Oтпаянные ТЕА-лазеры УФ- и ближнего ИК-диапазонов для применений в лазерной химии и диагностике
Многие проблемы лазерной химии, химического анализа, лазерных микротехнологий и экологии в настоящее время могут быть успешно решены с применением ТЕА-лазеров, работающих в УФ- и ближней ИК-областях спектра. Одним из главных требований, предъявляемых к такого рода источникам излучения, является обеспечение достаточно высокого ресурса. Среди множества активных сред, обеспечивающих эффективную генерацию лазерного излучения в УФ и ближней ИК-областях спектра, наиболее приемлемыми с этой точки зрения являются молекулярный азот и смеси инертных газов, не подверженных химическим превращениям в плазме газового разряда. Основным недостатком ТЕА-лазеров на смесях этих газов являются низкие частоты повторения импульсов и уровни средней мощности излучения.
В настоящей работе приводятся результаты систематических исследований, направленных на создание отпаянных вариантов ТЕА-лазеров на смесях N2: He (l =337 нм) и Ar: He, Kr: He, Xe: He (l =1-5 мкм) при рабочих давлениях до 1. 5 Атм с повышенными значениями средней мощности излучения. Исследования проводились с двумя типами ТЕА-лазеров:
1. Малогабаритными отпаянными ТЕА-лазерами с поперечной прокачкой газовых смесей "электрическим ветром" и возбуждаемыми активными объемами Va =18*0. 8*0. 8 см3, Va =18*1. 2*0. 4 см3, Va =20*1. 2*0. 3 см3 и Va =22*0. 8*0. 3 см3. В качестве оболочек активных элементов применялась керамика на основе окиси алюминия (22ХС). Частоты повторения импульсов составляли 20-120 Гц. 2. ТЕА-лазеры со скоростной прокачкой рабочих смесей ( Vпрок
Исследования показали, что определяющими факторами в ограничении частоты зажигания объемного разряда с высокой пространственной однородностью и уровня средней мощности излучения являются "макро-" и "микронеоднородности" плазмы объемного разряда, параметры генератора накачки и степень его согласования с плазмой объемного разряда. "Макронеоднородности" плазмы объемного разряда и связанные с ними перераспределение плотности тока накачки, снижение общего коэффициента усиления активной среды и последующий переход объемного разряда в локальный и срыв генерации вызываются неточностями изготовления и установки основных электродов ( d >20 мкм ), термическими деформациями электродов, применением предионизаторов, вызывающих температурные градиенты в газовом потоке или на поверхности основных электродов. Основной причиной образования "микронеоднородносте" является наличие на разрядном промежутке после протекания тока накачки напряжений рассогласования.
Максимальное значение частоты зажигания объемного разряда в плотных газах определяется соотношением: Fmax = a*B(L*C*U)-1 , где L, C, U -индуктивность разрядного контура, емкость накопительного конденсатора и напряжение его заряда; а -коэффициент температуропроводности материала электродов для зажигания объемного разряда; В -константа, определяемая родом газа и параметрами генератора накачки.
Максимальные параметры лазерного излучения, достигнутые в результате проведенных исследований, составляют, соответственно, для ТЕА -лазеров на смесях N2: He с "электрическим ветром" и скоростной прокачкой газовых смесей: Wmax=3 мДж, t =3-5 нс, частота повторения импульсов 120 Гц, средняя мощность излучения 360 мВт;
Wmax=7. 5-8. 4 мДж, t =3-5 нс, частота повторения импульсов 2. 6 кГц, средняя мощность излучения 18-24Вт.
При использовании смесей Xe: He в ТЕА-лазерах с "электрическим ветром": Wmax=1-2 мДж, t =50 нс ("пик") и t Авторы Б. A. Козлов, Р. И. Ашурков