3.3.2.5. Вычисление скорости накачки

Если известны сечение взаимодействия с электроном распределение электронной энергии и плотность числа электронов то нетрудно вычислить величину Из (3.35)

и (3.39) получаем следующее выражение:

где, как отмечалось выше, выражение в квадратных скобках зависит лишь от отношения Заметим, что, поскольку величина (почти) постоянна для данного газового разряда, изменение скорости накачки может быть достигнуто лишь изменением плотности тока 1. Вычислив общий результат расчета можно представить в наводящей на размышления форме, если, как и в случае оптической накачки, определить КПД накачки в виде отношения минимальной мощности накачки, необходимой для достижения данной скорости накачки к фактической электрической мощности Р, подведенной к разряду. Эта минимальная мощность может быть записана как где — усредненное по объему разряда V значение — разность энергий между верхним и основным лазерными уровнями. Таким образом, можно написать

Заметим, что с хорошей точностью КПД электрической накачки не зависит от плотности тока разряда, поскольку как [см. (3.42)], так и Р пропорциональны плотности тока.

В качестве особенно наглядного примера вычисления рассмотрим опять случай -лазера. На рис. 3.25 представлены результаты численного расчета для двух газовых смесей На рисунке представлена доля полной мощности накачки, идущей в различные каналы возбуждения, как функция отношения Кривые представляют мощность накачки, затрачиваемой на упругие столкновения, на возбуждение вращательных уровней основного состояния молекул а также на возбуждение нижних колебательных уровней Кривые III и IV определяют мощность, идущую соответственно на электронное возбуждение и ионизацию, а кривые II — мощность накачки соответственно верхнего (001) лазерного уровня молекулы и первых пяти колебательных уровней молекулы Если передача энергии между молекулами происходит с достаточной эффективностью, то всю эту мощность накачки можно рассматривать как полезную. Таким образом, кривая II дает КПД накачки Заметим, что, как упоминалось выше при рассмотрении электронной температуры (которая в данном случае не имеет смысла, поскольку распределение электронов далеко не максвелловское), существует оптимальное значение При слишком малых мощность накачки в большой степени теряется на упругие столкновения и возбуждение нижних колебательных

уровней молекулы При очень больших значениях преобладающим каналом возбуждения становится электронное возбуждение. Заметим также, что при оптимальной величине могут быть получены большие значения (около 80 % для смеси 1:2:3).

Если величина известна, то из (3.43) имеем

Таким образом, мы получили очень простое выражение для которым будем пользоваться в последующих главах.

Рис. 3.25. Относительная мощность (в процентах к полной мощности), которая идет в различные каналы возбуждения -лазера (-общая населенность частиц газа). Кривые I — упругие столкновения и т.п.; кривые II— колебательное возбуждение кривые III — электронный удар; кривые IV — ионизация. (Согласно работе [15].)

Безусловно, как и в случае оптической накачки, пригодность этого выражения зависит от того обстоятельства, будет ли кем-нибудь предварительно выполнено вычисление величины