При возбуждении электронным пучком парогазовой смеси Ne + Tl и создании инверсии населенностей на переходах иона таллия Tl+ в реакциях перезарядки получена и исследована лазерная генерация на линиях Tl+ с λ = 1922; 1385,2; 595,1; 695 и 707 нм (на первых двух линиях - впервые). В исследуемом диапазоне параметров накачки получена линейная зависимость мощности генерации от мощности накачки, свидетельствующая об эффективности электронно-пучкового возбуждения. Достигнута средняя мощность излучения 44 мВт на λ = 595 нм при частоте 1 кГц с эффективностью ~ 0,06%. Проведено численное моделирование энергетических характеристик лазера.
Идентификаторы и классификаторы
При возбуждении газовых сред электронным пучком (ЭП) большая часть энергии (~50-60%) расходуется на ионизацию; она передается рабочим частицам (атомам и ионам) в основном в ходе двух процессов - рекомбинации и перезарядки. Рекомбинационные процессы эффективны при высоких давлениях и плотностях электронов, например в эксимерных лазерах, лазерах высокого давления на атомах тяжелых инертных газов и др. Ускорение рекомбинационных процессов возможно при повышении кратности ионизации, что используется, например, в лазерах на ионах Са и Sr. Реакция перезарядки ввиду большой константы ее скорости (-10-9-10-10 см³ с 1) лежит в основе функционирования лазеров как высокого, так и низкого давления. В последнем случае чаще всего это лазеры на ионах металлов.
Список литературы
1. Гудзенко Л.И., Яковленко С.И. Плазменные лазеры. М.: Атомиздат, 1978, 256 с.
2. Иванов И.Г., Латуш Е.Л., Сэм М.Ф. Ионные лазеры на парах металлов. М.: Энергоатомиздат, 1990. 259 с. EDN: YSRRLV
3. Бохан П.А. Накачка газовых лазеров убегающими электронами, генерируемыми в открытом разряде // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. М.: Физматлит, 2005. Т. XI, гл. 4. С. 316-337.
4. Little C.E. Metal vapour lasers: Physics, engineering and applications. Wiley-VCH: Chichester, England, 1999. 646 p.
5. Бохан П.А. Процессы релаксации и влияние метастабильных состояний атомов и ионов металлов на механизм генерации и энергетические характеристики лазеров // Квант. электрон. 1986. Т. 13, № 9. С. 1837-1847.
6. Бохан П.А. Столкновительные лазеры на ионах Еu+ и Са+ с высокой энергией излучения // Письма в ЖТФ. 1986. Т. 12, № 3. С. 161.
7. Хомич В.Ю., Ямщиков В.А. Развитие методов получения пучков убегающих электронов для накачки газовых лазеров, генерирующих УФ-излучение // Прикл. физ. 2010. № 6. С. 77-88. EDN: NBFXLL
8. Belskaya E.V., Bokhan P.A., Zakrevsky D.E., Lavrukhin M.A. Influence of molecular gases on the lasing on the self-terminating He transition // IEEE J. Quantum Electron. 2011. V. 47, N 6. P. 795-802. EDN: OIBEDJ
9. Бохан П.А., Гугин П.П., Закревский Д.Э. Лазер на парах бромида меди с возбуждением электронным пучком // Квант. электрон. 2016. Т. 46, № 9. С. 782-786. EDN: XAMYYB
10. Zinchenko S.P., Ivanov I.G., Sem M.F. Spectral and power output characteristics of the pulsed He-Hg+ and Ne-Tl+ hollow-cathode lasers with charge-transfer excitation // Proc. SPIE. 1993. V. 2110. P. 150-164.
11. Иванов И.Г., Сэм М.Ф. Генерация на ионных переходах таллия и галлия // Электронная техника. Сер. 4. 1974. № 2. С. 12-16. EDN: SFOKHN
12. Glozeva M.G., Sabotinov N.V., Janossy M. High current regime of the helical hollow cathode Ne-TlCl and He-Kr lasers // Opt. Quantum Electron. 1986. V. 18, N 2. P. 455-459.
13. Иванов И.Г., Сэм М.Ф. Кинетика активных сред He-Hg, Ne-Tl и Ne-Ga импульсных ионных лазеров с разрядом в полом катоде // Оптика атмосф. и океана. 2001. Т. 14, № 11. С. 1016-1021. EDN: AQNYXY
14. Зинченко С.П., Иванов И.Г. Импульсные ионные лазеры с полым катодом: параметры накачки и генерации // Квант. электрон. 2012. Т. 42, № 6. С. 518-523. EDN: TTFNVR
15. Бохан П.А., Сорокин А.Р. Открытый разряд, генерирующий электронный пучок: механизм, свойства и использование для накачки лазеров среднего давления // Журн. тех. физ. 1985. Т. 55, № 1. С. 88-95.
16. Bokhan P.A., Zakrevsky Dm.E., Gugin P.P. Generation of high-current electron beam in a wide-aperture open discharge // Phys. Plasma. 2011. V. 18, N 10. P. 103112. EDN: PEEJJX
17. Сыцько Ю.И., Яковленко С.И. Кинетика ионизации и возбуждения газа жестким источником // Физика плазмы. 1976. Т. 2, Вып. 1. С. 63-71.
18. Molisch A.F., Oehry B.P., Schupita W., Magerl G.J. Radiation-trapping in cylindrical and spherical geometries // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1993. V. 49, N 4. P. 361-370.
19. Henderson M., Curtis L.J. Lifetime measurements in Tl II // J. Phys. B: Atom. Mol. Opt. Phys. 1996. V. 29, N 17. P. L629-L634. EDN: AZPKVX
20. Andersen T., Sørensen G. Systematic study of atomic lifetimes in gallium, indium, and thallium measured by the beam-foil technique // Phys. Rev. A. 1972. V. 5, N 6. P. 2447-2451.
21. Brage T., Proffitt Ch.R., Leckrone D.S. Relativistic ab initio calculations of oscillator strengths and hyperfine structure constants in Tl II // J. Phys. B: Atom. Mol. Opt. Phys. 1999. V. 32, N 13. P. 3183-3192. EDN: AYMXLJ
22. Andersen R.J., Lee E.T. P., Lin Ch.C. Electron excitation functions of mercury // Phys. Rev. 1967. V. 157, N 1. P. 31-40.
23. Собельман И.И. Введение в теорию атомных спектров. М.: Наука, 1977. 320 с.
24. Вайнштейн Л.А., Собельман И.И., Юков Е.А. Сечения возбуждения атомов и ионов электронами. М.: Наука, 1973. 144 с.
25. Wang Ch., Sahay P., Scherrer S.T. A new optical method of measuring electron impact excitation cross section of atoms: Cross section of the metastable 6s6p 3P0 level of Hg // Phys. Lett. A. 2011. V. 375, N 24. P. 2366-2370.
26. Kim Y. Scaling of plane-wave Born cross sections for electron-impact excitation of neutral atoms // Phys. Rev. A. 2001. V. 64, N 3. P. 032713.
27. Hanne G.H. What really happens in the Franck-Hertz experiment with mercury? // Am. J. Phys. 1988. V. 56, N 8. P. 696-696.
28. Suzuki S., Kuzuma K., Iton H. Electron collision cross section of mercury // J. Plasma Fusion Res. 2006. V. 7. P. 314-318.
29. Kenty C. Production of 2537 radiation and the role of metastable atoms in an argon-mercury discharge // J. Appl. Phys. 1950. V. 21, N 12. P. 1309-1318.
30. Батенин В.М., Бохан П.А., Бучанов В.В., Евтушенко Г.С., Казарян М.А., Карпухин В.Т., Климовский И.И., Маликов М.М. Лазеры на самоограниченных переходах атомов металлов. Т. 2. М.: Физматлит, 2011. 616 с. EDN: UGLJRB
31. Casperson L.W. Laser power calculations: Sources of error // Appl. Opt. 1980. V. 19, N 3. P. 422-434.
32. Алешкевич В.А. Курс общей физики. Оптика. М.: Физматлит, 2011. 320 с.
Выпуск
Другие статьи выпуска
Рассмотрены химические свойства пенталена и его изомеров, а также их катионов. Пентален и его производные играют важную роль в процессах образования и разрушения полиароматических углеводородов - основных компонентов микрочастиц сажи, образующихся в процессе сгорания органического топлива. Также обсуждается явление изменения ароматических/антиароматических свойств пенталена и двух его основных изомеров при ионизации (изменении количества p-электронов).
Показано, что разогрев вулканического материала, взятого на вулкане Этна (Италия), апокампическим разрядом уменьшает напряжение, при котором от канала разряда стартует положительный стример - апокамп, и увеличивает скорость его распространения. По спектрам люминесценции видно, что эти процессы сопровождаются эмиссией легкоионизуемых K и Na, что согласуется с данными об элементном составе образцов Этны. На основе полученной информации предложена гипотеза о том, что в местах повышенной вулканической активности на высотах 10-18 км (на уровне тропосферы) вероятность появления голубых струй и стартеров повышается.
На основе численного моделирования в программном комплексе ANSYS разработана конструкция мономорфного (униморфного) деформируемого зеркала. Выбрана структура управляющих электродов, обеспечивающая на световой апертуре отработку аберраций до 5-го порядка включительно (первые 21 полином Цернике) с высокой точностью воспроизведения. Приведены расчеты основных характеристик мономорфного зеркала: функции влияния электродов, погрешность отработки заданных аберраций, прогиб зеркала под действием собственного веса, термодеформации поверхности зеркала вследствие изменения температуры окружающей среды, термодеформации и температурное поле от падающего лазерного излучения, собственные частоты колебаний зеркала. Результаты свидетельствуют о возможности использования зеркала для эффективной работы в составе адаптивной оптической системы.
В работе представлены экспериментальная установка, эксперименты по измерению и расчет светового давления на конструкционные материалы для разных углов падения света. Расчет необходим для определения светотехнических свойств материала и суммарного момента сил солнечного давления. В качестве конструкционного материала использовался промышленный металлотрикотаж - сетеполотно. Для расчета было проведено более 4000 экспериментальных измерений коэффициентов пропускания и коэффициентов отражения сетеполотна.
Представлены результаты лидарного зондирования тропосферного аэрозоля, выполненного в Калининграде (54° с. ш., 20° в. д.) с применением двухволнового атмосферного лидара (532 и 1064 нм), который позволяет проводить зондирование аэрозоля до высот 10-12 км. В результате измерений мощности рассеянного в тропосфере лидарного сигнала с 2011 по 2018 г. установлены особенности вертикальной структуры и динамики аэрозоля. Анализ результатов показал усиление волновой активности в диапазоне акустико-гравитационных волн в тропосфере во время прохождения солнечного терминатора.
Представлены результаты лабораторных экспериментов по регистрации сигналов обратнорассеянного излучения ИК-лазера от аэрозольных частиц, содержащих органические примеси. Исследования выполнены на лабораторном стенде по схеме лидарного зондирования на контролируемой оптической трассе. В качестве модельных сред использовались водный аэрозоль и водные растворы, содержащие органические примеси: триптофан, изопропиловый спирт, глицерин, никотинамидадениндинуклеотид. Результаты измерений сигналов обратного рассеяния для различных органических примесей в исследуемых аэрозольных частицах показывают возможность использования ИК-лазеров со сканированием частоты излучения для дистанционного зондирования атмосферного органического аэрозоля.
Представлены результаты разработки комплекса для проведения высокоскоростной визуально-оптической диагностики процессов плазмохимического синтеза в смесях порошков, инициируемых СВЧ-излучением гиротрона. Комплекс предусматривает получение не только изображений процессов в реакторе, но и спектра возникающего излучения. Комплекс включает в себя видеокамеры, спектрометры, систему синхронизации и предполагает возможность установки системы активной фильтрации на основе активных сред на парах металлов. Также приведены результаты визуализации процесса синтеза различных керамических микро- и наночастиц. Показано, что использование временной фильтрации оптических изображений не позволяет полностью подавить влияние фонового излучения.
Рассмотрены условия формирования ТГц-излучения в монокристаллах ZnGeP2 при генерации разностной частоты. Показано, что для реализации эффективного ТГц-излучения требуются источники двухчастотной лазерной накачки с длительностью импульсов генерации ~ 1 нс. Предлагается использовать в качестве такого источника ИК-излучение (на переходах Sr I в области 3 мкм и Sr II - 1 мкм) системы «задающий генератор - усилитель» на парах стронция. Рассмотрены условия формирования инверсии населенности, при которых в активной среде лазера на парах стронция реализуется длительность импульсов генерации ~ 1 нс. Показано, что при использовании такой системы можно увеличить среднюю мощность генерации лазера на парах стронция пропорционально увеличению объема активной среды усилителя.
Впервые при накачке азота импульсным индукционным разрядом получена энергия генерации 10 мДж с импульсной мощностью свыше 1 МВт. Длительность импульсов генерации на полувысоте созданного индукционного азотного лазера составляла (8,5 ± 0,5) нс. Лазерная генерация была получена на двух длинах волн - 337,1 и 357,7 нм. Пучок генерации в поперечном сечении имел форму кольца диаметром ~ 33 мм и шириной ~ 2 мм.
В работе представлены результаты разработки активного элемента на переходах атома натрия с продольной и поперечной накачкой. Экспериментально исследована возможность получения излучения на резонансных переходах при возбуждении активной среды с помощью импульсов наносекундной длительности различной энергии и спектрального состава. Накачка среды осуществлялась с помощью лазера на красителях и CuBr-лазера. Зафиксировано излучение на D -линиях натрия при накачке желтой линией излучения CuBr-лазера.
В работе описан созданный ИК-лазер с накачкой импульсным индукционным цилиндрическим разрядом, генерирующий в области 900-2050 нм на переходах атомов Xe I. В качестве активной среды использовался ксенон и его смеси с гелием и аргоном. Проведены экспериментальные исследования влияния состава активной газовой среды на интенсивность излучения атомов Xe I. Спектр генерации состоял из трех линий с длинами волн 904,5; 1733 и 2026 нм. Соотношение интенсивностей сильно зависело от состава активной среды. Длительность оптических импульсов излучения достигала (8 ± 1) нс на полувысоте.
Представлены результаты экспериментальных исследований влияния условий накачки на спектральные и временные характеристики излучения ИК Ar I-лазера при возбуждении активной среды импульсным индукционным продольным разрядом. Получена лазерная генерация на переходах нейтральных атомов аргона на длинах волн 1213, 1240, 1270, 1694, 1791 нм в чистом аргоне и в его двухкомпонентных смесях с гелием и неоном. Длительность оптических импульсов на полувысоте составляла (5 ± 1) нс. Энергия излучения достигала 0,1 мДж.
C 15 по 20 сентября 2019 г. в Институте оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН (г. Томск) прошла XIV Международная конференция по импульсным лазерам и применениям лазеров AMPL-2019. Число участников форума было гораздо больше, чем во все предыдущие годы. Тематика традиционно отражала результаты исследований последних лет: фундаментальные вопросы лазерной физики, физические и химические процессы в активных средах лазеров, новые лазеры и лазерные системы, применения лазеров, создание приборов на основе лазерных источников, новые оптические технологии, проблемы коммерциализации лазеров и приборов на их основе.
Издательство
- Издательство
- СО РАН
- Регион
- Россия, Новосибирск
- Почтовый адрес
- 630090, Новосибирская обл, г Новосибирск, Советский р-н, пр-кт Академика Лаврентьева, д 17
- Юр. адрес
- 630090, Новосибирская обл, г Новосибирск, Советский р-н, пр-кт Академика Лаврентьева, д 17
- ФИО
- Пармон Валентин Николаевич (ПРЕДСЕДАТЕЛЬ СО РАН)
- E-mail адрес
- sbras@sb-ras.ru
- Контактный телефон
- +7 (495) 9381848