула аммиака несколько раз совершает полный цикл: поглощение кванта -релаксация по вращательным подурозням возбужденного состояния излучение кванта - релаксация по вращательным уровням основного состояния, т.е. генерация носит квазинепрерывный характер.

Пятый раздел третьей глазы посвящен результатам изучения временных и пространственных характеристик, а также измерению ширины линии генерации. Исследования показали, что при продольной накачке изменение давления активной среды лазера позволяет варьировать длительность импульса генерации от 0,2 до 2,0 мкс. Кроме того, установлено, что форма импульса СОг-лазера, имеющего пик и хвост не является оптимальной для накачки молекул, поскольку при оптимальном давлении пик используется лишь частично, а для хвостовой части велика образующаяся пассивная область.

Наряду с энергетическими и спектральными характеристиками лазера весьма существенным параметром является расходимость его излучения, определяющая возможности его фокусировки. Измерения показали, что 70 % энергии аммиачного лазера распространяется в угле 5 10"3 рад, т.е. в резонаторе возбуждаются 2-3 поперечные моды. Измерение ширины линий генерации NH3-NZ лазера было выполнено с помощью сканирующего интерферометра на двух колебательно-вращательных переходах аР(5,3) и sP(5,K), причем последний переход имеет тонкую структуру с полушириной 0,48 см"1 . Ширина линии генерации на переходе аР(5,3) при изменении давления активной среды лазера от 60 мм рт.ст. до 250 мм рт.ст. возрастала с 0,01 см"1 до 0,015 см"1 , что хорошо соответствует расчетным значениям. Как показали измерения, лазерное излучение на перехода sP(5,K) состоит из 2-3 линий, соответствующих значениям К=0,2,3 (переходы с К=0 и К=1 сканирующим интерферометром не разрешились). При увеличении давления генерация на переходе с К=3 уменьшается и при давлении 400 мм рт.ст. полностью исчезает. Поскольку ширина линии генерации на переходах с К= 0, 1 довольно велика (0,075 см"1 при давлении 400 мм рт.ст.), добиться ее сужения (до 0,025 см"1 ) удалось за счет селекции продольных мод резонатора с помощью

эталона Фабри-Перо, помещенного внутри резонатора аммиачногс лазера.

В шестом разделе третьей главы приводятся данные пс синхронизации продольных мод лазера на аммиаке. Для целого ряде приложений, особенно для лазерного разделения изотопое необходимы импульсы наносекундной длительности. Получить серию коротких импульсов можно путем синхронизации продольны) мод лазера. В наших экспериментах была осуществлена пассивная синхронизация мод с помощью насыщающегося фильтра. Е качестве такого элемента использовалась ячейка, заполненная смесью аммиака и азота, помещенная в ту часть резонатора, гд€ отсутствовало излучение накачки. Детальные исследования влияния состава и давления среды в ячейке на эффективность синхронизации мод позволили получить серию импульсоЕ длительностью 7 не, периодом повторения 27 не и глубиной модуляции 100% на всех исследованных переходах NH3 -лазера при этом потери энергии не превышали 30% , а импульсная мощность возросла в 2,7 раза.

В седьмом разделе третьей главы рассматривается влияние температуры на энергетические характеристики лазера Температурные параметры занимают важное место среди прочи> характеристик лазеров, поскольку степень нагрева активной средь определяет как импульсные, так и средние значения мощное™ генерации при работе в импульсно-периодическом режиме Проведенные эксперименты показали, что при использовании е качестве активной среды лазера чистого аммиака энергия генерацм при повышении температуры от 200 К до 300 К уменьшается в две раза, тогда как при работе на смеси NH3:N2 = 1:50 нагрев в тех же пределах существенно не снижает энергии генерации. .Причине такого поведения состоит в следующем. Как показывают расчеты при увеличении температуры от 200 К, до 300 К населенность уровня s(5,K), с которого происходит накачка, практически не изменяется, а населенность нижних лазерных уровней s(7,K возрастает в два раза. Поэтому в случае лазера на чистом аммиаке энергия генерации при увеличении температуры активной средь существенно падает. Добавление к аммиаку азота за счет резонансной передачи приводит к опустошению нижних лазерны) уровней аммиака, что эквивалентно понижению температурь активной среды. Таким образом, азот является t термостабилизатором активной среды лазера, работающего е моноимпульсном режиме.

2.1

Восьмой раздел третьей главы посвящен лазерам с оптической накачкой молекул 151ЧН3. Использование в качестве активной среды лазера изотопозамещенного аммиака 151\1Н3 позволяет как продвинуться еще далее в более длинноволновую область спектра, так и уплотнить спектральный диапазон генерации 14МН3 лазера.

Для накачки 15ЬЖ3 использовалась линия 913(10) С02 лазера с частотой у„ =1071,88 см"1, отстроенная от частоты перехода аЩб.О) моды у2 молекулы 15Г\1Н3 на 0,01 см"1. Генерация была получена на частоте уг=777,16 см"1, что соответствует переходу аР(8,0). Добавление азота к активной среде лазера привело к одновременной генерации еще на четырех линиях с частотами 829,23; 823,30; 813,14; 792,60 см"1.

Применение селективного резонатора позволило получить перестраиваемую генерацию на 16-ти линиях в диапазоне 740...860 см"1 (см. таблицу 2). Для всех линий оптимальной оказалась смесь аммиака с азотом примерно одного и того же состава 1:30...1:40 при давлении 45...60 мм рт.ст. Максимальный энергетический КПД наблюдался на переходе аР(8,0) и составлял 6%. Отнотсительно низкий КПД обусловлен, по видимому, изотопным обменом между аммиаком и азотом.

Частота см"1 Переход Энергия мДж Частота см"1 Переход Энергия мДж

863,11 зР(5,К) 20 792,60 аР(7,3) 125

850,12 аР(4,0) 100 784,99 аР(7.6) 25

843,25 5Р(6,1) 40 777,16 аР(8,0) 400

829,23 аР(5,3) 80 774,70 аР(8,3) 25

823,30 эР(7,К) 100 767,70 аР(8,6) 45

813,14 аР(6,0) 150 757,50 аР(9,3) 40

810,80 аР(6,3) 15 750,60 аР(9,6) 50

803,40 зР(8,1) 50 742,20 аР(10,0) 2

Таблица 2. Линии генерации 1МНз- N2 лазера.

Интересный результат был получен при возбуждении 15МН3 излучением С02 лазера на линии 9(3(46). Частота генерации при этом была равна 718,92±0,15 см"1. Единственным переходом имеющим такую частоту является переход (2,9,1)" (1,10,1)+ в полосе 2у2->у2 /215/, т.е. заселение верхнего уровня возможно

только при существовании двухфотонного поглощения излучени! накачки.

В четвертой главе диссертации " Лазеры с накачкой i составной полосе и генерацией в разностной полосе ( CF4 лазер ) приводятся результаты исследований СР4-лазера с оптическое накачкой излучением С02.-лазера, работающего в диапазоне 16 мкм

В первом разделе четвертой главы описана молекула CF4 1 приводятся ее оптические параметры. Молекула тетрафторид; углерода представляет собой тетраэдр, в вершинах которой расположены атомы фтора, а в центре - атом углерода. Эт< молекула является сферическим волчком и принадлежит к точечно! группе симметрии Td. Излучение накачки возбуждает составно< колебание 0 v2+v4 , а генерация происходит в тепловой полос< v'2+v4 V2 . Спектр поглощения в Р- и R-ветвях полосы v2+v молекулы CF4 имеет богатую тонкую структуру с характерныл спектральным интервалом 0,02 см"1. Поглощение накачки наиболее заметно в области линии 9R(12) С02-лазера. Измерение коэффициента поглощения на этой частоте при температуре 150 К е диапазоне давлений 1- 50 мм рт.ст. дали значение 1,3-10"4 cm"1-(mn рт. ст.)"1. Такое поведение говорит о том, что в поглощение дае-вклад только один колебательно-вращательный переход. Hpi плотности энергии большей 0,1. Дж/см2 и 2 Дж/см2 для давления \ =1 мм рт. ст. и 4,4 мм рт.ст. соответственно наблюдаются резкие флюктуации поглощенной энергии, достигающие 200--400 %, внутр! серии измерений при постоянной накачке. Основной причиной нестабильности поглощения является девиация частоты С02-лазерг от импульса к импульсу, являющаяся заметной для средь находящейся при температуре 150 К. Другой причиной флюктуацт поглощения могут быть когерентные эффекты типг самопрозрачности. Габариты CF4 -лазера и условия возбуждена определяются коэффициентом линейного поглощения и , посколью Ty-i > t„Mn , энергией насыщения. Проведенные исследование показали, что при давлении среды меньшем 4,4 мм рт.ст вращательная релаксация не достаточно быстра для насыщение всей колебательной полосы, и при уменьшении давления от 4,4 мк рт.ст. до 1 мм рт.ст. приводит к уменьшению энергии насыщения о-0,18 Дж/см2 до 1,3 Дж/см2, коэффициент линейного поглощение равен 10"2 см"1 . Эти измерения показывают, что при давлении газ: 4,4 мм рт.ст. оптимальная длина 10 м, а пороговая энергия накачю 0,1-0,2 Дж/см"1.

Во втором разделе четвертой главы описывают« энергетические и временные характеристики CF4 -лазера <

резонансной лазерной накачкой излучением С02-лазера. Под действием излучения накачки молекулы СР4 возбуждаются в составной полосе 0 -» у2+у4 , а генерация развивается в тепловой полосе у2+у4 у2 (рис.8). Для того, чтобы спектры этого перехода

Е(см') 1283 см" -

о 1=7 '

Vi VJ Vi VI V? + Vi V2-t 2V4

Рис.8. Уровни энергии молекулы CF4.

и конкурирующего 0 -> v4 не перекрывались, активную среду лазера необходимо охлаждать до температур ~ 150 К. Для CF4 -лазера нами была применена оптическая схема, аналогичная схеме лазера на молекулах аммиака, которая содержит лишь элементы с высокой лучевой прочностью, и потому может быть использована при работе лазера в импульсно-периодическом режиме. В диапазоне давлений 0,5...8 мм рт.ст. при возбуждении СР4 излучением С02-лазера на частоте 1073,3 см"1 (линия 9R(12)) была получена генерация на частоте 615 см'1. Максимальная энергия была зарегистрирована при энергии накачки 12 Дж (поглощенная энергия 1 Дж) и давлении 3,5 мм рт. ст: и составляла 40 мДж. Форма импульса генерации при низких давлениях CF4 имеет два максимума, соотношение между которыми определяется давлением активной среды. При высоких давлениях второй максимум исчезает. Такое поведение временных характеристик, так же как и наличие оптимального давления обусловлено двумя факторами: формой импульса накачки и вращательной релаксацией на верхнем лазерном уровне.

В третьем разделе четвертой главы приводятся перестроечные характеристики CF4 -лазера. У молекулы CF4 расстояние между соседними линиями поглощения перехода 0 -> v2+v4 составляет 0,02 см"1, а ширина этой полосы поглощения достигает нескольких десятков см"1. Поэтому для исследования области перестройки лазера использовались две различные схемы

со2 лазер СР4 лазер

частота(см~1) возбуж- генери- энергия

линия частота(см'1) даемый руемый (мДж)

переход переход

9(3(8) 1070,4 642,7 +2Я(15) °(3(15)

9(3(10) 1071,9 638,4 +1(3(20) °(3(20)

913(12) 1073,3 615,3 +2(3(27) °Р(29)

9(3(14) 1074,6 615,3 +2(3(33) °Р(35)

9(3(16) 1076,0 645,5+ +1(3(31) °(3(31)

632,3+ +1Я(31) °(2(32)

9(3(18) 1077,3 644,5 +2(3(43) +2!3(43)

9(3(12) 1073,3 616 +*(3(27) °Р(29) 40

9(3(10) 1071,9 624 +2(3(21) 2Р(23) 25

9(3(10) 1071,9 630 +1(3(15) °0(16) 5

Таблица 3. Частоты генерации и переходы СР4 лазера.

накачки. В первой - при дискретном изменении по линиям частоты лазера накачки от 1070,4 см"1 (линия 9(3(8)) до 1077,3 см"1 (линия 9(3(18)), перестройка частоты СР4 - лазера осуществлялась от 615 см"1 до 645 см"1. Во второй - изменение частоты С02 лазера достигалось путем изменения положения зеркала, входящего в состав составного резонатора источника накачки, внутри контура линии усиления 913(10). В этом случае была зафиксирована генерация на трех частотах 617, 624 и 630 см'1 (таблица 3).

Пятая глава диссертации " Особенности работы лазеров с лазерной накачкой в импульсно-периодическом режиме." посвящена исследованию функционирования лазеров с большой частотой повторения импульсов. Такой режим работы стал возможен благодаря разработке оптических схем, состоящих лишь из элементов с высокой лучевой прочностью. В первом разделе этой главы приводятся характеристики аммиачно-азотного лазера, работающего в импульсно периодическом режиме. В качестве источника накачки использовался С02-лазер с частотой повторения импульсов до 100 Гц настроенный на линию 9(3(!6) и ЭРЗ(ЗО). Для аммиачного лазера использовалась неселективная оптическая схема с раздельными резонаторами. Проведенные исследования показали, что как и в моноимпульсном режиме добавление азота к амшиаку при накачке на линии 9(3(30) приводит к значительному увеличению выходной энергии. Более того, эксперименты показали,

что азот, обладая термостабилизирующими свойствами, позволяет увеличить частоту следования импульсов. Так в случае аммиачно азотной смеси частота, при которой импульсная энергия уменьшается вдвое, более 100 Гц, в то время как для чисто аммиачного лазера эта частота 60 Гц, а для аммиачно гелиевой смеси - 80 Гц. Максимальная средняя мощность аммиачно-азотного лазера достигала 20 Вт при частоте следования импульсов 100 Гц (рис.9), при этом импульсная мощность составила 1 МВт.

-1-.-1—1—,-------Г--.-г-.-,-- ' |

10 100

частота следования импульсов, Гц

Рис.9. Работа 1\1Н3 лазера в импульсно-периодическом режиме.

Во втором разделе пятой главы описаны эксперименты с лазером на молекулах тетрафторида углерода с большой частотой повторения возбуждающих импульсов. В случае использования в качестве активной среды лазера чистого СР4 максимальное значение средней мощности генерации 0,04 Вт получено при частоте следования импульсов 15 Гц (давление СР4 - 2 мм рт. ст.). Добавление к рабочей смеси 1 мм рт. ст. гелия привело к уменьшению энергия генерации в моноимпульсном режиме в два раза, однако генерация наблюдалась вплоть до частоты 100 Гц (в то время как у лазера на чистом СР4 генерация обрывалась уже при 30 Гц), что позволило увеличить среднюю мощность до 0,2 Вт. Расчет, основанный на решении уравнения теплопроводности применительно к СР4 - лазеру, дал хорошее совпадение с экспериментальными результатами.

Шестая глава диссертации " Лазеры с высокой плотностью накачки. Растр - светопроводная система накачки лазеров "

посвящена лазерам, возбуждаемым фокусированным пучком. Такая система накачки позволяет улучшить удельные параметры лазера и уменьшить его геометрические размеры. Наилучшие результаты дала схема, в которой осуществляется фокусировка излучения накачки в светопровод с помощью растровой системы. Более того, такая схема благодаря увеличению плотности накачки позволяет получать индуцированное излучение при сверхатмосферном давлении активной среды.

В первом разделе шестой главы приводятся результаты исследования растр-светопроводной схемы аммиачно- азотного лазера доатмосферного давления. Применение фокусирующего растра позволило увеличить плотность энергии накачки до 4 Дж/см2 и 16 Дж/см2 для светопроводов 1x1 см2 и 0,5x0,5 см2 соответственно. Столь высокая плотность энергии накачки привела к значительному увеличению удельного энергосъема и рабочего давления активной среды лазера. Для светопровода 0,5x0,5 см2 был достигнут рекордный для лазеровданноготипа-зиергосъем 12 Дж/л, что сравнимо с удельной энергией электроразрядного С02-лазера. Была также получена генерация на смеси аммиака с атмосферным воздухом при суммарном давлении 1 атм как в изолированном от атмосферы объеме, так и в кювете без окон. Эти результаты открывают возможность создания атмосферных лазеров с впрыскиванием аммиака в светопровод. Использование селективного резонатора позволило получить перестройку частоты генерации по нескольким линиям аммиака.

Применение растровой системы фокусировки позволяет также осуществлять суммирование нескольких некогерентных между собой источников накачки в один пространственно когерентный пучок излучения аммиачного лазера.

Во втором разделе шестой главы рассматриваются характеристики лазера на молекулах аммиака сверхатмосферногс давления. С увеличением давления активной среды происходит пропорциональное уширение линии усиления лазера, причем коэффициент пропорциональности для аммиачно-азотной смеси равен 0,2 см"1 /атм. Поэтому необходимость получения генерации при максимальных давлениях обусловлена двумя факторами: во-первых, возможностью осуществления плавной перестройки частоть генерации лазера внутри контура линии усиления, что весьма важно при его использовании, например, для резонансного возбуждения молекул, и во-вторых-, широкая линия усиления предоставляет возможность при синхронизации продольных мод получать I1

усиливать лазерные импульсы длительностью в несколько сотен пикосекунд .

Растр-светопроводная схема позволила при интенсивности накачки 11,5 МВт/см2, длине светопровода 20 см получить генерацию при давлении активной среды в 3,2 атм, что соответствует ширине линии усиления 0,6 см"1 . Кроме того, нами показано, что улучшению энергетических характеристик лазера при сохранении ширины линии усиления способствует использование трехкомпонентных смесей: ЫН3 - N2- Не, поскольку добавка Не приводит к некоторому увеличению времени колебательно-поступательной релаксации.

Изучен спектр генерации лазера сверхатмосферного давления с неселективным резонатором. При давлении—среды 1 атм генерация наблюдалась одновременно на четырех частотах 930,2 см"1 , 868 см"1 , 853,5 см"1 и 828 см"1 . Увеличение давления приводило к последовательному выключению линий, так что при давлении выше 2,5 атм генерация развивалась лишь на частоте 868 см"1 , имеющей максимальный коэффициент усиления.

Создание лазера высокого давления позволяет осуществить плавную перестройку частоты генерации аммиачного лазера, изучению которой посвящен третий раздел шестой главы. Для этого в резонатор аммиачного лазера с растр светопроводной системой накачки помещалась плоскопараллельная пластина - эталон Фабри-Перо, выполненный из гпБе и толщиной 7 мм. Измерение ширины спектра излучения показало, что введение эталона сужает линию генерации до величины 0,05 см"1 . Изменение собственной частоты резонатора производилось путем поворота эталона относительно оси, перпендикулярной к оси лазера. Эксперименты показали, что диапазон плавной перестройки при давлении активной среды 1,6 атм, вблизи частоты 868 см"1 близок к области дисперсии

ее7,й 867.9 £68,0 808.1 ЗСЕ5

ЧАСТОТА, см"1

Рис.10. Плавная перестройка частоты генерации МНз-Мг лазера.

использованного эталона и составляет 0,3 см"1 (рис.10).

В четвертом разделе шестой главы описан режим генератор-усилитель. С помощью такой схемы можно, проведя синхронизацию мод в генераторе с последующим выделением одного импульса и его усилением, получать мощные импульсы длительностью несколько не. Использование специально разработанной оптической схемы позволило одним источником накачки возбуждать одновременно и генератор - растр-светопроводный аммиачный лазер, и усилитель с накачкой несфокусированньм пучком, причем усиливаемый импульс и импульс накачки распространялись навстречу друг другу. Измерения, проведенные при широкополосном сигнале ( 7 линий в диапазоне 816,8 ...868 см"1 ) и узкополосном сигнале (на частоте 828 см"1) , показали, что коэффициенты ненасыщенного усиления отличаются незначительно - 5-Ю"2 см"1 и 6-Ю"2 см"1 , в то время как интенсивность насыщения в обоих случаях составляла 80 кВт/см"2 (КПД усилителя достигала 20%). Близость значений коэффициента усиления для широкополосного и узкополосного сигнала еще раз подтверждает, что благодаря быстрой вращательной релаксации в усилении принимают участие все молекулы, несколько раз совершая полный цикл: возбуждение -релаксация в колебательном возбужденном состоянии вынужденное излучение - релаксация в основном состоянии.

Часть II диссертации посвящена применениям лазеров среднего ИК-диапазона с резонансной лазерной накачкой. Продвижение источников когерентного излучения в более длинноволновую область позволяет исследовать взаимодействие лазерного излучения с конденсированными и твердыми средами в новом спектральном диапазоне. Излучение МНз-№2 лазера было использовано нами для изучения эффектов увлечения носителей фотонами в рве и Вк Эксперименты показали, что неохлаждаемые фотоприемники на основе рСе могут использоваться для регистрации излучения с длиной волны до 16 мкм, в то время как в В1 наблюдается эффект увлечения носителей фотонами с К =12 мкм только при охлаждении до 80 К.

В седьмой главе " Резонансное воздействие на молекулы " приводятся результаты исследований многофотонного возбуждения молекул излучением лазеров с резонансной лазерной накачкой. Наибольшие возможности раскрывают такого типа лазеры в области резонансного взаимодействия с молекулярными системами.

В первом разделе седьмой главы приводятся результаты по тазерному разделению изотопов углерода методом многофотонной диссоциации молекул СС14 излучением 1МН3- Ы2 - лазера (рис.11).

¡00

"ссе<

н 9°

ч

щ

о &

80

\ /

I I и Е • • § ( М После \|> облучения = 75 3,6см

1 Посла |г Щ облучения I

^ = 780 см" * > До \ облучения

795 758

78 820

800

780

760

740

;м

ОБОГАЩЕННАЯ СМЕСЬ ССе, = ССе,= 38:62

Рис. 11. Спектрограмма смеси СС14 до и после облучения.

В область излучения ЫН3- -лазера попадает мода у3 как 2ССЦ (796 см"1 ), так и 13ССЦ (759 см"1). В наших экспериментах юуществлялось воздействие на обогащенную смесь 12СС14 : 13СС14 = 58 : 62. При воздействии излучением с V =780 см"1 , плотностью жергии 5 Дж/см2 и длительностью 0,2 мке на 12СС14 давлением 0,25 лм рт.ст. селективность процесса диссоциации составила 4,4. Облучение СС14 лазерным излучением с V =753,6 см"1 длительностью 2 мке показало, что степень диссоциации обеих лолекул одинакова, т.е. соударения возбуждаемых молекул 12СС!4 с 3СС14 приводят к полной потере селективности. В случае юздействия на 13СС14 серией импульсов длительностью 6...8 не лазер работал в режиме с синхронизацией продольных мод)

селективность диссоциации превышала 6. Измерения эффективности диссоциации показали, что за один импульс диссоциирует до 10% молекул, находящихся в облучаемом объеме.

Большой практический интерес представляет исследование двухчастотного режима диссоциации, при котором возбуждение на первые колебательные уровни осуществляется слабым резонансным полем, а диссоциация возбужденных молекул -сильным нерезонансным . В качестве второго поля было использовано излучение С02-лазера накачки. Эксперименты показали, что при двухчастотной диссоциации пороговая плотность энергии резонансного поля существенно снижается по сравнению с одночастотным вариантом, то есть в качестве нерезонансного поля можно использовать и более коротковолновое излучение.

Во втором разделе седьмой главы приводятся результаты воздействия лазерного излучения на составные колебания молекул, имеющих несколько низкочастотных типов колебаний. В качестве объекта исследования была выбрана молекула UF6 . Кроме того, что она обладает указанным выше свойством, (vi =665 см"1; v2 =531 см"1; v3 =625,5 см"1 ; v4 =186,2 см'1; v5 = 200 см"1 ; v6 =140 см"1), эта молекула представляет интерес в связи с возможностью лазерного разделения изотопов урана. Составные колебания уч+у4 и v3+v5 , имеющие частоты 852,8 см'1 и дублет 821см"1 и 827 см"1 соответственно попадают в полосу излучения NH3-N2 лазера. Воздействие на эти колебания осуществлялось как в одночастотном режиме - только излучением NH3-N2 лазера, так и в двухчастотном - к излучению аммиачного лазера добавлялось излучение С02-лазера. В одночастотном режиме порог диссоциации составил величину 10 Дж/см2 , т.е. он всего в несколько раз (5...10) выше, чем при возбуждении моды v3 излучением СР4-лазера, в то время как интенсивность спектра линейного поглощения моды v3 молекулы UF6 примерно на 3 порядка больше поглощения на составной частоте v3+v5. Столь низкий порог обусловлен тем, что исследуемая молекула имеет несколько низкочастотных колебаний с v < 200 см"1, что существенно облегчает ей прохождение квазиконтинума вплоть до уровня диссоциации. Добавление нерезонансного поля С02-лазера (30 Дж/ см2 ) привело к тому, что пороговая плотность энергии снизилась до 3,5 Дж/ см2.

Поскольку в процессах диссоциации молекул важную роль играет буферный газ, нами проводилось изучение процесса распада молекул UF6 под действием излучения NH3-N2 лазера при добавлении водорода. Исследование характеристик диссоциации проводилось путем регистрации ИК-люминесценции в области

2,7 мкм молекулы НР* , образующейся в результате реакции молекулы водорода с продуктами распада 1/Р6. Установлено, что оптимальной является смесь 11Р6 :Н2=1:2, при добавлении водорода к ир6 пороги диссоциации существенно не изменяются, а зависимость амплитуды сигнала НР -люминесценции от давления смеси имеет максимум при р = 0,2-0,3 мм рт.ст., обусловленный с одной стороны возрастанием с увеличением давления количества излучающих частиц, а с другой стороны сокращением времени столкновительной дезактивации колебаний молекулы.

В восьмой главе " Приборы на основе лазеров с лазерной накачкой " приводятся описания приборов на основе 1МН3-М2 лазера. Первый раздел посвящен макету промышленного варианта инфракрасного лазера-преобразователя частоты излучения С02-лазера в более длиноволновую область спектра. При использовании в качестве активной среды смеси аммиака с азотом спектральный диапазон преобразования при КПД= 5% составляет 780... 890 см"1. Отличительной особенностью этого прибора является то, что с целью сокращения общей длины в нем используется трехпроходная кювета с активным веществом. Частота, на которую настроен преобразователь, индицируется на световом табло. Напуск газов и откачка кюветы осуществляются с помощью клапанов с электромагнитным приводом. В приборе предусмотрена возможность подключения пульта дистанционного управления или электронной вычислительной машины.

Второй раздел посвящен двухчастотному лидару на основе ЫН3-[\12 лазера. Перспектива развития методов дистанционного зондирования загрязнений атмосферы связана с использованием принципа дифференциального поглощения с рассеянием (ДПР) в области длин волн от 9 до 16 мкм, которая является наиболее информативной для идентификации загрязнений и контроля их уровня /94/. В последнее время особенно повысился интерес к контролю за побочными продуктами деятельности человека - ХФУ

хлорфторсодержащими углеводородами (фреонами),

наносящими вред окружающей среде. Т.к. полосы поглощения ХФУ лежат в области 8-14 мкм наиболее перспективным представляется использование [\1Н3 - С02 лазерной системы перестраиваемой в диапазоне 9 - 13,5 мкм . При этом зондирование необходимо проводить по методу дифференциального рассеяния и поглощения (ДПР), который является одним из самых чувствительных. Сущность метода ДПР заключается в следующем: зондирование атмосферы ведется на двух длинах волн, одна из

которых настроена на линию поглощения загрязнения, а друге является реперной. Сравнение сигнала обратного рассеяния на э™ двух длинах волн позволяет определить степень загрязнен!/ атмосферы. Особенностью работы Г\1Нз - СОг лазерной систем является возможность одновременной синхронной генерации и двух далеко отстоящих друг от друга длинах волн, одна из которь (линия 9И(30) или 9Я(16) С02 лазера) используется в качеств реперной, а другая (линия излучения МНз - лазера из дипазона 11 13,5 мкм) - в качестве основной зондирующей длины волны. Нам предложена схема лидара, основанного на базе Г\1Нз-С02 лазерног комплекса /83/, работающая по методу ДПР с одновременны синхронным зондированием атмосферы на двух далеко отстоящи друг от друга длинах волн в диапазоне 9-13,5 мкм (рис.12)

РИС.12. БлОК-СХСГйЗ Д5уХЧаС|0|Н0Г0 лидера.

Пучок сравнения и основной зондирующий пучок направляются I приемо-передающую систему, состоящую из расширителя пучка 1 приемного телескопа, которые выполнены по классическим схемаи Ньютона или Кассегрена. Принятые излучения фокусируются нг входную щель полихроматора или модифицироса.члогс монохроматора, позволяющего выделять излучение на дву) длинах волн (одной фиксированной - базовый пучок сравнения, г другой - переменной, зависящей от вида фиксируемой примеси е атмосфере - основное зондирующее излучение). Затем эп излучения попадают на ИК фотодетекторы, выполненные на

основе тройных соединений Hg0,8Cdo,2Te и обрабатываются электронной аппаратурой. Основными достоинствами данной лидарной системы являются ее относительная простота, возможность быстрой перестройки частоты зондирующего излучения более чем по 30 линиям в диапазоне 745-928 см'1, что расширяет набор детектируемых примесей по сравнению с С02 -лидаром.

В приложении описывается кинетическая модель лазера с резонансной лазерной накачкой. Численными методами получено решение скоростных уравнений в стационарном случае для NH3-N2 -лазера. Расчет зависимости интенсивности генерации ( lg ) от интенсивности накачки ( lp ) показал, что форма импульса излучения типичного С02-лазера, имеющего пичок и хвост , не является оптимальной, для увеличения КПД преобразования необходимо использовать лазер с прямоугольной формой импульса излучения.

Расчет основных параметров аммиачного лазера высокого давления - пороговых характеристик, максимального для данной накачки и размеров активной среды давления - показал, что при интенсивности накачки lP. =10 Мвт/ см2 , длине активной области 35 см, давлении аммиака 3 мм рт:ст: возможно получение-генерации при давлении азота 3,5 атм. Этот результат находится в хорошем согласии с экспериментальными данными. Проведенные вычисления позволили сделать вывод о том, что для получения генерации при максимально возможном давлении активной среды необходимо использовать смесь NH3 и N2 сильно разбавленную азотом (1МН3 : N2 =1 : 700), также нашедший экспериментальное подтверждение.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы из проделанной работы.

Все результаты изложенные в диссертационной работе получены впервые.

Защищаемые положения

1. Резонансное возбуждение ряда молекулярных систем лазерным излучением позволяет преобразовать частоту генерации в более длинноволновую область среднего ИК-диапазона, причем применение несфокусированной накачки дает возможность возбуждать большие объемы и получать в новых спектральных диапазонах значительные импульсные и средние мощности генерации при высоком КПД преобразования.

2. Экспериментально обнаруженная резонансная столкновительна! дезактивация нижних лазерных уровней молекулами буферного газ! в лазерах с резонансной лазерной накачкой приводит существенному увеличению выходной энергии лазерного излучения

3. Специально разработанные оптические схемы лазеров < резонансной лазерной накачкой, в которых используются лиш1 элементы с высокой лучевой прочностью - металлические решетки i зеркала, позволяют осуществить импульсно-периодический режт работы, сочетающий высокие импульсную и среднюю мощносл генерации лазера.

4. С помощью растр светопроводной схемы лазеров с лазерно! накачкой удается во-первых, значительно увеличить рабоче< давление активной среды, что приводит к увеличению ширины лини! усиления и представляет возможность осуществить плавнук перестройку частоты генерации лазера; во-вторых, значительж улучшить удельные характеристики и довести их до величин сравнимых с параметрами электроразрядных лазеров.

5. Созданные мощные лазеры с лазерной накачкой могут бьт использованы для резонансного воздействия на вещество в новыз спектральных диапазонах средней ИК -области, недоступных дл? широко распространенного С02-лазера: например, для разделенш изотопов углерода путем многофотонной диссоциации молекуг СС14 , диссоциации молекул UF6 и т.д.

6. При многофотонной диссоциации многоатомных молекул двухчастотным излучением в качестве "нерезонансного" поля може-быть использовано излучение с длиной волны меньшей, чем длинг волны "резонансного" поля.

7. Эффективность многофотонной диссоциации молекул, имеющи) несколько низкочастотных типов колебаний, при воздействии нг составное колебание сравнима с эффективностью диссоциации npt возбуждении основного колебания.

8. На основе лазеров с резонансной лазерной накачкой могут бьт созданы приборы для дистанционной диагностики источникое выбросов загрязнителей (например, фреонов) атмосферы Земли. Основные результаты диссертации опубликованы в работах

40 - 43, 48,49,52,53,55 - 57,60 - 67,73 - 83

ЛИТЕРАТУРА 1. Басов Н.Г., Прохоров A.M. Применение молекулярных пучков дл? радиоспектроскопического изучения вращательных спектроЕ молекул ЖЭТФ, 1954 , т.27, выл.2, с. 431-438.

!. Gordon I.F.,Zeiger H.I., Townes C.H. Molecular Microwave Oscillator ind New Hyperfine Structure in the Microwave Spectrum of NH3+ - Phys *ev 1954,v.95, ser2, No.1, p.282-284.

I. Реди Дж. Взаимодействие лазерного излучения с веществом,- М. |/1ир, 1974.

I. a) Laser surgery. Ed. I.Kaplan. Academic Press, 1976.

b) J.Parrish. American society for laser medicine and surgery: third annual meeting. Laser focus. 1983, №3, p.56-60 5. Special issue on optical-fiber communication, Proc.lEEE, 1980, 68, Ma 10.

5. Ready J.F., Industrial applications of lasers, Academic Press, N.Y., 1978

T, Basov N.G. Principles of high power laser construction for controlled ermonuclear fussion. - M., 1978, Preprint P.N.Lebedev lnst.№153.

Basov N.G., Oraevskij A.N., Pankratov A.V. Chemical and biochemical application of laser. N.Y..Academic press., 1974, p.207.

Басов Н.Г., Беленов Э.М., Исаков B.A,, Маркин Е.П., Ораевский VH., Романенко В.И. Новые методы разделения изотопов. - УФН. 1977, т.121, с.427- 455

3. Карлов В.В., Прохоров A.M. Лазерное разделение изотопов. - УФН, 1976, т.118, с.583- 609.

Летохов B.C., Мур В. Лазерное разделение изотопов. - КЭ, 1976, г.3,№ 2, с.248-287;1976, т.3,№3, с. 485-515.

10. Амбарцумян Р.В., Горохов Ю.А., Григорович С.А., Летохов B.C. Макаров Г.Н., Малинин Ю..А., Пурецкий А.А., Филиппов Э.П., Фурзиков Н.П. Очистка веществ в газовой фазе ИК лазерным излучением. - КЭ, 1977, т.4 ,№1 , с.171-173.

II. Летохов B.C., Чеботаев В.П. Принципы нелинейной лазерной спектроскопии. - М.: Наука, 1975.

12. Справочнкк по лазерам, т. 1,перевод под ред. Прохорова A.M., -М.: Советское радио, 1978.

13. Лазерный контроль атмосферы./под ред. Хинкли Э.Л., перевод под ред. Зуева В.Е., М.: Мир,1979.

14. Зуев В.В. Лазер - метеоролог. - Л.: Гидрометиздат, 1974.

15. Иванов В.Ю., Лифшиц Т.М. Лазерная магнитная фотоэлектрическая спектроскопия эпитаксиальных пленок из GaAs. -Известия АН СССР 1978, т. 42, №6, с.1235-1272.

16. Jawan A. Bennet W.R., Herriot D.R. Population inversion and contunious optical maser oscillation in gas discharge containing a He-Ne misture. Phys.Rev.Lett, 1961, v.6, №3, pp106-110.

17. Patel C.K.N. Continious-wave laser action on vibrational-rotational transition of C02 . Phys.Rev. 1964,v.136A, pp 1187-1193.

18. Pate! C.K.N. CW laser action in N02, N2-N20 system. Appl.Phys.Lett. 1965, №6, pp.12-13.

19. Басов Н.Г., Данилычев B.A., Ионин A.A., Ковш И.Б., Соболев В.А Электроионизационный СО лазер с энергией излучения 100 Дж.

- КЭ, 1971, т.1, №11,с. 2527-2529.

20. Басов Н.Г., Прохоров A.M. О возможных методах полученш активных молекул для молекулярного генератора. - ЖЭТФ, 1955 т.28, с.249- 250.

21. Basov N.G., Grasiuk A.Z., Efimkov V.E., Zubarev I.G., Katulin V.A. Popov Yu.M. Semiconductor laser using optical pumping. J. Phys.Soc Jap., 1966, №21,pp.277-281.

22. Басов Н.Г., Грасюк A.3., Катулин В.А. Индуцироваккое излучение в арсениде галлия при оптическом возбуждении. - ДАН СССР, 1965 т.161, с.1306-1307.

23. Maguar G. Dye-laser - a classified bibliography 1966-1972 Appl.Phys., 1974, №13, pp25-45.

Dye lasers. Ed. by F.P.Shafer. Springer series topics in appliec physics. 1973, Springer-Verlag.

24. Рубинов A.H., Томин В.И. Итоги науки и техники. - сери? Радиотехника,.: ВИНИТИ, 1976, т.9.

25. Chang T.Y., Bridges T.J. Laser action at 452,496 and 541 urn ir optically pumped CH3F. Opt.Comm., 1970, №1, pp.423-426.

26. Chang T.Y., Bridges T.J., Burkhard E.G. CW submillimeter lase action in optically pumped metil fluoride, metil alcogol and vinil clorlc gases. Appl. Phys.Lett., 1970, №17, pp.249-251.

27. Chang T.Y., Bridges T.J., Burkhard E.G. CW laser action at 81,5 anc 263,4 um in optically pumped ammonia gas. Appl.Phys.Lett., 1970, №17 pp357-360.

28. Chang T.Y., Wood O.R. Optically pumped atmospheric-pressure C0; laser. Appl.Phys.Lett., 1972, №21, pp19-21.

29. Scribanovitz N., Herman I.P., Feld M.S. Laser oscillation anc anisotropic gain in 1-0 vibrational band of optically pumped HF gas Appl.Phys.Lett., 1972,№21, pp 466-470.

30. Голгер А. Л., Летохов B.C. Инверсия населенности npt насыщении поглощения на вращательно-колебательных перехода) молекул. - КЭ, 1973 , №1(13), с.ЗО- 39.

31. Голгер А.Л. Нелинейное резонансное преобразование инфракраоного лазерного излучения на молекулах.- Кандидатская диссертация, М., ИСАН, 1976.

32. Chang T.Y., Wood O.R. Optically pumped N20 laser. Appl.Phys.Lett 1973, №22, pp 93-94.

33. Chang T.Y., Wood O.R. Optically pumped atmospheric-pressure C02 laser. Appl.Phys.Lett. 1972, №21, pp 19-21.

34. Петухов В.О., Старовойтов B.C., Трушин С.А., Чураков В.В. О возможности генерации излучения в области длин волн 7 мкм при оптической накачке молекул ОСЗ в полосе 11,7 мкм. - Тезисы докладов на III Всесоюзной конференции "Оптика лазеров", Ленинград, 1982, с .95.

35 Bushnell А.Н., Jones C.R., Buchwald N.I., Gandersen M. New HF laser pumped molecular lasers in the middle infrared. IEEE Quant.Electf., 1979, QE-15, № 4, pp 203-209.

36. Chang T.Y., McGee J.D. Laser action at 12,812 um in optically pumped NH3. Appl.Phys.Lett., 1976, № 28, pp 526-528.

37. Danilewitz E.J., Malk E.G., Coleman P.D. High power vibrationrotation emission from 14NH3 optically pumped off resonanse. Appl.Phys.Lett., 1976, №29, pp 557-559.

38. Fry S.M. Optically pumped multi-line NH3 laser. Opt.Comm., 1976, № 14, pp 320-324.

39. Toshida Т., Yamboyashi N., Miyazaki K., Fujlsawa K. Infrared and far infrared emission from TEA C02 laser pumped NH3 gas. Opt.Comm. 1978, № 26, pp 410-414.

40. Васильев Б.И., Грасюк A.3., Дядькин А.П. Мощный импульсный 1МН3-лазер с оптической накачкой излучением С02-лазера,- КЭ, 1977, т.4 ,№ 8, с.1805-1807.

41. Васильев Б.И., Дядькин А.П., Фурзиков В.П., Ястребков А.Б. Перестройка частоты генерации NH3 - и CF4 -лазеров с оптической накачкой. - Письма в ЖТФ, 1979, т.5 , № 7, с.439-444 .

42. Васильев Б.И., Грасюк А.З., Дядькин А.П. и др. Мощный NH3 пазер с перестройкой в диапазоне 770-890 см"1. - М., 1979 Препринт, ФИАН СССР, № 115.

43. Васильев Б.И., Грасюк А.З., Дядькин А.П., Суханов А.Н., Ястребков А.Б. Мощный эффективный NH3 -лазер с оптической накачкой, перестраиваемый в диапазоне 770 -890 см"1.- КЭ, 1980, т.7, №1, с.116-122.

44. Deka В.К., Dyer Р.Е., Perera I.K. High energy density NH3 laser using an unstable resonator C02 laser pump. Opt.Comm. 1980, v.32, pp 295300.

45. Tashiro H., Toyoda K., Namba S. Efficient amplification of an optically pumped NH3 laser at 11,07 um. Japan J. of Appl.Phys. 1981, №20 L, pp 765-767.

46. Deka B.K., Dyer P.E., Perera I.K. Subnanosecund midle infrared laser aulse generation by sinchronouse mode-locked C02 laser pumping. Dpt.Comm. 1981, v.37, pp 127-132.

47. Tiee J.J., Wittig С. CF4 and NOCI molecular lasers operating in 16 um region. Appl.Phys.Lett., 1977, v.30, № 8, pp 420-422.

48. Васильев Б.И., Грасюк А.З., Дядькин А.П., Фурзиков Н.П. CF4 -лазер с оптической накачкой.-КСФ,1978, №2,с. 34-40.

49. Васильев Б.И., Грасюк А.З., Дядькин А.П., Фурзиков Н.П. Характеристики СР4-лазера с оптической накачкой.- М., 1978, Препринт, ФИАН СССР, №26.

50. Алимпиев С.С., Баронов Г.С., Карлов Н.В., Карчевский А.И. Марцинкьян В.Л., Набле Ш.Ш., Хохлов Э.М.. Перестройка и стабилизация генерации лазера на молекуле тетрафторида углерода с оптической накачкой. - Письма в ЖТФ, 1978, т.4 , №7, с.167-171.

51. Бабичев А.П., Баранов В.Ю., Баранов Г.С. и др. Импульсно-периодический CF4 -лазер с циркуляцией рабочего газа. - КЭ, 1981, т.8, с.231-233.

52. Baranov V.Yu., Vasiliev В.I., Velikhov E.P. et all. Multiwatt optically pumped ammonia laser operation in the 12-13 um. Appl.Phys., 1978, v.17, pp 317-320.

53. Баранов В.Ю., Васильев Б.И., Велихов Е.П. и др. Импульсно-периодический режим CF4 -лазера с оптической накачкой и средней мощностью генерации 0,2 Вт. - КЭ, 1978, т.5 , №4, с.940-943.

54. Баранов В.Ю., Казаков С.А., Межевов B.C., Напартович А.Н. Орлов М.Ю., Письменный В.Д., Стародубцев A.M., Старостин А.Н.Исследование характеристик импульсного СР4-лазера. - КЭ, 1980, т.7, с.87-91.

55. Vasiliev B.I., Grasiuk A.Z., Dyad'kin А.Р., Sukhanov A.N., Yastrebkov А.В. Investigation of multiphoton processes by NH3 laser. Proc. 2 conf. ISOMP 1980, Budapest.

56. Васильев Б.И., Мамедов Ш.А.О.. Селективная диссоциация молекул СС14 излучением NH3 -лазера с синхронизованными модами. - Письма в ЖТФ, 1980, т.6, №20, с.1245-1248.

57. Ахраров М., Васильев Б.И., Грасюк А.З., Ястребков А.Б. Характеристики мощного NH3 -лазера с пассивной синхронизацией продольных мод. - КЭ, 1982, т.9, №4, с.655-660.

58. Basov N.G., Grasiuk A.Z., Zubarev I.G. Prospects of high power laser using stimulated scattering. Proc. Int. Conf. "Laser-80" USA 1980.

59. Васильев Б.И., Грасюк A.3., Ефимовский С.В., Смирнов В.Г., Ястребков А.Б., Светопроводный аммиачный лазер с растровой системой накачки.- КЭ, 1979, т.6, №3, с.648-650.

60. Vasiliev B.I., Grasiuk A.Z., Dyad'kin А.Р., Sukhanov A.N., Yastrebkov A.B. High power NH3-N2 laser tunable in the range from 745 to 930 cm"1

and it application in laser chemistry. Proc. of Int. Conf. "Laser-80", USA, 1980.

51. Ахраров M.. Васильев Б.И., Грасюк А.З., Ястребков А.Б. NH3 -пазер высокого давления,- КЭ, 1982, т.9, № 10, с.2044-2049. Б2. Васильев Б.И., Ястребков А Б., О возможностях NH3 -лазера высокого давления. -КЭ, 1984, т.11,№5 , с.1052-1060.

53. Vasiliev B.I., Grasiuk A.Z., Efimovski C.V. Pulsed C02 and NH3-N2 asers with continuous tuning. Proc. of the VI Int.Conf. on laser spectroscopy. Switland, 1983.

54. Ахраров M., Васильев Б.И., Грасюк А.З., Ястребков А.Б. Плавная перестройка частоты генерации NH3 -лазера внутри контура линии /силения. - КЭ, 1983 , т. 10, №3, с.602-607.

55. Ambartzumian R.V., Furzikov N.P., Letokhov V.S., Dyad'kin A.P., Grasiuk A.Z., Vasiliev B.I. Isotopically selective dissociation of CCI4 molecules by NH3 laser radiation. Appl.Phys., 1978, v.15, pp 27-30.

56. Амбарцумян P.В., Васильев Б.И., Грасюк А.З., Дядькин А.П.. Петохов B.C., Фурзиков Н.П. Изотопическая селективная диссоциация молекул СС14 излучением мощного NH3 -лазера. -КЭ, 1978. т.5, №8, с.1791-1795 .

57. Васильев Б.И., Дядькин А.П., Суханов А.Н. Диссоциация гексафторида урана на составной частоте излучением NH3 -лазера. Письма ЖТФ, 1980, т.6 , №5, с. 311- 313 .

58. Tiee J.J., Wittig с. The photodissociation of UF6 using infrared lasers. Opt.Comm., 1978, V.27, pp 377-380.

59. Rabinovitz P., Stein A., Kaldor A. Infrared multiphoton dissociation of UF6 Opt.Comm., 1978, v.27, pp 381-384.

70. Апимпиев С.С., Бабичев А.П., Баронов Г.С. и др. Диссоциация молекул гексафторида урана в двухчастотном ИК лазерном поле.-КЭ, 1979, т.6,с 2155- 2159.

71. Амбарцумян Р.В., Апатин В.М., Басов Н.Г., Грасюк А.З., Дядькин А.П.: Фурзиков Н.П. Диссоциация гексафторида урана лазерным излучением.- КЭ, 1979, т.б, с 2612-2613.

72. Tiee J.J., Wittig С. Isotopically selective in photodissociation of SeF6. Appl.Phys.Lett., 1978, v.32, №4, pp 236-238.

73. Валов П.M.,Васильев Б.И., Дядькин А.П., Ярошецкий И.Д. Спектральная зависимость увлечения электронов фотонами в р Ge.-ФТП, 1978, т.12, № 7, с.1288-1299.

74. Васильев Б.И., Курбатов Л.Н., Трухин В.Н., Шахиджанов С.С. Ястребкев А.В. Исследование спектральной зависимости эффекта фотонного увлечения в Bi .- Письма в ЖТФ , 1980, т.б, № 13 ,.829-830.

75. Vasiliev В.I., Grasiuk A.Z., Dyad'kin A.P., Sukhanov A.N., Yastrebkov A.B. High power tunable mid infrared NH3-N2 laser and its application for selective interaction with multiatomic molecules. Proc. of the V int. Conf. Jasper Rask Lodge, Alberta, Canada, 1981.

76. Васильев Б.И., Грасюк А.З.. и др. Молекулярные лазеры с лазерной накачкей. - Труды ФИАН , 1982, т.106, с. 3-50.

77. Ахраров М., Васильев Б.И., Грасюк А.З., Ястребков А.Б. NH3 -N2 -лазер в режиме генератор-усилитель. КСФ, 1983. №2, с.3-9.

78. Ахраров М.,Васильев Б.И., Грасюк А.З., Ястребков А.Б. Исследование температурного режима работы аммиачного лазера.-КЭ, 1981,т.8, №6, с.1229-1234.

79. Аверин В.Г., Ахраров М., Баронов Г.С.,Васильев Б.И., и др. Исследование диссоциации молекул UF6 при возбуждении составных типов колебаний излучением NH3-N2 -лазера,- КЭ, 1983, т.10, №2, с.346-353.

80. Алябьев Б.В., Васильев Б.И., Грасюк А.З., Смирнов В.Г. Аммиачно-азотный лазер, перестраиваемый в диапазоне 11-13,5 мкм (конструкция прибора).- ПТЭ, 1984, №5, 217 .

81. Ахраров М., Васильев Б.И., Грасюк А.З., Сосков В.И. Лазер среднего И К диапазона на изотопически замещенных молекулах аммиака.- КЭ, 1984, т.11, №4, стр. 845-846.

82. Ахраров М ., Васильев Б.И., Грасюк А.З.,В.И.Сосков, А.Б.Ястребков. 15NH3 лазер с двухфотонной оптической накачкой. КЭ,

1986, т.13, №8, с.1555-1559.

83. Васильев Б.И., Ястребков А.Б. NH3-C02 лидар для зондирования атмосферы в диапазоне 9... 13,5 мкм. Известия РАН. Серия физическая. 1994. Т.58, № 2, с. 202 - 206.

84. Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование. М.: Мир,

1987.