11.4.1.2. Концентрации частиц

На рис. 9 и 10 представлены расчетные значения концентраций ионных и возбужденных частиц, соответствующие условиям таблицы 1.

Рис. 9. Вычисленные квазистационарные концентрации заряженных частнц в управляемом электронным пучком разряде ХеСl-лазера для условий, приведенных в табл. 1.

Из рис. 9 видно, что плотность электронов равна приблизительно что представляет собой относительно большую величину для рассматриваемого тлеющего разряда большого объема и отражает условия эксперимента, соответствующие относительно высоким плотностям тока и малым Е/N. Действительно, при плотностях электронов выше примерно тушение

лазерной молекулы электронами сравнимо с радиационными потерями [52]. Расчеты показывают, что образующийся благодаря многоступенчатой ионизации ион Хе+ является преобладающим положительным ионом, хотя полное давление составляет

3 атм. Это есть следствие (и в то же время причина) низкой относительной концентрации атомов Хе, что ограничивает скорость образования иона димера Хе. Тем не менее, даже если концентрация ионов Хе более чем на порядок величины меньше концентрации при этих условиях объемное поглощение на лазерной длине волны, обусловленное фотодиссоциацией оказывается равным приблизительно одной трети от полного поглощения. Таким образом, увеличение относительной концентрации атомов Хе до величины, во много раз превышающей 1%, приводит к почти пропорциональному росту объемного поглощения, что в то же время вызывает уменьшение эффективности вывода оптического излучения см. также гл. 10 настоящей книги).

Рис. 10. Вычисленные квазистационарные концентрации возбужденных частиц в управляемом электронным пучком разряде ХеСl-лазера для условий, приведенных в табл. 1.

Хотя в процессе диссоциативного прилипания к колебательновозбужденной молекуле НСl ион образуется с высокой скоростью, относительно низкая концентрация НСl в сочетании с очень большой скоростью исчезновения ионов в процессе приводит к концентрации меньшей по сравнению с плотностями электронов и ионов Хе+ . Даже в этом случае поглощение на лазерной длине волны, обусловленное процессом фотоотлипания от составляет при указанных условиях приблизительно 15% полного объемного поглощения.

Из рис. видно, что соответствующие населенности Хе (представляющие собой населенности связанных состояний и населенность всей совокупности группы уровней расположенных очень высоко, имеют сравнимые значения. Как обсуждалось выше, ионизация из этих состояний приводит в основном к образованию Хе+ . Большие концентрации оказывают влияние на свойства лазера или разряда разными способами: фотоионизация атомов в -состоянии на лазерной длине волны [20, 28], непропорциональный вклад атомов, находящихся в -состояниях, в многоступенчатую ионизацию [30, 45] и потери энергии при -релаксации, обусловленной столкновениями с нейтральными частицами (см. раздел 11.4.4 и работу [45]). Концентрация лазерных молекул ХеС1(В), как показано, превышает что соответствует усилению в лазерной среде, превышающему Из расчетов также следует, что при этих условиях значения кпд образования лежат в интервале 15 — 20% (см. табл. 1). Кроме того, на рис. 10 показано, что концентрация трехатомных молекул галогенидов инертных газов почти такая же, как и концентрация Молекула образуется в трехчастичной реакции тушения ХеС1(В), протекающей с участием атомов При этих условиях образование происходит с энергетическим кпд, равным приблизительно 1%. Хотя для -лазера образование является вредным процессом, все же он может быть полезным в том смысле, что при возбуждении подобных смесей, содержащих возникает лазерное излучение на молекуле с центром линии генерации на 518 нм [60].