Лазер на 3р 3 s-переходах неона

(5)5 Н 01 Я 3 ьскии центр поН СССРДолгих, О.М.Кемарин и А.М,Соргеэзоге 58 Орт. Соп)п) о СССР , 1986.ХОДАХ НЕОНА азера.асселеующая: Юе Е г(ггг) -г Х,ггеФ +е мех,х, ггеггг - ххе хе,Н еля. Электкамеру чеа ег гХН , - хг ггегге, -,Х,Нхе ной среды ксе озамещенных ну нерезонан как следствиеода излучения ОСУДАРСТВЕННЪЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕК АВТОРСКОчУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) ЛАЗЕР НА Зр-Зэ-ПЕРЕ Изобретение относи электронике и может б при разработке газовых лЦель изобретения - у удельной мощности излучНа чертеже изображе Кинетическая схема и ния нижнего лазерного ур тся к квантовойыть использованоазеров на неоне.величение КПД иения.на схема лроцесса ровня след(57) Изобретение относится к области кванТовой электроники, а именно к газовым лазерам, Может найти применение и технологии, фотохимии, средствах оптической связи, голографии. Целью изобретения является увеличение КПД и удельной мощности излучения лазера на Зр - Зэ-переходах неона с ионизирующей накачкой. Рабочая среда состоит иэ гелия, неона и тушащего газа. В качестве тушащего газа использован аргон или криптон. Дополнительно в состав рабочей среды введен ксенон или водород в концентрации не менее 10 см, но не боле 200 от концентрации15 -3тушащего газа. 1 ил. Лазер содержит рабочую камеру 1, глухое зеркало 2, выходное зеркало 3, систему 4 откачки и напуска газа 4, ускоритель 5, катод 6 и разделительную фольгу 7.Лазер работает следующим образом.Рабочую камеру заполняют газовой смесью плотность которой больше 10 см . Смесь содержит гелий, неон, Аг 19или Кг, а также Хе либо Н 2 НО,О 2) с концентрацией не менее 10 см, но не более 20 от концентрации Аг(Кг), Затем осуществляют возбуждение указанной газовой смеси электронным пучком от ускорит ронный пучок вводят в раборез разделительную фольгу,Введение в состав активнона или водорода (изотоппозволяет уменьшить величисного поглощения в лазере и,повысить эффективность вывиз резонатора др, При оптимальной прозрачности (коэффициенте отражения выходного зеркала) цр=(1 - Гф 7 ) ; где аоненасыщенный коэффицент усиления; Р - коэффициент распределенных нерезонансных потерь, Для оптимального состава трех- компонентной активной среды и 1=5852,5 Аао:-ф 9 Р, поэтому ур = 0,45. Введение Хе или Н 2(НО,О 2) в концентрации не менее 10" см, но не более 20% от концентрации тушащего газа позволяет, пракически не изменяя ао, уменьшить Р в 4 и ролее раз, т.е. увеличить цр до 0,7 и более, что эквивалентно повышению КПД в 1,5 раЗа и более. Уменьшение связано с понижеНием концентрации поглощающих Лазерное излучение димеров Аг 2 (Кг 2), которое образуется в процессе расселения нижнего лазерного уровня для Аг в качестве Основного тушителя и Хе в качестве четверого компонента, Образующиеся в этом случае диаметры Хе 2 сушественно меньше Поглощают лазерное излучение, в частности из-,за приблизительно на порядок большей скорости спонтанного распада (при постоянной удельной мощности накачки концентрация Хе 2 " в 10 раз меньше, чем Аг 2 в отсутствие ксенона).В случае использования водорода+эволюция ионов Н 2 происходит по схемеН 2 +еН 2+ -+ Нз+ -+ ЗН -э Нг и поглощение лазерного излучения на всех этапах вообще отсутствует.Минимальная концентрация Хе. Н 2(НО,О 2) определяется тем, что за счет протекания процессов НУ (см. схему) стационарная концентрация Аг 2 уменьшается не менее чем в 1,2 раза (в типичных условиях это соответствует увеличению р на 10%). Максимальная концентрация определяется условием малого уменьшения заселения верхнего лазерного уровня в результате . конкуренции диссоциативной рекомбинации йе 2 с его перезарядкой в тройных столкновениях (штриховая линия на схеме) и установлена экспериментально,П р и м е р 1, Лазер на Зр-Зз-переходах неона бы реализован на установке, схема которой приведена на чертеже, Объем рабочей камеры 1 составляет 1 л (8 4 34 смз). На торцах камеры укреплены плоские диэлектрические зеркала размером 3 2 см2 глухое зеркало 2 с коэффициентом отражейия 99,9% на длине волны генерации и выходное Иркам 3, коэффициент отражения которого подбирают из условия получения максимальной выходной энергии лазера. Такйм образом, оптический объем лазерасоставляет 200 см . Система 4 напуска рабочей смеси и ее откачки обеспечивает остаточное давление не более 0,001 Торр,Возбуждение активной среды осуществля 5 ют электронным пучком от ускорителя 5 схолодным катодом 6, пучок вводят в рабочую камеру через разделительную титановую фольгу 7 толщиной 50 мкм, Энергиябыстрых электронов составляет м 150 кэВ10 за фольгой длительность импульса а 1 мкс,плотность тока пучка 1 А/см,При накачке активной среды в составе1520 Торр Не, 120 Торр Г 4 е, 60 Торр Аг приблизком к оптимальному коэффициенте от 15 ражения зеркала Зй = 26% получают энергию генерации наЛ = 5852,5 А(ЕО)-4,2 мДж,что соответствует КПД,4%. Введение в активную среду 1 Торр Хе и использованиеВ =14% (уменьшение оптимальной прозрач 20 ности обусловлено уменьшением Д позволяет получить Е 1 -8,5 мДж и КПД - 0,8%.Уменьшение концентрации Хе до 0,1 Торр(310" см ) приводит к снижению энергиилазера практически до Ео, а увеличение кон 25 центрации Хе до 10 Торр приводит к падению энергии генерации до 3,5 мДж,Аналогичные результаты получены и для Н 2,П р и м е р 2. Экспериментальная установка аналогична установке по примеру 1,30 Пои накачке активной среды в составе 760 Торр Не, 1140 Торр Ме, 190 Торр Кг и коэффициенте отражения выходного зеркала 20% получают энергию генерации"- 5 мДж, что соответствует КПД -"0,2%, Введение в состав активной среды 2 Торр Хе и уменьшение В до 11% позволяет обеспечить Е 1- 12 мДж, что соответствует КПД "- 0,5%. При оптимальной концентрации Н 2 1 Торр получают энергию излучения около 11 мДж Л = 7245 А). 40 П р и м е р 3, В экспериментальнойустановке, описанной в примере 1, "холодный" катод заменен на "горячий" (накапиваемый), который генерирует электронный 45 пучок с плотностью тока 40 мА/см длительностью 30 мкс,При накачке активной среды в составе1520 Торр Не, 60 Торр йе,20 Торр Аги коэффициенте отражения выходного зеркала 50 14% прлучают энергию генерации на.Л=852,5 А около 16 мДж, что соответствует КПД"-1,1% (вложенная в газ энергия =1,4 Дж), Введение в,состав активной среды 0,4 . Торр Хе(1,310 см ) при й 8% позволяет 55 повысить энергию лазера до =23 мДж, т.е.достигнуть КПД 1,6%, Использование. 0,3 Торр Н 2 позволяет получить Е 26 мДж(КПДа 1,8%). Уменьшение концентрации ксенона в 10 раз(1,310 см ) приводит к снижению1674299 Формула изобретения Составитель Н. ЯценкоТехред М. Моргентал орректор Н. Коро Огар Редак Заказ 2931 Тираж 301 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб 4/5 01 изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгор ага энергии генерации до 17 мДж, т,е, практически до первоначальной величины, а увеличение концентрации Хе до 5 Торр приводит к снижению энергии лазера до 13 мДж.П р и м е р 4. Экспериментальная уста новка аналогична описанной в примере 3. При накачке активной среды в составе 760 Торр Не, 760 Торр йе, 60 Торр Агнаты= =7245 А получают энергию генерации мДж, что соответствует КПД,35 О. Вве дение в активную среду 1 Торр Хе позволяет увеличить выходную энергию лазера до 22 мДж и КПД до 0,7;, т,е. КПД и удельная мощность генерации возрастают приблизительно вдвое. 15Таким образом, лазер согласно изобретению позволяет по сравнению с известными увеличить в 1,5 - 2 раза и более КПД и удельную мощность генерации на Зр-Зз-переходах неона. 20 Лазер на Зр-Зз-переходах неона, содержащий источник ионизирующих частиц и рабочую камеру, заполненную рабочей смесью плотность которой больше 10 см, состоящей из гелия, неона и туша- щего инертного газа в концентрации, большей 3 10 см, но не более 15 от плотности рабочей смеси, и потенциалом ионизации меньшим, чем энергия нижнего резонансного уровня неона, о т л и ч а ющ и.й с я тем, что, с целью увеличения КПД и удельной мощности излучения, в качестве тушащего газа рабочая смесь содержит Аг или Кг и в ее состав дополнительно введен Хе или Н,НО или 02 в концентрации не менее 10 см, но не более 20 от концентрации тушащего газа,