Физические процессы в активных средах лазеров на самоограниченных переходах в парах металлов и их взаимосвязь с параметрами разрядного контура - Автореферат

На правах рукописи физические процессы в активных средах лазеров на самоограниченных переходах в парах металлов и их взаимосвязь с параметрами разрядного контура специальность: 01.04.21 - лазерная физика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Работа выполнена в Томском государственном университете, Институте оптики атмосферы СО РАН (г. Научный консультант: доктор физико-математических наук, Солдатов Анатолий Николаевич Официальные доктор физико-математических наук, оппоненты: Соломонов Владимир Иванович доктор физико-математических наук, Сорокин Александр Разумникович доктор физико-математических наук, Тарасенко Виктор ФедотовичЛазеры на самоограниченных переходах атомов металлов (ЛПМ) - лазеры, инверсная заселенность в которых возникает между резонансными и метастабильными уровнями атомов и ионов металлов в период ионизационной неравновесности плазмы, являются одним из наиболее эффективных источников излучения в видимой области спектра среди газовых лазеров. Время развития пробоя определяется временем прохождения промежутка “плазма - анод” электроном, стартовавшим из плазмы на анод с момента пробоя. В случае перехода электронов в режим убегания, когда граничное значение напряженности поля Ecr для пробоя соответствует условию ai(Ecr, NHE)d = 1 (ai - таунсендовский коэффициент размножения электронов, d - расстояние между разрядным каналом и анодом ГРТ, NHE - концентрация буферного газа в промежутке “плазма - анод”), величина инверсной населенности в лазере на парах стронция определяется энерговкладом собственной емкости ГРТ с эффективностью генерации ~ 6-8%. Критическая населенность метастабильных состояний Nmcr, при которой инверсия в активной среде не возникает, определяется как сумма предымпульсной плотности метастабильных состояний Nm0 и заселенности метастабильных состояний Nmf на фронте импульса возбуждения в течение времени разогрева электронов до критической температуры, при которой скорость заселения верхних лазерных уровней начинает превышать скорость заселения нижних уровней. На первом этапе следует определить условия, при которых реализуется максимальное значение соотношения - Eg/Ed, т.е. определить физический КПД активной среды hфиз = (Eg/Ed)?100%, (3) который определяет максимально возможный уровень энергетических характеристик ЛПМ, на втором этапе выяснить причины, ограничивающие ЧСИ генерации, т.е. практический КПД (2) лазера.В настоящей работе предпринята попытка объяснить наблюдаемые зависимости с позиций радиофизики, т.е. исходя из теории нелинейных электрических цепей; рассмотрены процессы в разрядном контуре лазеров на самоограниченных переходах и их влияние на кинетику процессов в активной среде. При этом показано, что развитие пробоя в концевых зонах ГРТ и наличие трех параллельных контуров возбуждения (в случае расположения электродов в холодных буферных зонах ГРТ) объясняет экспериментально наблюдаемые зависимости частотно-энергетических характеристик лазеров на самоограниченных переходах. Однако затруднительно повысить практический КПД лазера в условиях, когда импеданс активной среды является системой с сосредоточенными параметрами, что обусловлено неэффективностью использования энергии, запасаемой в накопительном конденсаторе. При этом экспериментально показано для лазера на парах стронция, что в условиях “сверхбыстрого пробоя” реализуется равномерное распределение излучения по сечению разрядного канала ГРТ, энергосъем возрастает пропорционально объему активной среды, предельная частота следования импульсов генерации может достигать ~ 1 МГЦ, а эффективность ~ 6-8%. Это позволяет рассчитывать на увеличение оптимальной ЧСИ генерации до ~ 100 КГЦ в лазерах на парах металлов и оценить достижимый уровень средней мощности генерации в лазере на парах стронция ~ 100 - 200 Вт, а в лазере на парах меди ~ 1,0 - 1,5 КВТ с литрового объема активной среды.