11.3.2. Разряды в диссоциативном лазере

Вскоре после получения генерации в лазерах на галогенидах инертных газов было показано, что очень близкие по сути лазеры! на галогенидах ртути имеют относительно высокие кпд [49, 50]. Первоначально HgBr-лазер работал на смесях, содержащих ртуть и различные соединения брома. Однако здесь имеются значительные практические трудности, связанные с высокими температурами, необходимыми для получения требуемых концентраций ртути. Кроме того, типичная для таких смесей последовательность реакций является нецикличной, что приводит к значительным изменениям состава смеси во времени. Эти обстоятельства существенно тормозили прогресс в разработке -лазера. Однако Шимичек и Цельто [56, 57] установили, что диссоциативное возбуждение молекулы бромида ртути приводит к сравнительно эффективному образованию молекул Кроме того, необходимые концентрации HgBr2 можно получить при температурах ниже Помимо этого были проведены испытания в импульсно-периодическом режиме, а также связанные с этим исследования времени жизни в разряде, которые показали, что трудности, обусловленные протеканием химических реакций в объеме и на поверхности кюветы в случае использования молекулы HgBr2, относительно незначительны по сравнению с такими же проблемами, возникающими при использовании смесей, содержащих ртуть и соединения брома. Оказалось также, что последовательность реакций образования HgBr(B) из HgBr2 является циклической. По этим причинам использование молекул, в состав которых входит галогенид ртути, позволило сделать значительный шаг вперед в плане создания практического образца лазера, генерирующего в видимой области спектра.

11.3.2.1. Диссоциативное возбуждение HgBr2

Эффективная генерация на переходе с длиной волны 502 нм была получена с использованием ряда газовых смесей, содержащих которые возбуждались электрическим разрядом [6, 8, 57]. Исследование свойств разряда и лазера показывает, что, если в качестве буферного газа применяют неон или аргон, молекула образуется вследствие диссоциативного возбуждения молекулы HgBr2 при электронном ударе [6, 36]. Кроме того, при добавлении к этой смеси газов нескольких процентов N2 или Хе молекула образуется также в результате тушения молекулой HgBr2 либо молекул и высокорасположенных энергетических уровней [19, 47], либо атомов [6, 12]. Расчеты показывают, что при наличии в смеси таких частиц, передающих энергию, как N2 или Хе, вклады в образование молекул от возбуждения прямым электронным ударом молекулы HgBr2 и от реакций с передачей возбуждения приблизительно одинаковы. В любом случае независимо от особенностей метода возбуждения разряда или от состава смеси молекула HgBr(B) образуется в результате реакций диссоциативного возбуждения, а не процесса ион-ионной рекомбинации, который в основном определяет образование молекул ХеС1(В) в ХеСl-лазерах.

Рис. 6. Диаграмма, иллюстрирующая основные этапы образования молекулы в диссоциативном -лазере Как электроны так и некоторые возбужденные частицы могут возбуждать состояния молекулы HgBr2, которая предиссоциирует с образованием Происходит также возбуждение тех состояний молекулы HgBr2, которые при предиссоциации не образуют

На рис. 6 представлены основные процессы в -лазере. В интервале энергий между порогом эВ) и ионизационным пределом (10,62 эВ) находится большое число электронных состояний молекулы Однако, как показано на рисунке, к образованию молекулы приводит лишь процесс возбуждения

предциссоциируюхцего состояния молекулы Между состояниями В и X молекулы HgBr имеется столь большой сдвиг Франка — Кондона, что лазерные переходы оканчиваются на высокорасположенных колебательных уровнях состояния X. Эти уровни быстро дезактивируются в столкновениях с частицами буферного газа [26], что обусловливает возможность эффективного вывода оптического излучения, подобно тому как это имеет место в лазерах на эксимерах галогенидов инертных газов, например на Вслед за лазерной генерацией происходит рекомбинация молекулы HgBr в состоянии X с атомами с образованием молекулы HgBr2, что является последней ступенью в цепи реакций, которые, по-видимому, будут почти полностью обратимыми, если тщательно соблюдать необходимые условия [8].