Oтпаянные ТЕА-лазеры УФ- и ближнего ИК-диапазонов для применений в лазерной химии и диагностике

OтпаянныеТЕА-лазеры УФ- и ближнего ИК-диапазонов для применений в лазерной химии идиагностике Многие проблемы лазерной химии, химического анализа, лазерныхмикротехнологий и экологии в настоящее время могут быть успешно решены сприменением ТЕА-лазеров, работающих в УФ- и ближней ИК-областях спектра.Однимиз главных требований, предъявляемых к такого рода источникам излучения,является обеспечение достаточно высокого ресурса. Среди множества активныхсред, обеспечивающих эффективную генерацию лазерного излучения в УФ и ближнейИК-областях спектра, наиболее приемлемыми с этой точки зрения являютсямолекулярный азот и смеси инертных газов, не подверженных химическимпревращениям в плазме газового разряда.

Основным недостатком ТЕА-лазеров насмесях этих газов являются низкие частоты повторения импульсов и уровни среднеймощности излучения.В настоящей работе приводятся результатысистематических исследований, направленных на создание отпаянных вариантовТЕА-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 среднеймощности излучения.Исследованияпроводились с двумя типами ТЕА-лазеров 1. Малогабаритными отпаянными ТЕА-лазерами споперечной прокачкой газовых смесей электрическим ветром ивозбуждаемыми 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 применяласькерамика на основе окиси алюминия 22ХС . Частоты повторения импульсовсоставляли 20-120 Гц.2. ТЕА-лазеры со скоростной прокачкой рабочихсмесей Vпрок lt 50 м с-1 через разрядный промежутоки частотами повторения импульсов 0.5-5 кГц. Оболочки активных элементов этоготипа лазеров выполнялись из дюралюминия или нержавеющей стали.

Накачкаосуществлялась в активных объемах Va 28 2 0.5 см3 и Va 45 2.5 0.6 см3.Исследования включали в себя установление природы макро- и микронеоднородностей плазмы объемного разрядаи их взаимосвязей с устойчивостью объемного разряда на повышенных частотахповторения импульсов, определение предельных значений частоты зажиганияобъемного разряда, отработку эффективных методов накачки и изучениегенерационных характеристик ТЕА-лазеров на смесях N2 He, Ar He,Kr He и Xe He.Исследования показали, что определяющимифакторами в ограничении частоты зажигания объемного разряда с высокойпространственной однородностью и уровня средней мощности излучения являются макро- и микронеоднородности плазмы объемного разряда,параметры генератора накачки и степень его согласования с плазмой объемногоразряда. Макронеоднородности плазмы объемного разряда и связанные сними перераспределение плотности тока накачки, снижение общего коэффициентаусиления активной среды и последующий переход объемного разряда в локальный исрыв генерации вызываются неточностями изготовления и установки основныхэлектродов d gt 20 мкм , термическими деформациями электродов, применениемпредионизаторов, вызывающих температурные градиенты в газовом потоке или наповерхности основных электродов.

Основной причиной образования микронеоднородносте является наличие на разрядном промежутке послепротекания тока накачки напряжений рассогласования.Максимальное значение частоты зажигания объемногоразряда в плотных газах определяется соотношением Fmax a B L C U -1, где L,C,U -индуктивность разрядного контура, емкость накопительногоконденсатора и напряжение его заряда а -коэффициент температуропроводностиматериала 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, частотаповторения импульсов 120 Гц, средняя мощность излучения 360 мВт Wmax 7.5-8.4 мДж, t 3-5 нс, частотаповторения 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 lt 3 мкс хвост , максимальная час-тотаповторения импульсов 200 Гц, средняя мощность излучения 120 мВт Wmax 6.4 мДж, t 50 нс пик и t lt 3 мкс хвост , максимальная частотаповторения импульсов 5 кГц, средняя мощность излучения 28-32 Вт. Максимальные средние мощности излученияТЕА-лазеров, работавших на смесях Ar He и Kr He, составляют, соответственно,0.5 и 3 Вт. Авторы Б.A. Козлов, Р.И.Ашурков.