Главная > Газовые лазеры
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

10.4.2. Накачка разрядом

Существуют два наиболее широко распространенных метода накачки разрядом — это накачка разрядом, управляемым электронным пучком, и накачка лавинным разрядом с УФ предыонизацией. В случае накачки разрядом, управляемым электронным пучком, большая часть электронов (но не все) разряда образуется за счет высокоэнергетического пучка. Разряд, обеспечивающий наибольшую мощность накачки, вызывает ионизацию, которая дополняет ионизацию, производимую быстрыми электронами. При накачке, обеспечиваемой разрядом с УФ предыонизацией, предыонизация лазерной среды осуществляется ультрафиолетовым излучением.

10.4.2.1. Эффективность образования метастабильных состояний

Физические процессы, протекающие в разряде, в значительной степени определяются возбуждением и ионизацией метастабильных состояний инертного газа при электронном ударе. В качестве примера рассмотрим накачку разрядом KrF-лазера. На рис. 13 приведены соответствующие этому случаю сечения некоторых процессов, обусловленных электронным ударом. Мы видим, что сечение возбуждения Кг из состояния в состояние имеет максимальное значение около при энергии электронов 8 эВ [52]. Кроме того, на рис. 13 приведены сечение ионизации и сечения возбуждения [57] и ионизации [82] основного состояния атома . Из рисунка ясно, что максимальное значение сечения возбуждения Кг (или в 30 раз больше сечения возбуждения из основного состояния . Однако более важным является то, что в возбуждении до (или до участвует большее число электронов. Эти переходы, имеющие порог вблизи 1,6 эВ, приводят к охлаждению электронов, в то время как образование метастабильных состояний из основного состояния происходит за счет

только высокоэнергетического хвоста в распределении по энергии электронов. Чтобы вычислить распределение по энергии электронов, а также распределение мощности разряда по различным каналам, соответствующим образованию возбужденных состояний и ионизации, в зависимости от приложенного электрического поля, в расчетную программу, решающую кинетическое уравнение Больцмана для электронов, нужно ввести значения указанных выше сечений.

Рис. 13. (см. скан) Сечения процессов возбуждения и ионизации электронным ударом для криптона и аргона в зависимости от энергии электронов

На рис. 14 — 16 представлены результаты, полученные с помощью вычислений по такой программе. На рис. 14 показано, какая доля мощности в процентах идет на образование Кг и Аг в

(кликните для просмотра скана)

зависимости от относительной населенности метастабильных состояний при электрических полях . С ростом относительной населенности возбужденных состояний до эффективность их образования уменьшается до величины менее 10%. Это уменьшение обусловлено тем, что в основном происходит охлаждение высокоэнергетического хвоста функции распределения по энергии электронов, который определяет образование возбужденных состояний атомов инертных газов в таких процессах столкновений с электронами, как . Кривые на рис. 15 представляют собой зависимости средней энергии электронов от относительной населенности метастабильных состояний.

Рис. 16 Скорость ионизации как функция относительной населенности метастабильных состояний инертных газов при различных величинах внешнего электрического поля Е

При меньших электрических полях этот эффект охлаждения проявляется намного сильнее. Поэтому эффективность накачки можно увеличить за счет более высокого электрического поля. Однако при этом скорость ионизации (см. рис. 16) становится столь большой, что может нарушиться устойчивость разряда, обусловленная прилипанием электронов в случаях, когда мощность разряда превышает мощность, вкладываемую в лазерную среду электронным пучком (см. разд. 10.4.2.2).

В условиях управляемого разряда можно выбрать такой режим работы, при котором относительная населенность метастабильных состояний достаточно мала, так что эффективность образования таких состояний оказывается высокой. Однако в случае разряда с УФ предыонизацией плотность тока и мощность лавинного разряда вызывают неуправляемый рост плотности возбужденных состояний. Это в свою очередь приводит к низкой эффективности образования метастабильных состояний и к относительно большому поношению излучения лазера возбужденными и ионными состояниями. Следовательно, чтобы получить высокий кпд лазера, нужно преодолеть много трудностей.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление