Способ получения мощного импульса излучения

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ оц 7486 ОЗ Союз Советских Социалистических Ресиублик(45) Дата опубликования описания 30.01.82(51)М,Кл з Н 01 83/00 3 Ьсударствеииые комитет СССР ио делам изобретений и открытий(71) Заявитель Ордена Трудового Красного Знамени институт физики АН Белорусской ССР, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЩНОГО ИМПУЛЬСА ИЗЛУЧЕНИЯ 1 3Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при создании мощных лазерных установок.Известны способы получения мощных импульсов излучения в молекулярных лазерных установках на СОз, которые позволяют получать импульсы излучения длительностью т 1 нс с энергией Р) 10 Дж Наиболее близким к изобретению по своей сущности является способ, получения мощных импульсов излучения в лазерных системах на СО, 2, Этот способ заключается в возбуждении активной среды молекулярного лазера на СОз поперечным электрическим разрядом с предварительной ионизацией, выделении известными методами импульса генерируемого излучения длительностью т, 1 нс с частотами, совпадающими со многими колебательно вращательными линиями полос 00 1 - 10 0,020, и. Получающийся короткий многочастотный импульс излучения пропускают через молекулярный усилитель на СОз, При прохождении через активную среду усилителя излучение усиливается, при этом извлекается некоторая доля энергии, занесенная в активную среду усилителя и достигающая на выходе усилителя высокой мощности.Недостатком данного способа являетсяего низкая эффективность.Вследствие условий возбуждения активной среды лазера генерируемый импульс излучения содержит частоты, совпадающие только с колебательно-вращательными линиями полос 001 - 10 О, 02 Оьп.10 Проходя через молекулярный усилительимпульсизлучения такого спектрального состава и длительностью т 1 нс, взаимодействует только с вращательными подуровнями состояний 001, 10 О, 0201 и 10 О, 020 . В результате энергия, снимаемая с усилителя, принципиально ограничивается энергией, запасенной в состоянии 001 молекулы СОЕооОь Поскольку при получении мощных импульсов излучения длитель ностью т, 1 нс основная доля энергетических затрат приходится на стадию усиления (более 99,9%), то это ограничивает эффективность (КПД) всего способа.Целью изобретения является увеличе ние КПД способа.Поставленная цель достигается тем, чтов известном способе получения мощного импульса излучения возбуждение рабочей среды молекулярйого лазера на СО, осуЗ 0 ществляют импульсом электромагнитного748603 45Молекулярный лазер на СО, со следующими п(араметрами: длина активной среды Е= 8 см, длина резонатора Е = 60 см, коэффициенты отражения зеркал Я, =100%, Рг = 0,67%, активная среда; СО, придавле нии Р,= 100 Торр, температуре Т=ЗООК, возбуждается импульсом излучения лазер)а на НВг, линия Рг ( (6) которого резонанса линия Р (20) перехода 000 - 001 молекул СО, направленным вдоль оси резона тора лазера. Реализующаяся в результате такого возбуждения картина генерации на линиях Р - ветви полос 00 п в (п - 1), 02(п - 1)( показана на фиг. 1, 2. Символом (у) и обозначена у-ая линия полосы 6000 и - 10(и - 1), 02(и - 1)(.На фиг. 1 представлена временная зависимость плотности генерируемого излуче. ния на линиях полос 001 в О, 02 О и 002 в 1, 021 при длительности воз 3еи с у-оиизлучения с частотой, совпадающ "колебательно вращательной лини "хода 00 - 00 1 молекул СОг, и длительстанта скорости вращательной релаксации 5молек лкул СОгуо,у - начальная разностьзаселенностей нижнего и верхнего состояний молекул СОг, связанных излучениемнакачки Рачки, Р, - давление активной среды.Указанные условия возбуждения позволяют получить импульс излучения, содержащий одновременно частоты, совпадающие с колебательно вращательными линиями полос 00 и - 1 О(п - 1), 02(п - 1) Я ( и,где п = 1,2, Частоты колебательновращательных линий полос 00 и - 10(п - 1),02 (и - 1)1,(и - 1) (,н с и = 2,3, заполняют промежутки между частотами соответствующихполос с п = 1.Используя известные методы, нетрудн)о 20получить импульс излучения длительностьют( нс, содержащий указанные выше частоты, Пропуская такой импульс излучениячерез молекулярный усилитель на СОг,можно извлекать энергию, запасенную не 25только на уровне 001, но и на уровнях 002003)Это обусловлено тем, что импульс излучения такого частотного состава непосредственно взаимодействует не только с ЗОвращательными подуровнями состояний001, 10 О, 020 т и 10 О, 0201 п, но и с вращательными йодуровнями состояний 00 п,10(и - 1), 0,2(и - 1)1( и 10 О (и - 1),0,2(п - 1)и, где п = 2,3, Таким обра- З 5зом, эффективность данного способа получения мощного импульса превышает эффективность известного способа,Эффективность данного способа на 25 -47% превышает эффективность известного 40.способа за счет увеличения эффективности.стадии усиления,Способ может быть реализован следующим образом,4буждающего импульса т = 400 нсй поверхностной плотности энер(гии возбуждающего излучения К= 0 9 Д IВидно чтствия накао через 350 нс после начала(ала деия накачки излучение ка линиях Р (14)Р (16), Р (18) полосы 001 - 10 О, 02 О( и021 иР (13), Р (15), Р (7) полосы 002 - 101,1( имеет сравнимые величины, Рез льтаты расчетар ета для случая возбуждающегоь езульимпульса с параметрами т 800 нс,Й = 0,9 Джейсм приведены на фиг. 2, Вид ом случае уже на линияхтрех полос имеют место генерация излучения сравнимой величины. Оч ври использовании известных методов п итаком возбзбуждении и нетрудио также сдновременно получить генерацию на линияхполос 00 и - .10(п - 1), 02(п - 1)1,12Таким образом, эффективность данного способа получения мощного импульса излучения выше, чем у известного. Это обсловлено тено тем, что на стадии усиления энерого. то о угия снимается не только с уровня 001 молек л СОу как в известном способе, но и(с уровней 002, 003 , В типичных условиях на уровнях 002 и 003 запасается отдо 47 /о энергии, от энергии, запасенной на уровне 001. Поскольку при получении мощных импульсов излучения основная доля энергетических затрат приходится на стадию усиления, то, следовательно, и эффективность предлагаемого способа на такую же величину, т, е. на 25 - 47% превышает эффективность известного.Проблема эффективности является одной из наиболее важных при разработке лазерных установок для управляемого термоядерного синтеза, В используемых в настоящее время лазерных установках, дей- ствующих в таком режиме, эффективность (КПД) достигают 3 - 7%. Следовательно, реализация способа позволит довести эффективность мощных лазерных установок н)а. СО, до 4 - 9% величиныд(остаточной для создания экокомически выгодного термоядерного реактора,Увеличение эффективности установки даже на 10% должно снизить стоимость установкивследствие уменьшения числа усилительных каскадов.Данный способ получения мощного импульса излучения представляет также интерес для разнообразных применений в об- ласти лазерной спектр(оскопии и зондирования атмосферы, поскольку он позволяет получить импульс излучения с расширенным спектральным составом,Формула изобретенияСпособ получения мощного импульаа излучения, основанный на возбуждении ра"бочей среды молекулярното лазера на СО 2, ,выделении импульса излучения длительностью т(1 кс и пропускании его через молекулярный усилитель на СО 2, отл ич а ю щи й с я тем, что, с целью увеличе, ния КПД, рабочую среду молекулярного лазера на .СО, возбуждают импульсом электромагнитного излучения с частотой, совпадающей с )-ой колебательно-вращательной линией перехода 000 - 001 молекул С 02 и длительностью т) 4,67уо,1 Ргде ч,о - константа скорости вращательной релаксации молекул, СО 2 уо,у - начальная разность заселеннос.ти нижнего и верхнего состояний молекул 6СО, связанйых излучением наюачки, Р -давлекие рабочей среды,.Источники информации, принятые во5 внимание при экспертизе:1. Яагй Е. Е. а 1 а 1 Сотраг 1 з 1 оп о Т 11 еогу апй Ехрегппеп 1 аког Мапозесопд Рц 1 яеАтр 1 Шоа 11 оп 1 п Н 1 дй-да 1 п СО 2 Агпр 11 р 1 егЯуз 1 етз Арр 1. РЬуя, 1.1 п, ч. 23 Я 6, р. 322,10 1973 г,2, Ре 1 йпап Р, Я. БЬог 1 Рц 1 зе МцШ 11 пеапд Мц 1 ИЬапй Епегду Ех 1 гасу 1 оп 1 п Н 1 дЬРгеязцге СО, - 1 аяег АтрИ 1 егз 1 Е Е Е,Х, Яцап 1 цтп Е 1 ес 1 гоп, ч. 9, н П, р, 1070, 1973Йзд.101 Тираж 628 дарственного комитета СССР по делам изобрете 113035, Москва, Ж, Раушская набд. 4/5 Подписное и открытий