Лазер на самоограниченных переходах

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(51)М, Кл.3 с присоединением звявки йоН 01 э 3/22 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий.8(088,8) Дата опублйкования описания 15.0980(72) Авторы изобретения В.М. Ватенин, А.Л. Голгер и И.И. Климовский Институт высоких температур АН СССР(54) ЛАЗЕР НА САМООГРАНИЧЕННЫХ ПЕРЕХОДАХ 10 Предлагаемое устройство относится к лазерам на самоограниченных переходах (СОП), Ойо предназначено для получения непрерывной генерации .мощностью от нескольких ватт и выше и может быть использовано для диаг" ностики платьи, в медицине, в локации, для зондирования атмосферы, для накачки лазеров на красителях.( Известен целый ряд импульсных газовых лазеров на самоограниченных переходах Щ . Активными частицами в таких лазерах служат атонии метал лов (Сц, Мп, РЬ, Са и т.д.) . Гене рация возникает на переходе между низко расположенными резонансным и метастабильным уровнями, чем и объясняется их высокие средние мсщ" ности генерации ( 35 Вт) и ( 1) 2012). Являясь в настоящее время одними иэ наиболее эффективных газовых лазеров, лазеры на СОП обладаютсущественным недостатком: невозможностью получения на них. без принятия 25 специальных мер непрерывной генерации, что существенно ограничивает область их применения.Наиболее близким из известных к заявленному является лазер на СОП, 30 2описанный в работе (3) и выбранный эа прототип.Известный лазер содержит рабочую камеру, заполненную парами активного металла и тушащим газом для расселения нижнего лазерного уровня, средства для поддержания разряда, рабочей температуры камеры и вывода из нее лазерного излучения.Известный лазер 3 работает на смесях Са + Н и Бп + Нэ.Возбуждение резонансного уровня осуществляется элекронным ударом, расселение ьв тастабильного уровня происходит путем реакции:М + Н(МН) чос + Н (1) где М -. атом в метастабнльномсоетояниМ;(МН) уос - молекула с возбужденными колебательновращательными уровняЭИМаксимальная мощность генерации была получена йа Са и составляет величину 0,1 Вт при КПД 0,07 . Диапазон давления водорода, в котором наблюдалась непрерывная генерация, находится в пределах от 0,1 до 5 мм рт. ст. при удельной .выходной мощно сти около 10" Вт/смэ.Наличие в разряде большого коли"чества молекулярного водорода при"водит к тому, что основная доляэнергии, потребляемого электронамиот электрического .поля, расходуетсяв упругих и особенно в неупругихсоударениях с молекулами водорода,чем и объясняется, в первую очередьнизкий КПД и маленькая мощность геГ ".; . нерации известного лазера. Кроме того, большая частьэнергии, передаваемая электронами молекулам водорода, расходуется на нагрев газа, чтоприводит к дополнительному заселениюметастабильного уровня, и, как следствие, к ухудшению параметров лазераЦелью настоящего изобретения является повышение удельной мощностигенерации и КПД непрерывного лазерана самоограниченных переходах.Указанная цель достигается тем,что рабочая камера лазера содержитразрядный и генерирующий .объеьы,разделенные прозрачной перегородкойи заполненные инертным газом придавлении от 0,1 до 10 атмосфер, при"чем генерирующий объем заполнен тушащим газом, состоящим иэ паров химических элементов, например, щелочных металлов, атомы которых способны.к образованию эксиплексов с атомами инертного газа.На чертеже схематически изображе"на одна из возможных конструкцийпредлагаемого лазера на самоограниченных переходахЛаэер содержит прозрачную трубкуиз тугоплавкого материала 1, ограничивающую разрядный объем 2, кожухиз высокотемпературного материала 3,ограничивающий генерирующий объем 4,активный металл 5, электроды б,источник питания 7, нагреватель 8,тепловую изоляцию 9, оптический резонатор, обраэованнцй эеркалами 10,оптические окна 11 для вывода излучения, обозначенного на рисункестрелочками 12.Лазер работает следующим образом,С помощью средств для поддержаниярабочей температуры (нагреватель 8,тепловая изоляция 9), лазер нагревается и происходит испарение металла 5. Пары металла заполняют разрядный объем 2 и генерирующий объем 4.Атомыактивного металла в разрядномобъеме возбуждаются с помощью разряда горящего между электродами би поддерживаемого источником питания 7; Резонансное"излучение атомбвактивного металла через прозрачнуютрубку иэ тугоплавкого металла 1 попадает в объем 4, где и поглощаетсяатомами активного металла. В результате поглощения излучения накачкиактивные атомы возбуждаются и возникает инверсия населенностей резонансного и метастабильного уровня атомов активного металла. Поддержаниестационарной инверсии населенностейобеспечивается с одной стороны непрерывным поглощением излучения накачки, с другой - расселением метастабильного уровня в неупругих соу= 5 дарениях со специально введеннымив генерирующий объем атомами тушащего газа (например, пары Сз, На),путем резонансной передачи энергии от атомов активного металла вметастабильном состоянии к атомамтушащего газа путем возбуждения ихрезонансных состояний.Для эффективного вывода излучениянакачки разрядный объем заполняетсяинертным газом при давлении от 0,1 15 до 10 атмосфер, уширяющим контур 2040 45 50 55 6065 линии излучения накачки и преобразующим его из допплеровского в лоренцовский, в результате чего значительно уменьшается реабсорбция (4 и увеличивается интенсивность резонансного излучения иэ разрядного объема.Для полного использования энергии накачки и увеличения тем самымКПД лазера линия поглощения накачкив генерирующем объеме уширяется долинии излучения накачки путем заполнения генерирующего объема инертным газом при давлении от 0,1 до 10 атмосфер.При давлениях ниже 0,1 атмосферы уширение буферным газом становится незначительнымпо сравнению с допплеровским уширением. При давлениях выше 10 атмосфер возникают серьезные технические трудности при созданииразрядного и генерирующего объемов,Релаксация резонансно возбужденных атомов тушащего газа происходит в результате быстрого обраэоьания эксиплексов из резонансно возбужденных атомов тушащего газа и атомов инертного газа с последунцим спонтанным радиационным распадом (51 .Индуцированное излучение 12 выводится через оптические окна 11 и одно иэ зеркал резонатора 10.Расчет непрерывного лазера на па.-. рах марганца, длина и поперечное сечение хтивной среды которого равны соответственно 1 м и 3 см, для случая, когда метастабильный уровень атома марганца расселяется в соударениях с натрием, концентрация атомов которого в объеме с активной средой составляет 10 см-з а давление буферного газа неона равно атмосферному, дает значение мощности непрерывной генерации на инфракрасных переходах ( л "- 1,3 мкм) 30 Вт и КПД:1 при удельной мощности около 0,1 Вт/смз.Указанные параметры предложенно го лазера на СОП значительно превы"шают мощность генерации и КПД из-,вестного непрерывного лазера на самоограниченных переходах.764026 1 2 Составительожилова Техред Н.Барад Редактор Тираж 844венного комитета ССтений и открытийв .35, Раушская наб.,одпи сно 6297/47 ВНИИПИ Государ по делам иэо 113035, Москваака 4/ Ъфилиал ППППатент , г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Лазер на самоограниченных переходах, содержащий рабочую камеру,заполненную парами активного металла и тушащим газом для расселениянижнего лазерного уровня, средствадля поддержания разряда, рабочейтемпературы камеры и вывода иэ неелазерного излучения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увеличения КПД и удельной мощности,рабочая камера лазера содержит разрядный и генерирующий объемы, разделенные прозрачной перегородкойи заполненные инертным газом придавлении от 0,1 до 10 атмосфер,причем генерирующий объем заполнентушащим газом, состоящим из паровхимических элементов, например,щелочных металлов, атомы которыхспособны к образованию эксиплексовс атомами инертного газа.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 61, Петраш Г.Г,Импульсные га -зораэрядные лазеры. У,Ф.Н 1971.2, Исаев А.А., Леммерман Г.Ю.Исследование импульсного лазера на парах меди при повышенных мощностях ,Квантовая электроника, 4, Р 7, 1977.6 3. Климкин В.М., Монастырев С.С,Прокопьев В.Е.Селективная релаксация долгоживущих состояний атомов металлов в газоразрядной плазме. Стационарная генерация на переходах Р " 10 кальция и стронция. Письма в ЖЭТФ,26, Р 4, 1974. 4. Елецкий А.В .; Палкина Л .А.,Смирнов Б .М. Явления переноса в слабоионизированной плазме. Атомиздат,1975, с. 252-258,5, 7.Раясабе апд Чапйербапдцеф фЕхаей пюЕесцйаг 1 егцея оЕ гпеаЮ)са 81 -паге дая аг отра 1 гя Озе3 оцгпаВ ог спет 1 са 1 РЬуя 1 ся; чоГ 60,в 6, 197 4. ьгоровлина КорректорГ. Решетник