11.4. Возбужденные состояния и кинетика ионов
Признание потенциальной возможности использования галогенидов инертных газов в качестве рабочих молекул для ультрафиолетовых лазеров и последовавшее за этим очень быстрое развитие лазеров с электрическим возбуждением значительно стимулировали проведение исследований в ряде таких областей, как, например, изучение реакций, протекающих с обменом энергии, в том числе реакций с участием метастабильных состояний атомов инертных газов и галогенсодержащих молекул [25], изучение диссоциативного прилипания электрона к атому галогена (см. гл. 2 настоящей книги) и реакций ион-ионной рекомбинации при высоких давлениях смеси (см. гл. 5 настоящей книги и работу [22]). Вследствие этого было получено множество фундаментальных данных и совокупность знаний по таким процессам достигла нового уровня. Таким образом была создана основа для развития сложных аналитических моделей, описывающих разрядные и лазерные характеристики [46, 53]. Весьма значительной особенностью таких моделей является их способность давать информацию, относящуюся к фундаментальным
процессам, которую нелегко получить экспериментально. Поэтому интерпретация экспериментальных данных с помощью аналитических моделей сама по себе привела к идентификации многих ранее неизвестных процессов, а также внесла вклад в получение дополнительных фундаментальных результатов [41, 46, 48]. В этом разделе 1 в качестве иллюстрации того, какая информация в типичном случае может быть получена с использованием теперь уже хорошо разработанных методов моделирования кинетических процессов, мы представим характерные результаты по разрядам в ХеСl- и HgBr-лазерах с ионизацией электронным пучком.
11.4.1. Процессы с участием ионов и возбужденных состояний в разрядах ХеСl-лазеров
11.4.1.1. Общие характеристики
Как упоминалось в разд. 11.1, лазеры на галогенидах инертных газов можно возбуждать электрическим разрядом с помощью нескольких методов. Хотя полученные в результате этого лазерные среды и обладают некоторыми общими характеристиками, специфические отличия в методах возбуждения вносят существенные изменения в основные процессы, в том числе и в реакции образования самих галогенидов инертных газов. Нигэн и Браун [48] разработали модель, описывающую характеристики разряда ХеСl-лазера с ионизацией электронным пучком. Эта модель, как было подтверждено экспериментальными наблюдениями, соответствует условиям относительно высоких значений усиления и эффективности образования лазерных молекул 
При типичных условиях этот метод возбуждения дает оптимальные характеристики лазера, если в качестве буферного газа используется неон при полном давлении, равном 3,0 — 5,0 атм, с добавками 
и приблизительно 
В такой смеси неон играет роль тормозящего фактора для высокоэнергетического ионизующего пучка электронов, а также служит для обеспечения эффективной релаксации всей совокупности колебательных уровней состояния ХеС1(В). Кроме того, атомы неона в возбужденных и ионных состояниях имеют минимальное объемное поглощение на длине волны излучения лазера (см. гл. 12 настоящей книги). Хотя ксенон и является рабочей частицей, его концентрация ограничивается очень малой величиной, для того чтобы предотвратить чрезмерное образование ионов 
которые являются сильным поглотителем на длине волны излучения лазера 308 нм (см. гл. 12 настоящей книги и работы [38, 39]).
(кликните для просмотра скана)
Оптимальная концентрация НСl получается как результат компромисса между образованием ионов 
необходимых для создания лазерной молекулы ХеС1(В), и тушением ХеС1(В) и Хе молекулами НСl, причем Хе является предшественником иона Хе+ (см. рис. 4).
Тот факт, что ХеС1(В) образуется в результате ион-ионной рекомбинации, в совокупности с рассмотренными выше ограничениями, накладываемыми на величину относительной концентрации Хе, приводит к низкому значению импеданса разрядной среды, имеющей высокую плотность тока и малое Е/N. Нигэн и Браун [48] показали, что подобные разряды в ХеСl-лазере с ионизацией электронным пучком в действительности работают в квазилавинном режиме, при котором лишь около 10% актов ионизации обусловлено электронным пучком, а основным процессом ионизации является многоступенчатая ионизация возбужденных состояний атомов Хе низкоэнергетическими электронами разряда (рис. 4). Поэтому для описания этого метода возбуждения ХеСl-лазера используется термин «разряд, управляемый электронным пучком» [48]. Другие параметры разряда этого лазера приведены в табл. 1.
