Способ измерения времен релаксации и концентрации компонентов газоразрядной плазмы
зная патеи.не >+ те ескел о ив
ОПИСА
ИЗОБРЕ
Союз Советских
Соц(иалистическнх
Республик
1667063
К АВТОРСКОМУ С8 (6! ) Дополнительное к авт (22) Заявлено 25.07.77 (21 с присоединением заявки М (23) Приоритет
Опубликовано .28.028
Дата опубликования оп
1)М. Кл.2
Н 01 5 Э/00
Государственный комитет .
СССР по делам изобретений и открытий
3) УДК б21. З7Ь. . 8 (088. 8) (72) Авторы изобретения
Г.Г. Акчурин, Э.М. Рабинович и В.В. Тучин
Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском ордена Трудового Красного Знамени государсТвенном университете им. Н.Г. Чернышевского (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕН РЕЛАКСАЦИИ
И КОНЦЕНТРАЦИИ КОМПОНЕНТ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ
ПЛАЗМЫ
Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано в спектроскопии рабочего вещества газовых лазеров и диагностике плазмы для измерения времен релаксации и концентрации компонент газоразрядной плазмы.
Известен способ измерения концен трации метастабильных атомов на оси газового разряда, при котором изме" ряют абсолюТную величину размеров пятна излучения лазера. Эта величина зависит от параметров газовой линзы, обусловленной распределением атомов в метастабильных состояниях 15 по сечению разрядного промежутка. Затем с помощью расчетных соотношений находят концентрацию атомов (1).
Однако укаэанный способ не позволяет измерять время жизни метастабиль 30 ных атомов.
Известен модуляционный способ измерения времени жизни атомов примесного газа в плазме газового разряда He — Ne- лазера, при котором 25 измеряют амплитудную модуляцию излучения при мбдуляпии тока разряда в диапазоне частот, соизмеримых с обратным временем жизни атомов в исследуемых состояниях (2). Такой . 30 способ не позволяет измерять плотность метастабильных атомов, а также время жизни метастабильных атомов рабочего вещества.
Известен способ измерения времен релаксации и концентрации компонент газоразрядной плазмы, помещенной в резонатор лазера, заключающийся в модуляции тока разряда при заданной ее глубине и регистрации излучения с помощью фотоприемника (3).
Известен способ основан на гармонической модуляции тока разряда и измерении девиаций частоты излучения. При этом измерение девиации частоты осуществляют с использованием гетеродинного метода приема, при реализации которого разностная частота поддерживается постоянной с помощью системы автоподстройки частоты.
Однако практическое осуществление указанного способа измерений является достаточно сложным, так как требует создания системы автоподстройки частоты. Кроме того, способу присущи недостатки гетеродинного метода приема: высокая чувствитель. 667063
"нбсть к механическим и акустическим
""й"ом ехам.Цель изобретения состоит в упрощении способа измерения времей релак сации и. концентрации компонент газоразрядной плазмы.
Указанная цель достигается тем, что измеряют глубину модуляции диаметра лазерного луча при различ ных частотах модуляции тока разряда, йаходят значение частоты, при котором глубина модуляции диаметра лазерного луча в Г2 раз меньше значения этой величины на нулевой частоте, по найденному значению частоты судят о времени релаксации, а концентрацию определяют по формуле що) "g р. 2 где Й вЂ” концентрация компоненты газоразрядной плазмы;
П м(о)- глубина модуляции диаметра лазерного луча на нулевой частоте; длина резонатора; радиус кривизны зеркала
3 резонатора);
ñj-ñî st
I о ИОф глубина модуляции тока разряда;
Ро — радиус разрядной трубки.
При этом определение глубины модуляции диаметра лазерного луча осуществляют измерением распределения по диаметру луча постоянной состав,ляющей и амплитуды переменной составляющей сигнала с фотоприемника на частоте модуляции, а глубину модуляции определяют по формуле где Щ„„- глубина модуляции диаметра лазерного луча; u — глубина модуляции сигнала с фотоприемника;
>> Xq- координаты точек внутри лазерного луча;
10з — диаметр лазерного луча.
Выполнение предложенного способа иллюстрируется следующим примером.
Времена релаксации и концентрации атомов в метастабильных состояниях измеряют в газоразрядной плазме, помещенной в активный объем резонатора Не — Ne -лазера, например, типа ЛГ 52-3 (k — 6328A) с длиной резонатора L — 30 см, радиусом разрядной трубки Ро- 0,7 мм и радиусом кривизны сферического зеркала R —
200 см. Ток разряда подвергают Модуляции с заданной глубиной п -10Ъ, а излучение регистрируют с помощью фотоприемника, перед которым поме1.
U = — j
s R) Q const j b-COnSt
tlat — глубина модуляции тока разряда;
Vo — радиус разрядной трубки. цена микрометрическая щель от скамьи
ОСК-2. Сигнал с ФЭУ регистрируют с помощью вольтметра постоянного тока и селективного измерительного прибора, настроенного на частоту модуляции. Измеряют глубину модуляции диаметра лазерного луча при различных частотах модуляции тока разряда от 0 до 100 кГц.
Находят значение частоты, при котором глубина модуляции диаметра лазерного луча в f2 раэ меньше значения этой величины на нулевой частоте и определяют время релаксации. При значениях констант 0 -2,3"
° 10 см ; о — 9,32 10 см определяют концентрацию.
При всех названных условиях в результате измерения и расчета поL лучены следующие значения искомых параметров: обратное время жизни
20 22 кГц; концентрации Й„„ 2 10" см
Таким образом, описанный способ позволяет определять времена релак. сации и концентрации компонент газоразрядной плазмы более простым путем, так как по сравнению с известным отсутствует необходимость стабилизации раэностной частоты излучения исследуемого лазера и
Лазера-гетеродина и фотосмещения сигнала от двух источников.
Формула изобретения
1. Способ измерения времен релаксации и концентрации .компонент газоразрядной плазмы, помещенной в резонатор лазера, заключающийся в модуляции тока разряда при заданной ее глубине и регистрации излучения с помощью фотоприемника, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения способа, измеряют глубину мо40 дуляции диаметра лазерного луча при различных частотах модуляции тока разряда, находят значение частоты, при котором глубина модуляции диаметра лазерного луча в 2 раз мень45 ше значения этой величины на нулевой частоте, .по найденному значению частоты судят о времени релаксации, а концентрацию определяют по формуле
S0 м(о) "Э /го1
1 где ((- концентрация компоненты газоразрядной плазмы;
m — глубина модуляции диамет55 ра лазерного луча на нулевой частоте; (L — длина резонатора;
R — радиус кривизны зеркала);
667063
Составитель Н. Берлин
Редактор Н. Белявская Техред Н.Бабурка КорректорМ. Шароши
Заказ 10008/9 Тираж В44 Подписное
ЦНИИПИ "Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, МосквД, Ж-)5, Рауйская наб >, д. 4/5
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
2. Способ по и ° 1. отличаюшийся тем, что определение глубины модуляции диаметра лазерного луча осуществляют измерением распределения по диаметру луча постоянной составлякшей и амйлитуды переменной, составляющей сигнала с фотоприемника на частоте модуляции и определяют глубину модуляции диаметра лазерного луча по формуле где ю,о — глубина модуляции сигнала с фотоприемника; координаты точек внутри лазерного луча; — диаметр лазерного луча.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
4; La Va ne А.ЬсЬЮж, JTUerdeven.йаЖаВ
Рofiqe of pevn 145 Atoms inà Не-Nе Active
Discharge апа Thein Lens EBect on Lasingat, 6403,А -„1ЕЕЕ Tounna8 of Quantum Hectonics"
1969, v, QE-$, N 21. й.О. КАо et al.tloise ап4 й1ойоИОоп of а He-Ne азьей-„Techno . Repts.Osaka Wnivevs
1966,ч 16, И6-747, р-50$, .
3. Авторское свидетельство СССР
Р 469179, кл. H Ol S 3/00, 04.01.74 (прототий).
