Тепловое воздействие тока разряда на спектральные характеристики частотностабилизированных лазеров тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

МИНИСТЕРСТВО^ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ ОДЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им.И Л*.МЕЧНИКОВА

На правах рукописи

Сунига Варгас Леонардо ^ _ у ^

ТЕПЛОВОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ТОКА РАЗРЯДА НА СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЧАСТОШСЮТАВИЛИЗИРОВАНННХ ЛАЗЕРОВ

01.04.05 - Оптика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Одесса - 1993

Работа выполнена в Одесском государственном университете им.И.И.Мечникова

Научный руководитель! кандидат физико-математических наук,

старший научный сотрудник Гримблатов В.М.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Михайленко В.И.

кандидат технических наук Ковалев Ю.В.

$

Ведущая организация - Одесский электротехнический институт связи им.А.С.Попова

Защита состоится' "/|2.» р^Т-^ fcp.fr- 1993 г. в часов на заседании Специализированного Совета, шифр К Обе.24.03, в Одесском государственном университете им. И.И.Мечникова, 270057, г. Одесса, ул. Петра Великого, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в научной, библиотеке Одесского государственного университета им.И.И.Ыечникова.

■ Автореферат разослан

н|Ь" 1993 г

Ученш секретарь Специализированного Совета,

•^анд.фаз. -мат. наук, доцент д.П.ведчук

д.П.

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

С развитием лазерной физики и особенно ■ созданием частотно-стабилизированных лазеров фундаментальные спект&оскоьячебкие исследования приобрели непосредственную практическую значимость. Это связано, в первую очередь, с потребностью иирокогс использования в измерительной технике стабилизированные по частоте лазеров и тем влиянием, которое оказывают на стабильность и воспроизводимость частоты этих лазеров спектральные характеристики активных сред. Нестабильность и невоспроизводтаопть стабилизированной лазерной частоты полностью определяются параметрами и положением т частотной оси ренерного резонанса, которые, в своя очередь, зависят от технических характеристик лазера, таких как давление, ток разряда и т.д. Сложность механизмов и многою аль-ность их влияния на спектральные характеристики излучения об уело- ■ вили их недостгточнуэ изученность, из-эа чего теоретический предел воспроизводимости частоты пока еще не достигнут. Даже в старейшх одночастотных лазерах со стабилизацией по провалу Лемба достигнутая воспроизводимость на порядок и более хумэ стаЪ.шьнос-тл частоты. Как показали международные сличения, з лазерах со стабилизацией частоты по нелинейным резондисам насыщенного поглощения ситуация аналогичная.

Определяющая роль в до с тих "с-пти максимальных злачешй стабильности и воспроизводимости лазерной частоты 'таких .спектралышх характеристик, как однородное ушренае п сдвиг спзктральной линии обусловила интенсивные исследования. Из тйшичесюх фактор ш наиболее основательно было исследован^ влияние эффектов давления газа. Однако при этом в силу малости из рассмотрения исключались олоктрон-йтскяые столкновешш, что объясняет малоизученность такого технического фактора, кг,« ток разряда. В то ::;е время в мало-ыоглшх га поразрядных лазерах он мокет окэгу.ть ^упестренное влияние но спектральные характеристики через тепловой мехпнизм.

Актуальность исследований связи спектральных характеристик _ ситивксй среди с током разряде основызается также на перспеотшзе использования гшязляемых при о тих исо чедованиях закономерностей для развития и отработки па пример- Пе-Яе лазера простых и недорогих спектроскопических методик определения параметров активной среды из характеристик и Формы провала /чмба.

Цпь и задачи работы.

Целью настоящей работа является исследование теплового воздействия тока разряда тта однородное уширете спектральной лшвш перехода неона в He-Ne лазере.

Поставленная цель включает в себя необходимость решения сле-дувдих зэдач:

1. Теоретическое описание воздействия тока разряда на спектральные характеристику лазерных переходов в газоразрядных лазерах с учетом нлияния нагрева газа током разряда.

2. Тео2сэтическое и експериментальное исследсваппо теплового релгимс работы He-Ne лазера.

3. Развитие расчетных методик определения однородного уширения спектральной алии рабочего перехода газового лазерт ломбовским методом.

4. Разработку'метода экспериментальной регистрации формы и измерения характеристик провала Лзмба о повышенной разрешающей способностью.

5. Экспериментальные исследования влияния тока разряда на спектральные характеристики рабочего перехода Не-Не лазера на ¿33 нм.

Научная новизна

В работе впервые в полном объеме с учетом всех прямых и косвенных каналов рассмотрено р таяние тока разряда на спектралышэ характеристику лазерного перехода.

1. Установлено, что в Че-Не лазерах основной канал влияния' тока разряда на спектральные характеристики лазерного перехода, в частности, %а его однорогое уширение, обусловлен изменением столкновительного уширения спектральной линии из-за теплового вытеснения газа из рабочей зоны.

2. Показано, что изменение с'олкноектольного ушренин спэкт— ралыюй линии-рабочего --¡ерохода при изменении тока разряда исгса-i.'.'iT но только просо- ЛембЭз, но и весь контур генерации, иаизпгл его кирину на уровке дна щсвали Леыба.

3- fciSBi. .а новая методика определения двух параметров однородного ущиртшя • рабочего парохода и величины относительного ч'озбугщешт лазерной систему из окспор^иентально кз^решшх ха~ рактерпепз: лоибовского провала, ::oi _>рая моает применяться кок а ■ одночпетотнеи, так и и дьугчаогоmm pesrsios гонораадо'.

Практическая значимость.

Полное исследование влиянкия всех каналов одновременного воздействия тока разряда па с^олкноггителънке характеристики представляется весьма В'лмым, поскольку поможет установить меггнигу. и особенности искажения формы провала Лвмба и строить на етой основе hodkg спектроскопические методики и сог.е^енетв -зэть технику стабилизации частоты лазеров

Результаты диссертационной работ могут быть использованы при исследовании динамики поведения спектроскопических пара^-тров лазерных газоразрядных сред, обработке результатов сличений чгг-тотностабшизирсвашшх ла-зеров, разработке лазеров дл*. лиг'йпих и угловых измерений.

Основные положения, выносимые на защиту!

1. В He-JJe имеет место непрямой кан^л влияния тока разг да на стабильность частотных характеристик лазерного излучения через вытеснение газа из рабочей зоны в результате нагрева tokjm разряда.

2. Межатомные столкновения приводят не только к значителыю-му изменению формы провала Лэмба ( eve сирины и глубины ), но и изменяют ширину всего' контура генерации на уровне дпз прг.взла Лэмба.

3- Спектроскопические характеристики лазерного перехода (параметры однородного ушрением Г^ и Г0) и одновременно величину относительного возбуадегая г мотаю определить по окспер;п"эн-тально измеряемым характеристикам провала Лймба.(ширнкы и глубины) как в одночостотнсм, так и п двухчастотком рехимзх генерации.

Апробация.

Материалы диссертационной работы докладывалио» на Меидука-родном семинаре "Оптические метода диашоет.ччч. материалов и изделий опто-. микро- и KitiüTCioíi электроники", Киев, tí'33 г., 5 - 7 мая; на научном семинаре лаборатории квантовой злектрожшя Одесского университета нм.И.И.Мечникова.

Публикации.

Основное содержание опубликовало в трех научных работах.

Объем и структура.

Диссертация состоит из введения, четырех гл-в и заклта шя ( 103 стр., Еклачал 35 иллюстраций, одна таблица ) л списка литературы ( 86 наззаний ).

- 6 -

V

СОДЕРЯАШК РАКОТЫ

Во введение обосновывается актуальность проблемы, сфэрмулиропаны цель к за/' ти работы. Кратко излагается содержание диссертации по главам и приводятся осьолше результаты работы.

'Первая глава косит обзорный характер. В ней проанализированы литпратурные дашше по исследованию атсм-ато:.иых и олэктроу -атомных столкновений на ушрение л сдв;1Г спектральных линий рабочих переходов в Ее-Ие лазерах, приведены данные акс-першенталглгых иссчедований по влиянию температуры газа на спектральные характеристики ряда переходов в гелии и в неоне.

Систематизация и анализ опубликованных ¿абот показали, что наиболее из* гешш;.;я к настоящему времени являются услреигз и сдвиг спектральный линий рабочих переходов в Не-Ме лазерах за счет меяатомных столкновений, на которые мокно воздействовать черет, давло£гее и температуру газа. Донных о влиянии разрядного тока на спектральные характеристик;; лазерных переходов недостаточно и они носят противоречивый характер.

Вторая глава данной диссертационной работы со-г дергчт теоретический анализ влияния различных физических гроцес-соа, происходящих в активной среда газоразрядных лазеров, на спектральные характеристики рабочее переходов. При зтом учитываете." релаксация возбужденных уровней за счет столкновений с О'срукащиш частица!Л1 (атома-тг и. олектрона»«), со стенка*"! разрядной трубки, а также учитывается шшш пз релаксационные характера, иии рабочих уровней аффектов пленения резонансного излучения и полевого узиренил. Записано общее выражение, связызаы-цее релаксаци иные параметры активной среды с ъгленюганостыэ поля излучения, с давлением р и температурой газа Г, с електронноя температурой Та и током разряда I, с радиусом разрядной трубки.

Проведенные оценки вкладов р.' личных физических процессов в однородное ушрение линий- излучения показали, что основной вклад в однородное укирчние спектральных характеристик' лазерных переходов р гелий-неояоьом л-^зер дазт «еаатемные етолкновеня; параметры которш: зависят ст температура газа. Поьтсму во ето;>«.1 раздела данной глави проьедп расч?1" теплового реглыа рабом Пе-15о л.зера.

Наглев нейтрального гааа в газершрнднлх ?руо':ах при прохождении елеьтрического толз препехо^.т в результата передачи кено-

■илчеоксй еиергш свободных электронов газовым молекулам прй упругих соударениях. В маломощных газоразрядных лазерах тепловой режм в активном элементе устанавливается, в основном, в соответствии с обычным теплопроводностным механизмом охлаздения. Для разрядной трубки, диаметр которой намного меньше ее длины, средняя по .сечению температура гэза внутри трубки определяется выражением

где .

А =

Здесь Г2 разряда, разряде,

п-к

2-Я

Г = Г, + р-Г

( 1 )

+

1п

И

ту]

- температура наружной стенки лазерной трубки, I - ток Е - напряженность гродольного электрического поля в г? .- часть даоулевой мощности, идущей на нагрев газа, коэффициент в зависимости теплопроводности газа от темпера-коеффициент теплопроводности стенок

^ры X = X, ■ А Т , X

от

разрядной трубки, и й2 - соответственно внутренний и наружный радиусы разрядной трубки.

При втсм из-за неравномерного нагрева лазерной трубки и изо-баричное~и тепловйх процессов в маломощных газоразрядных лазерах происходит перераспределение плотности рабочего газа по объему активного лемента за счет его вытеснения из более нагретых областей на оси трубки в более холодные части разряда. Это могут быть стенки разрядной трубки (поперечное вытеснение) и балластные, анодные и катодные, колбы (продольное вытеснение)

В последнем разделе данной главы расчитана зависимость однородного уширения липни Зз^ - 2р^ неона в Не-Не лазере в зависимости от величины тока разряда с учетом двух конкурирующих, относительно тока разряда, процессов

Р

• 4- Ъ-р-1

Г = ГРад + а(

где Г _ - радиационное уширение спектральной лшши, второй член

¿"■А

характеризует ушрепие спектральной лчнии из-за столкновений между атслами, третий, пропорциональный току разряда, за. счет соударений с электронами, а, Ь, а - положительные постоянные. Второе и третье слагаемые описывают, соответственно, уменьшение величины параметра однородного уширения из-за теплового вытеснения газа при росте тока разряда и увеличение ширины с ростом тока

- в -

разряда из-за столкновений возбужденных атомов со свободными электронами газоразрядной пазмы. В зависимости от характера протекшим этих .двух процессоз рост тока разряда сопровоздается уменьшением или увеличением однородного укирешя спектральной ли-шг.1 рабочего перехода. Оценки, проведенные на основании литературных данных тля параметров а, Ъ и а позволяют заключить, что в маломощных Не-Ке лазерах в условиях обычного теплового рекима определяющим является аффект теплового вытеснения газа и чисто токовой добавкой в уширение спектр?чьной линии 633 нм могло пренебречь.

В третьей главе обсуждаются особенности определения однородного уширения спектральных линий рабочего перехода газового лазера методом провала Лзмба. Согласно теоретической модели GBL, развитой в работах Ломба с сотрудникам!, и модели "сильных" столкновений, рассмотренной в работах Раутиана с сотрудниками, учет межатомных столкновений с изменением скорости и пленения резонансного, излучения пр"водят к модификации лоренце-ва контура спектральной линии и к необходимости учета двух параметров однородного уширения спектральной линии рабочего перехода Г^ и Г2 при записи выражения для частотного профиля ин-тенсивноети излучения

К и

ио>

1 -

1 +

•9Хр

V ü

leu

Ъ (ü

V

( 2 )

Здесь I --

безразмерная "нтенсивность поля внутри резо-

^а^а х - ■ ¡1-Г р

натора; й - довольный момент рабочего перехода; Е

о

амплитуда поля; И - постоянная Планка; и - центральная частота рабочего перехода о учетом сдвиге чз-за фззосдвигавднх соударений; Ц - частота генерируемого электромагнитного поля; относительное

шшереная заселенность

_ р

возбуждение % ~(4i- cL" AN Q)/(h«ai), ANQ

рабочих уровней в отсутствие генерации;_ Q - добротность резонатора, ku - доплеровское ушнренпе спектральной линии, Кооффщиент О является функцией релаксационных параметров атомной системы.

В данной главе записаны выражения для параметров однородного

С

упмрепия спектральной лиши с учетом как мекатемных столкновений', так и эффектов пленения излучения о верхнего и нижнего лазерных уровней "

ГГ ГаЬ + Г! 'Р; Г2Я Г1/( 1+9 >гаъ=(га f ГЪ )/2;

Г1 г' ( г^ет)-р + А,(Г11 )

в =1+24п---г ■ Е —-1-^--(3)

1ш.(Га+Гь ) Г,рад - А30-Г3

Г1 = Г1рэд - А10-£1 + Г1 "Р : 13 а>Ъ; 3 = а'Ь*

Здесь индекс (а) относится к верхнему лазерному уровню, т!де:<: (Ь) - к ншяему, А10 - коэффициеты Эйнштейна для спонтанных переходов, параметры характеризуют степень пленения резонансного излучения с данного уровня и зависла от давления и температуры газа, а также от размеров разрядной трубки ( при полном пленении 1 - 1 ).

В результате проведенного анализа выражения ( 2 ) установлено, что межатомные столкновения и аффекты пленения приводят не только к значительному изменению формы провала Лэмба ( его ширины ц глубины ), но и влияют на общий контур генерации, в частности, изменяют ширину контура на уровне дна провала Лэмба. Установлена резкая ЕЛвисимость частотных характеристик провала Лэмба от величины относительного возбуждения вблизи порога появления провала. Анализ выражений для параметров ломбс-вского провала позволил преддсккть ряд расчетных методов для нахождения спектроокошгаео-кпх характеристик лазерного перехода ( параметров однородного уширением Г1 и Г2 ) и величины относительного возбуздения % ко ¡экспериментально из^ориемым характеристикам прозала Лэмба. Так, измерив частотное расстояние мевду "горбам:!" Ди^, ' ширину контура генерации на уровне "дна" провала Леыба Ди2 и контрастность провала К =1^/ 10, полагая при этом параметр доплерсвского успрепия ки иззестным, моано из следувша формул найти паргыетрн однородного утпирения Г1 и Г2 одновременно с величиной относительного возбуждения X

Г1 = ки-4 дагли2,к )

% = 1 + г2( догда2,к ) и)

Г2 = Гг Ди^ДОдД )

Здесь

-С, + 4 Det Э, + 4 Det В-(Ъ+х)

f =_!_• j - _¿_. j = _

1 2-C2 ' 2 2•(K—1) ' 3 Ъ(х-1)-В(Ъ+х)

K-B - 2-a-exp(a); Cg= K-B/b -exp(a); Сэ=К-В-2-Л; o o

^et= C^ + 4-a -C0exp(a); A-exp(a)-1; B=exp(b)-1;

a = (дс^/гки)2; b = (ды2/2ки)2; x = (Ц/ки)2.

Отметим, что эти формулы можно использовать как в одяочас-тотном, так и в двухчастотном режимах генерации.

Определение двух параметров однородного уширения Г., и Г2 , зависящих от одних и тех :ке уширяющих факторов, дает возможность выделить вклад в уширения фязосдоигающих (слабых) столгаювешшй, которые обуславливают и сдвиг частоты квантового перехода, отвечая тем самым за невоепроизводимость частоты излучения частотнос-табшшзированнкх лазеров. В этом проявляется одно из преимуществ использования провала Лэмба ,»гля определения спектроскопических параметров активной среды.

В четвертой главе описаны экспериментальные исследования влияния тока разряда на однородное уширениэ ли-шш лазерного периода Зз2 неона в He-Ne лазере.

Здесь в первых трех разделах кратко обсуздаются основные лазерные спектроскопические метода, методы исследования завис .»гости мощности излучения лазера о г частота и приводится описание усовершенствованного метода провала Лэмба длл исследования зависимости однородного уширения линии рабочего i: рехода от тока разряда.

В данной работе используется экспериментальная установка, реализующая последовательный способ измерения частотного контура мощности генерации. Она включает в себя: He-Ne лазер, работающий в стационарном одночастотном режиме генерации на длине волне* 633 нм; блок фоторегистрации излучения лазера; систему электроники, обеспечивающую управление длю'ой резонатора, измерение выходной мощности и запись зависимости выходной мощности от управляющего капрякзыия. Повысить точность Метода последовательно!* записи моа-но, преобразовав сигнал в цифровую фформу и записав полученную информацию в память ЭВМ для последующей обработки. При отом

Рис.1. Блок-схема экспе?и:.{?»<талыгоЧ установки I - актиш^'Ч элемент, 2 - источник гитаник, 3 - зеркала, резонатора, 4 - пьеэокерпмика, 5 - <Ьотогграоь:клк, 6 - АЗУ, 7 - АЩ1, с - устройство сопря-гвнкя объектов, 9 - ПС'ПО'.'СК"-!, 10 - дрзплеЯ, II - принтзр, 12 - так?пькп ге:-оратср, 13 - осциллограф, 14 - ЦШ, 15 - усилитель

пазрешение метода определяется, в основном, разрешением датчика и не теряется при обработке. Крокле того, включение ЭВМ в око-перимент позволяет программными методами реализовать любой алгоритм ¡.'■¡работки сигналов с целью выделения интересующей нос информации.

Блок-схема экспериментальной установки приведена на рис.1. Излучение лазера направляется на фотоприемник 5, Q выхода которого сигьил, пропорциональный мощности излучения, поступает на вход аналогово запоминающего устройства ( АЗУ ) 6. По импульсам •'запись", генерируемом генератором АЗУ, запускается аналогово цифровой шзеобрааозатель ( АШ ) 7. АЦП осуществляет преобразова-ше запоминаемого в АЗУ сигнала в 13-разрядный цифровой код. Применение АЗУ совместно с АЦП позволяет значительно уменьшить динамическую погрешность последнего. Затем цифровые данные через устройство сопряжения' объектов ( УСО ) 8 вводятся в память совместимого с IBM персонального компьютера "Поиск-1" 9. Записанный массив данных обрабатывался по программе, написанной на языке "Бейсик". Алгоритм обработку данных заключался в проведении заданных N циклов сканирования длины резонатора. После кавдого цикла сканирования по разработанной программе осуществляется вцделе-ние информации одного полного контура, выбор из этой информации амплитуд и координат { адреса ячеек ) выделенных точек контура и занесение полученных данных в заданную область памяти ЭЕМ. Проведя определенное ( в данном случаи 64 ) количества циклов и накопив дашше, ЭВМ производит их обработку и выдачу на дисплей ( ш

■печать ) 11.

В результате машиной обработки на печать выдавались следующие данные (см. рис.2):

о) частотное расстояние меаду максимумами на зависимости выходной ^ мощности от частоты генерации ли1 , которое определяет рассм триваемую в диссертяцаи ширину провала Лемба;

б) расстояние кэзду частотами, при которых мощность генерации равг >"щнбсти центре линии, т.е. шрнну коятуга генерации на уровне- дна провала Лемба

в) уровень мощности пзлучекиг. в егетремзлъшгх точках- и отношение максимальной мощности при расстройках, равных полуширине провала, к мощности г центре ;зшии (при нулевой расстройке), т.е.

3 4 ' 5 6 7 8 ]

Рис.3. Зависимость гаирины провело Лэмба от тока разряда для трех актипчых элементов ЛГ-77

3 4 5 5 7 8 ^мА

Рис.4. Зависимость пирины клнтура генерации на уровне дна провала Лэмба от тока разряда для трех активных элементов ЛГ-77

3 4 5 6 7 86 7,мА

Рис.5. Зависимость интенсивности генерации (ь произвольных единицах) в• центре провала Лэмба от тока разряда для трехх активных элементов ЛГ-77

К 1,12

1,СЗ

1,04

Х1 *

V.

/1

I

1\3

3 4 6 7.8 мА.

• Рис.6. Зависимость контрастности провала Лэмба от тока разряда для'грэх япткешх элементов ЛГ-77

контрастность провала Лэмба К = P^Pq!

г) для одаочастотного режима генерации частотную пирину области генерации. Да„_ .

В последнем разделе данной главы приведены результаты экспериментальных исследований влияния тока разряда на характеристики провала Лэмба з выходной мощности излучения Не-По лазера но длине волны 633 пм , полученных нз описанной установка. Измерения проводились для трех актив1шх элементов Не-Ке лазера модели ЛГ-77 и двух активных элементов модели ЛГ-149 при изменении величины тока разряда от 4 мл до 7,5 мА с пагом 0,5 мА. При етсм одновременно измерялась и температура наружной стенки рабочего капилляра. Измерения проводились три естественной охлаэдепки всех лазерных трубок модели ЛГ-77, а одна нз трубок модели ЛГ-149 охлаждалась проточной водой.

Результаты проведенных измерений частотных и энергетических характеристик провала Лэмба при изменении тока разряда приведем* на рис. 2-5 для активных элементов модели ЛГ-77. •( Для трубок модели ЛГ-149 результаты аналогичные ). Видно, что поведение всех экспериментальных кривых с изменение!.! тока разряда одинаково. Однако, оптимальные значения тока разряда, при которых энергетические и чьетоткые характеристики провала достигай? сзссй максимальней величины, не совпадают для разных трубок. По-йиднмсму, ото связано с различным наполнением лазерных трубок.

В программное обеспечение электронно-вычислительного кемп-лекса экспериментальной установи! была эклачена программа вычисления параметров однородного ущирешя Г1 и Tg , а так-::-:а величины относ гольного возбуждения х по методу, предложенному в дашгой работе. При этом температура газа, которая необходима для нахождения параметра доплеровекого узирения, онреде-лпется по приведенной выше формуле ( 1 ) с использованием пз-тегаемтури наруглой cxcisci трубки. Результаты обработки экспериментальных данных для характеристик провала Лэмба по формулам ( 4 ) для различных значе:дя величины тока разряда пртедены на.рис.7 - О для трубок ЛГ-/7 . Но всех случаях наблюдается линейная падащая зависимость параметров однородного угитреггня от величины тока разряда, что согласуется с теоретическом результатам! зтерой глзен. Тем самым подтверждается предположение о значительно! ролл теплового вытеснения газа из рабочей

1,40

1,32

1,24

нн

N

\[2

N

ь

3 4 5 6 7 е 7 ,мА

Рис.7. Зависимость величины относительного поябучдения от тока разряда, рассчитанной по Формулам (4), на основании экспериментальных данных для трех активных элементов Г.Г-77

Г1'Г2 МГц 180

170 160

у и '80

70

-I-1.

б)

Рис.8. Зависимости

JM

гараметроп однородного упирения Г^

и Гп

от тока разряда, рассчитанных по (Т-ормухам (4), на основании экспериментальных данных для трех яктичны.; элементов ЛГ-77

а1 Г-,

б) Г.

2

зоны для однородного ушярения спектральной линии рабочего перекода в газовых лазерах.

Экстраполяция прямых Г1 (I ) и Г2 (I ) к нулевому значению тока разряда позволяет найти значение Г1 = Г1рад+ р )

и Г2 = Г2рзд+ Г<ст)( р ) для клздой трубки. Согласно результатам проделанного обзора литературы, приведенного в первой главе данной диссертационной работы, в настоящее время существуют достаточно достоверные и надепзше данные для радиационного и столкновитель-ного ушярения линии Зз2 - 2р^ неона в Не-Не лазере, полученные разными авторами и согласующиеся между собой. В данной диссерта-цш1 предлагается использовать известные из литературы зависимости р ) и Г2( р ) для определ-чия давления в трубке по измеряемым тем или иным способам значениям Г1 и Г2 , т.е. использовать обратную зависимость р( Г^) . Результаты обработки таким способом экспериментальных данных для трех лазерных трубок модели ЛГ-77 сведены в таблицу.

N. р из Г1 р из Г2 < Р > Ошибка"

обр. мм рт.ст. мм рт.ст. им рт.ст. %

1. 2.78 . 2.70 2.74 1.4

2. 3.13 3.42 3.28 4.4

3. 3.48 3.44 3.46 0.6

Видно достаточно хорошее совпадение двух найденных значений давления для каздэй трубки. Эти результаты позволяют надеяться на перспективность использования предложенной окспресс-методаки измерения давления см ni газов в рабочем капилляре частотностабилн-зированных газовых лазеров.

Больше того, полученные здесь выражения ( 4 ) мозяо представить как систему трех уравнений относительно неизвестных: давле-ши р , .относительного Еозбугщения х и доплеровокого уширешя loi , (с которым однозначно связана температура газа Т ), если считать заданными записк.'осга Г^р) и Г2(р), а параметру лэы-бовсгсого прсс.ла - sipnny провала кьк частотное расстоянио мезду накопкутлаш мсгзюста генерации л частотнуа сирину контура моцвоо-тп па урогл;з дна провала ЛшСз, а такие максимальную мощность (з "горбе") и мощность 'в центра провала в относительных едшащах (коптр,четность) измерять в эксперименте. Измерение величин даале?

ши и те"чературы газа в рабочем капилляре частотностабили-зированных лазеров одновременно с измерением относительного воз-бувдения лазерной системы является важным с точки зрения выяснения причин невоспроизводимости, частоты в каздоы конкретном случае.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

Основные результаты работы.

1. Проанализирована связь релаксационных характеристик активной среды с основными параметрами разрдда: температурой и давлением газа, концентрацией электронов, размерами разрядной трубки.

2. Уточнены механизмы влияния тока разряда на спектральные характеристики лазерных переходов. Показано, что помимо прямого Воздействия тока разряда на спектральные характеристики активной среды через столкновения возбужденных атомов со свободными електронами газоразрядной плазмы, значительную роль играют тепловые оффекты, вызванные нагревом газа током разряда. При отом помимо зависимости микроскопических столкновителышх параметров от температуры газа проявляется зависимость плотности атомов в основном состоянии из-за явления теплового еутсснэккя газа из рабочей зоны в менее надетые области. В результате чего изменяются к параметры однородного уширения и сдвига спектральной линии.

3. Проанализированы особенности определешм однородного уширения спектральной лшнш рабочего перехода методом провала Ломба с учетом эффектов столкновений ыегздг частицам:! и пленения резонансного излучения.

4. Разработан ряд новых расчетных методик для определения двух спектроскопических параметров лазерного перехода Г1 и IV, одновременно с еоличшюй относительного возбуадния х ызтодш провала Лвмба, которые моено использовать в одночастотнсм и даух-частотном режимах генерац1!И.

5. Проведано уссвсркскствовашш экспериментальной установи! для измерения характеристгас прогала Ломба с высокой точность». Модифицированная методика измерений параметров контура генералах основана на преобразовании спгналсз в цифровую форму, их накоплении и последующей статистэтеской обработки.

6. Измерены зависимости характеристик провала Лемба от вали-

чины тока разряда в случае генерации на длине волны 633 нм о использованием различных разрядных трубок.

7. На основании проведенных экспериментальных измерений параметров лембовского провала и разработанных расчетных методик определены параметры однородного уширения спектральной линии рабочего ' перехода Г^ и Г g одновременно о величиной относительного возбуждения % при различных значениях величины тока разряда для ряда разрядных трубок. Усгановлена определяющая роль теплового вытеснения газа при увеличении тока разряда на однородное ударение спектральной линии рабочего перехода.

8. Показана возможность практического применения полученных результатов для экспресо-контроля давления газа в отпаянных газоразрядных трубках.

С п и о о к работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Гримблатов В.М., Сункга Л., Калугин В.В., Михайловская Л.В. Экспресс-контроль давления газа в частотно-стабилизированных He-Ne - лазерах //Оптика и опектр..-199Э г.-Т.74.- В.2.-С.392-394.

2. Grimblatov V.M., Kalugin V.V.. Trofimov A.V., Zuniga L.. Non- Interference method oí optical surfaoes rougKhhness measurements. // International Workshop "Optical Diagnostics of Materials and Devioes for Opto-, Mioro- and Quantum Eleotronios", Ukraine, Kiev, 5-7 tíay, 1993.

3. Combla toy V.M., Kalugin УЛ., lílkhaylovskaya I.V., Zuniga Ь. Bxpress-oontrol method of frequence nonreproduoibility sources in frequenoy stabilized He-Ne lasers.// International Workshop "Optical Diagnostics of Materials and Devices for Opto-, Mioro- and Quantum Eleotronios", ' rralne, Kiev, 5 - 7'May, 1993.