Способ определения концентрации электронов в плазме газовых лазеров

Своз Советеккк Социвлкстичжким Ржп облик(61) Дополк ое к авт. свил-в влено 1204,72 (21) 1771253/26(Я) л 1 КлС 01 М 21/4 б Н 01 5 3/00 Н 05 Н 1/00 Г 2 присоединение ствеиный комитетСССРам изооретенийоткрытий) ПриоритетОпубликовано 05,01.79. Ьюллетень1 Дата опубликования описания 0501.79 533,9088. 8) 72) Авторы изобретен В,В.Тучин и Седельников физие учно-исследовательский институт механикипри Саратовском государственном университим. Н.Г.Чернышевского 1) Заявител 4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЭЛЕКТРОН В ПЛАЗМЕ ГАЗОВЫХ ЛАЗЕРОВ Изобретение относ электронике и может но для измерения кон ронов в плазме газов нерирующего лазера. Известны способы опред центрации электронов в пл го разряда, основанные на сдвига собственной частоты ра, в который помещена исс плазма, или изменения фазы ной через нее световой вол Однако эти способы дают ные ошибки из-за существен га фазы или частоты, обусл нейтральными атомами,Цель изобретения - расш мерений и повышение экспреквантовой пользоваии электряда геится кбыть исцентрацого раз Величину токапо гармоническомленной частотесобой модуляциюронов и, как слевенной частоты нличина девиациипорциональна конИспользуя вырчастоты, обусловтронов с концентполучить простуючастоты, вызваннразряда,го6 т21 Ги зр ак Ю, . Эт концен дствие злучен частот центра ажение лен нст рацией форму ого мост- аеления конзме газово измерении резонатоледуемая пропущенны,зна эле труд вига тока читель сдвио влен ирение изссности. гд зе лучо)мерто е 6 М - сдвиг частоты изра на частоте модуляции6 взаряд электрона;птв - масса электрона;1Д - частота рабочего ив = а- -глубина модуляцииэда 13 - величина тока заря ения ла игаетс о наст емого дной ге того и и изм е част енной . линии мый сп слелуюя путем раиваемо лазера и нерируем одулирую еряют ре оты одно на центр использоваго резонаизлучения ой длине т величину ультируюй моды ла- атомной ода 1 разряонцентразавн.и 1 о ф ,мф чтоинейнряда,виду Если предположит электронов пв величины тока ра можно привести ки особ и р.ния з Цель достния активногтора исследутолько на оволны. Для этока разрядащее измененизера, настроспектральнойПреллагаеключается в яда модулируют ону на опредео влечет за трации электсдвиг соб ия лазера.ы лазера проции электроновдля сдвига о плазмой кИв, не н лу для сд дуляцией434811 20 Формула изобретения ка Составитель В,СошниковТехред И.Борисова КорректорС,Шекмар Редактор Т.Колодцева Заказ 7390/2 Тираж р 39 ЦНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открытий 113035 р Москвар )Хр Раушская наб, ПодписноеСССР Филиал ППП Патент, г, ужгород, ул. Проектная, 4 г(яр (2)Ев гп3Таким Обоазом, измерение сдвига частоты0 и глубины модуляции тока разряда с использовргг 1 ием Формулы .(1) оцнозначно дает искомую величи.1 У концентрации электронов, Для измере- ниЯ ДеВ 11 аЦии частоты МОжнО р 1 апримеР р воспользоваться гетеродинным методом, подкл 1 очив на выходе частотного детектора анализатор гармоник, настроенный на частоту глодуляции 01 р: 10Для газовцх ЛазеРОВ ВОЛИЧИна час- ТОТНОЙ МОДУЛЯЦИИ ПРИ ГЛОДУЛЯ 11 ИИ ВЕ 11 И- чины тока разряда зависит не только От модуляции показателя преломления плазмы электронов, но также от модуляции показателя преломления, обус- лОВленногО Дисперсией РабочегО перехода лазера и Дисперсией близких сильно поглощающих переходов, Сильно поглощающие переходы образуются метастабильными уровнями рабочих газов. ВРВМЯ гжизни на этих УООВИЯх велико, следовательно, значитель 11 а и концентрация частиц, поэтому сдвиг частоты излучения лазера, вносимый этим пере 25 ХОДОМр МОЖЕТ ОКаэатЬСЯ ТаКЖЕ ЭиаЧ 511- тельнцм при изменении величины тока разряда, (при условии близости частоты этого перехода к частоте рабочего перехода лазера). Однако благодаря большой величине времени жизни мета- стабильных уровней оказывается возможным устранять их влияние выбора частоты модуляции щ. Например, в гелий-неоновом лазере ( Л0,63 мкь 1) поглощающи 1 й ПСРЕХОд НЕОНа 46.-2 РЗ, Б ( = 0,6334 мкм) Дает значительный Вклац В девиацию частоты а среднее обратное время жизни мстастабильных уровней 1 5 неона составяет 20- 40 кГЦ, Следовательнор для устране- ,)11 ния влияния поглощающих перехоцов неОбхОДимо частОТУ модуляции Выбирать значительно больше, чем обратное время жизни соответствующих уровней рабочих газов. Некоторый вклад в сдвиг частоты на частоте рабочего перехода могут давать близкие поглощающие пе реходы, начинающиеся и оианчивающиеся на уровнях, время жизни на которых мЫло. Влиянне близких поглощающих переходов в этом случае можно устранить применение;.1 Оптической модуляции на селегрности на соответствующих уровнях, Тогда концентрация электронов будет определяться по разности значений отклонений частоты, измеренной при модуляции тока разряда и при оптической модуляции. Влияние же дисперсии собственного перехода лазера нетрудно устранить, настраивая частоту излучения лазера на центр линии.излучения, так как в центре линии излучения сдвиг частоты, обусловленный модуляцией собственного перехода, равен нулю. Вследствие значительной крутизны зависимости девиации частоты от настройки резонатора в этом случае контроль настройки моды на центр линии излучения по минимальному значению сдвига частоты осуществляется с большой степенью точности,Измеренг 1 Яр выполненные ДЛЯ гелий- неонового лазера ( Л = 0,6328 мкм), показали, что для частоты модуляции 200 кГц наблюдается зависимость сдвига частоть 1 от тока разряда, характерная для влияния переменной составляющей показателя преломления плазмы электронов. Обработка результатов опыта по Формуле (1) дала линейную зависимость концентрации электронов от величины тока разрядадйв /ЙЗ =д -3= 4,5 10 см А , что для-тока разряда 3 =10 МА соответстврет Величи-зне )л =4,5 10 см , Длина разряда исследуемого лазера примерно 20 см, диаметр капилляра около 0,2 см,Способ определения концентрации . электронов В плазме газовых лазеров, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения, области измерений ;и повышения зкспрессности, подвергают амплитудной модуляции ток разряда, настраивают лазер на центр испускаемой атомной спектральной линии так, чтобы значение сдвига собственной частОТЫ Ь 1 было минимальнОр иэмеРЯ 10 т ЬВ и рассчитывают концентрацию электронов по Оорглулещд ы 95 аня -рь3 где гг 1 е и б - масса и заряд электрона,1 П .: Ь ЗрРЗ 1"лубина МОДУПЯЦии то