Лазер на 3р - 3 s-переходах неона

 

Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно к газовым лазерам, может найти применение в технологии, фотохимии, средствах оптической связи, голографии. Целью изобретения является увеличение КПД и удельной мощности излучения лазера на 3 P - 3 S-переходах неона с ионизирующей накачкой. Рабочая среда состоит из 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<SP POS="POST">15</SP> см<SP POS="POST">-3</SP>, но не более 20% от концентрации тушащего газа. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 01 S 3/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ .-К АВТОРСКО)ч!У СВИДЕТЕЛЬСТВУ ме, е м»*! с) — " с*(с)—

t ! Z» Íå

Ф + с--М»Х»д»

i hto, q= йА»

+ Се,нс „+ ес „„*Ле.Н» еес — Ас

Хе Хс — Х» Хе, — ZX» Х»,нс w»» Х».Н» с 3но, (21) 4186717/25 (22) 28.01.87 (46) 30.08.91. Бюл, !ч 32 (71) Научно-исследовательский центр по технологическим лазерам АН СССР (72) А.l0.Александров, В.А.Долгих, О.М.Керимов, И.Г.Рудой, А.Ю.Самарин и А.М,Сорока (53) 621.375.8(088.8) (56) 5chmieder В. et al, kigh pressure 585, 3

nm neon-hydragen !а ег.— Opt. Commun„

1981, че 36, р.223.

Авторское свидетельство СССР

hk 13444179. кл. Н 01 $3/00, 1986. (54) ЛАЗЕР НА Зр-3s-ПЕРЕХОДАХ НЕОНА

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке газовых лазеров на неоне.

Цель изобретения — увеличение КПД и удельной мощности излучения.

На чертеже изображена схема лазера.

Кинетическая схема процесса расселения нижнего лазерного уровня следующая:

„„5U „„1674299 А1 (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 — 3s-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 бол е 20% от концентрации

15 -3 тушащего 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, Ar

19 или Kr, а также Хе либо Н2 НО,Dz) с концентрацией не менее 10 см, но не более 20 от концентрации Аг(Кг), Затем осуществляют возбуждение указанной газовой смеси электронным пучком от ускорителя. Электронный пучок вводят в рабочую камеру через разделительную фольгу, Введение в состав активной среды ксенона или водорода (изотопозамещенных) позволяет уменьшить величину нерезонансного поглощения s lл!аeэ3еeрpе eи, как следствие, повысить эффективность вывода излучения

1674299 из резонатора äp. При оптимальной прозрачности (коэффициенте отражения выходного зеркала) gp= (1 — 9 ф/а ); где соненасыщенный коэффицент усиления; P— коэффициент распределенных нерезонансных потерь. Для оптимального состава трехкомпонентной активной среды и

1=5852,5Аао. 9ф, поэтому р = 0,45.

Введение Хе или Н2 (HD,D2} в концентрации не менее 10" см, но не более 20 от концентрации тушащего газа позволяет, прак«ически не изменяя ао, уменьшить j3 в 4 и ролее раз, т.е. увеличить цр до 0,7 и более, что эквивалентно повышению КПД в 1,5 ра(3а и более. Уменьшение связано с понижеНием концентрации - поглощающих

Лазерное излучение димеров Аг2* (Кг2*), ко«орое образуется в процессе расселения нижнего лазерного уровня для Ar в качестве

Основного тушителя и Хе в качестве четвер«ого компонента, Образующиеся в этом случае диаметры Хе2* сушественно меньше

Поглощают лазерное излучение, в частности из-.за приблизительно на порядок большей скорости спонтанного распада (при постоянной удельной мощности накачки концентрация Хе2* в 10 раз меньше, чем Аг2* в отсутствие ксенона).

B случае использования водорода

+ эволюция ионов Н2 происходит по схеме

Н2 +е

Н2 - Нз — ЗН Н2 и поглощение лазерного излучения на всех этапах вообще отсутствует.

Минимальная концентрация Хе.

Н2(НО,D2) определяется тем, что за счет протекания процессов НУ (см. схему) стационарная концентрация Ar2* уменьшается не менее чем в 1,2 раза (в типичных условиях это соответствует увеличению fjp на 10 ).

Максимальная концентрация определяется условием малого уменьшения заселения верхнего лазерного уровня в результате конкуренции диссоциативной рекомбинации Йе2* с его перезарядкой в тройных столкновениях (штриховая линия на схеме) и установлена экспериментально.

Пример 1, Лазер на Зр-3s-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 см

2 глухое зеркало 2 с коэффициентом отражения 99,9 на длине волны генерации и выходное Мркаае 3, коэффициент отражения которого подбирают из условия получения максимальной выходной энергии лазера.

Такйм образом, оптический объем лазера составляет 200 см . Система 4 напуска рабочей смеси и ее откачки обеспечивает остаточное давление не более 0,001 Торр, 760 Торр Не, 1140 Торр Ne, 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 R до 11 позволяет обеспе35 чить Е1"- 12 мДж, что соответствует КПД "0,5 При оптимальной концентрации

Н2 1 Торр получают энергию излучения около 11 мДж Л = 7245 А).

Пример 3, В экспериментальной установке, 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 составе

1520 Торр Не, 60 Торр Ne, 20 Торр Ar и коэффициенте отражения выходного зеркала

50 14о прлучают энергию генерации íà.Л= 852,5А около 16 мДж, что соответствует

КПД"-1,1 (вложенная в газ энергия =1,4

Дж), Введение в,состав активной среды 0,4 . Торр Хе(1,3 10 см ) при R 8 позволяет

55 повысить энергию лазера до =23 мДж, т.е. достигнуть КПД 1,6 j, Использование. 0,3

Торр Н2 позволяет получить Ем26 мДж (КПДи

1,8 ). Уменьшение концентрации ксенона в

10 раз(1,3 10 см ) приводит к снижению

Возбуждение активной среды осуществля5 ют электронным пучком от ускорителя 5 с холодным катодом 6, пучок вводят в рабочую камеру через разделительную титановую фольгу 7 толщиной 50 мкм, Энергия быстрых электронов составляет м 150 кэВ

10 за фольгой„ длительность импульса ы 1 мкс, плотность тока пучка 1 А/см, При накачке активной среды в составе

1520 Торр Не, 120 Торр Ne, 60 Торр Ar npu близком к оптимальному коэффициенте от15 ражения зеркала ЗК = 26 получают энергию генерации наЛ = 5852,5A(EO) 4,2 мДж, что соответствует КПД-0,4 . Введение в активную среду 1 Торр Хе и использование

R 14, (уменьшение оптимальной прозрач20 ности обусловлено уменьшением Р позволяет получить Е1 -8,5 манж и КПД - 0,8 .

Уменьшение концентрации Хе до 0,1 Торр (3 10" см ) приводит к снижению энергии лазера практически до Ео а увеличение кон25 центрации Хе до 10 Торр приводит к падению энергии генерации до 3,5 мДж.

Аналогичные результаты получены и для Н2.

Пример 2. Экспериментальная установка аналогична установке по примеру 1.

30 Пои накачке активной среды в составе

1674299

Формула изобретения

Составитель Н. Яценко

Тех ред M. Моргентал Корректор Н. Король

Редактор А. Orap

Заказ 2931 Тираж 301 ° Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 энергии генерации до 17 мДж, т,е. практически до первоначальной величины, а увеличение концентрации Хе до 5Торр приводит к снижению энергии лазера до 13 мДж.

Пример 4. Экспериментальная уста- 5 новка аналогична описанной в примере 3.

При накачке активной среды в составе

760 Торр Не, 760 Торр Ne, 60 Торр Ar на А =

=7245 А получают энергию генерации10 мДж, что соответствует КПД - 0,35%. В ве- 10 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. 15

Таким образом, лазер согласно изобретению позволяет по сравнению с известными увеличить в 1,5 — 2 раза и более КПД и удельную мощность генерации на Зр-3s-переходах неона. 20

Лазер на Зр-3s-переходах неона, содержащий источник ионизирующих частиц и рабочую камеру, заполненную рабочей смесью плотность которой больше

10 см, состоящей из гелия, неона и тушащего 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 Ar или Kr и в ее состав дополнительно введен

Хе или Н,HD или Dz в концентрации не менее 10 см, но не более 20 от концентрации тушащего газа.