13.2. Экспериментальные исследования самостоятельного разряда с предыонизацией
В типичном случае лазер высокого давления с накачкой разрядом состоит из 1) источника предыонизации, 2) двух разрядных электродов и 3) источника питания разряда. Экспериментальные методы отличаются друг от друга главным образом типом источника предыонизации. Существуют два основных типа источников предыонизации: 1) источники УФ излучения, в которых энергия кванта сравнима с потенциалом ионизации обычно используемых газов (10—25 эВ), и 2) источники излучения высокой энергии, в которых энергия кванта или частиц имеет порядок 
МэВ. В качестве источников УФ излучения используются, как правило, следующие два вида разрядов: 1) коронные разряды, обсуждаемые в разд. 13.2.1, и 2) искровые разряды, рассматриваемые в разд. 13.2.2. Предыонизация излучением высокой энергии, включая а-частицы, нейтроны,
электроны высокой энергии и рентгеновские лучи, является предметом обсуждения раздела 13.2.3. В последнем разделе мы опишем и перечислим преимущества и недостатки двух практически используемых расположений источника предыонизации по отношению к электродам, а именно: 1) расположения его с одной или с обеих сторон от электродов и 2) расположения за одним или за двумя электродами, пропускающими УФ излучение.
13.2.1. Корона или предыонизация, предшествующая разряду
Коронный разряд был первым типом разряда, использованным для создания УФ предыонизации [49]. Эти разряды возникают между электродами в случае, когда в межэлектродном пространстве имеется область с высокой напряженностью электрического поля, обусловленная малым радиусом кривизны электродов (например, в виде иглы или проволочки), наличием поверхностей раздела газ — диэлектрик или металл — газ — диэлектрик. Подробное рассмотрение коронных разрядов можно найти в работах Леба [89], Нассера [105] и Херша [66].
Типичная система электродов с перенапряженными областями, например игла-плоскость, характеризуется двумя пороговыми напряжениями: пороговым напряжением короны и пороговым напряжением пробоя. При напряжении меньшем, чем пороговое напряжение короны, заметная ионизация или возбуждение среды отсутствует. При достижении порогового напряжения короны в области высокой напряженности поля, прилегающей к игольчатому электроду, начинает развиваться диффузный разряд. С ростом напряжения разряд увеличивается в размерах и в некоторых случаях перекрывает межэлектродный зазор. При напряжении пробоя разрядный промежуток замыкается ярким искровым каналом. Искровой пробой не может возникнуть без достаточно мощного источника энергии. Ток коронного разряда ограничивается обычно последовательно включенными сопротивлениями или емкостями. Ими могут быть сосредоточенные или распределенные элементы цепи.
На рис. 1 показаны некоторые из многочисленных и разнообразных типов источников коронного разряда, описанных в литературе. Во многие ранних экспериментах с СО2-лазерами в качестве одного из разрядных электродов использовались электроды, создающие неоднородное электрическое поле. В их числе серия экспериментов с игольчатыми электродами, показанными на рис. 1, а [16, 17, 55, 69, 81], и ряд экспериментов с электродами, выполненными в виде лезвий. Электроды со структурой такого типа изображены на рис. 1, д
справа [50, 51, 95, 112]. В большинстве случаев эти электроды рассматривались как источники электронов, а наличие и роль предыонизации не были осознаны. Однако было обнаружено, что в таких системах формирование разряда начинается в перенапряженной приэлектродной области [93] и развивающийся коронный разряд испускает фотоионизующее излучение ([117]; см. для дополнительной информации раздел 13.3). Следовательно, оставшаяся часть межэлектродного промежутка будет предыонизована разрядом, развивающимся на игольчатом электроде. Такой же вывод был теоретически получен Аслаксеном [9] и экспериментально Мазуренко и Рубиновым [95].
Рис. 1. Экспериментальные устройства электродов, применяемых в УФ источниках предыонизации, в которых используется коронный разряд, а — высоковольтные иглы; б — высоковольтные проволочки; в — диэлектрическая поверхность под электрическим напряжением; г — поверхности раздела Газ — диэлектрик; д — поверхности раздела металл — диэлектрик; е — материалы с внутренним сопротивлением. I — сетчатый электрод (необязательно заземленный); 2 — диэлектрик; 3 — высоковольтный электрод; 4 — проволочки в диэлектрической трубке, находящиеся под высоким напряжением; 5 — заземленный электрод.
Во второй первоначально использовавшейся схеме возбуждения СО2-лазера применялся коронный разряд, создаваемый диэлектрической поверхностью, находящейся под напряжением (рис. 1, в). Примеры экспериментов такого рода даны в работах [79, 114]. Ионизатор с использованием материала, обладающего активным сопротивлением [110], представляет собой разновидность данной схемы (рис. 1, е).
Другие типы источников предыонизации для СО2-лазеров, основанные на коронном разряде, представляют собой 1) проволочки, приближенные к электродам (рис. 1, б) [38, 114, 132] или располагающиеся за сетчатым электродом [113], 2) поверхности раздела металл — диэлектрик (рис. 1, г) [44] и 3) поверхности разделов металл — газ — диэлектрик, аналогичные показанным на рис. 1, д слева [26].
Хотя в большинстве СО2-лазеров предыонизация коронным разрядом была заменена искровой предыонизацией, все-таки предыонизация короной недавно была применена в лазерах на галогенидах инертных газов. В этих экспериментах источники коронного разряда состояли из проволочек [29, 53] и находящихся под напряжением диэлектрических поверхностей [127], а также переходов металл — газ — диэлектрик [64]. В лазерах на галогенидах инертных газов предыонизация коронным разрядом имеет потенциальное преимущество, поскольку по сравнению с предыонизацией искрой она в меньшей степени разлагает рабочую смесь и тем самым продлевает срок ее службы [53].
