11.3. Лазеры на галогенидах инертных газов и галогенидах ртути

В последние годы лазеры на галогенидах инертных газов и галогенидах ртути с электрическим возбуждением благодаря их высокому кпд (1—10%) и масштабируемости стали предметом интенсивного изучения. Характеристики и особенности работы лазеров на галогенидах инертных газов детально рассматриваются в гл. 10 настоящей книги. Среди представителей этого класса лазеров исключительно перспективными для многих приложений оказались [8] ХеСl-лазер (308 нм), использующий в качестве донора галогена НСl, и HgBr-лазер (502 нм), использующий энергию диссоциативного возбуждения молекулы бромида ртути Успех этих лазеров объясняется главным образом благоприятными характеристиками поглощения, позволяющими получить высокий кпд вывода излучения, а также относительно незначительными трудностями, связанными с протеканием объемных и (или) поверхностных химических процессов. Эти свойства обусловлены в большой степени тем, что в XeCl- и HgBr-лазерах в качестве соответствующих доноров галогенов используются молекулы НСl [9] и HgBr2 [56, 58]. Действительно, ХеСl-лазер [37, 24, 40] и HgBr/HgBr2-лазер [56] продемонстрировали большой срок службы, что выделяет их среди лазеров этого класса.

В этом разделе мы кратко опишем основные последовательности кинетических процессов, действующих в ионизуемых электронным пучком разрядах -лазеров. Особое внимание уделено некоторым уникальным особенностям молекул Свойства активной среды XeCl- и HgBr-лазеров мы рассмотрим в разд. 11.4.

11.3.1. Разряды, накачивающие лазеры

Хотя одним из первых лазеров, в котором была получена генерация, является ХеСl-лазер, высокую эффективность для него удалось достичь, лишь когда в качестве донора галогена применили НСl. Уменьшение поглощения на лазерной длине волны при использовании НСl в смесях привело к значениям кпд преобразования электрической энергии в оптическую, лежащим в интервале когда накачка осуществлялась только одним электронным пучком [9], и в интервале при использовании либо разряда в сочетании с предыонизацией электронным пучком, что представляет для нас первостепенный интерес [48], либо короткоимпульсного разряда.

Рис. 4. Диаграмма, иллюстрирующая протекание основных процессов в цепи образования молекулы в смесях возбуждаемых разрядом [48].

Показанная на рис. 4 диаграмма дает основное представление о последовательности процессов в разряде, приводящих к образованию XeCl в электроразрядных -лазерах. Согласно расчетам, при оптимальных условиях передача энергии от электронов осуществляется главным образом по каналу образования метастабильных атомов Хе и последующего возбуждения метастабильных атомов на вышележащую совокупность уровней атома Ион Хе+ образуется после этого в результате ионизации метастабильных и -состояний атомов Хе за счет электронного удара. Как показано на рисунке, вследствие диссоциативного прилипания электрона к колебательно-возбужденной молекуле НСl возникает отрицательный ион который затем рекомбинирует с Хе+ в трехчастичной реакции, приводящей к образованию лазерной молекулы ХеС1(В). Таким образом, лазерная молекула XeCl образуется по ион-рекомбинационному каналу, причем в зависимости от конкретных условий эффективность достигает 5 - 20%.