1.11. Возбуждение активного вещества

В зависимости от свойств и состояния активного вещества накачка осуществляется одним из следующих методов: оптическим излучением, электрическим разрядом, в газе, потоком электронов в виде пучка или электрического тока, радиоактивным излучением, использованием химических реакций.

Рис. 1.11. (см. скан) Спектры поглощения некоторых активных материалов (а) и спектры излучения основных источников возбуждения: вольфрамово-йодной лампы (б); ртутной лампы (в) ксеионовых ламп (г). Пунктирная линия — спектр излучения Солнца.

Наибольшее значене среди них имеет метод оптической накачки, основная трудность которого заключается в подборе соответствующего источника со спектральной полосой излучения, совпадающей с полосой поглощения активного вещества. Обычные источники излучения имеют широкий спектр излучения (рис. 1.11), из которого для накачки кристалла

используется небольшая часть энергии, вследствие чего уменьшается коэффициент полезного действия. Наиболее широко для накачки применяются импульсные лампы. Мейман в 1960 г. в первом рубиновом квантовом генераторе применил для возбуждения атомов хрома ксеноновую лампу-вспышку с давлением 150 мм рт. ст.

Подобные штыревые ксеноновые лампы с энергией вспышки Дж и в настоящее время являются основными источниками излучения накачки в рубиновых ОКГ. Питание лампы осуществляется от батареи высоковольтных конденсаторов обеспечивающих большую силу тока в течение короткого промежутка времени.

Рис. 1.12. Зависимость интенсивности света импульсной лампы от времени вспышки.

При использовании ламп в качестве источников накачки большое значение имеют их спектральные характеристики и продолжительность вспышки. Изменение интенсивности света во времени при разрядке конденсатора через ксеноновую лампу показано на рис. 1.12. Поскольку правая часть кривой после максимума имеет постепенный спад, то за продолжительность вспышки принимает отрезок времени, в течение которого интенсивность остается больше величины Эта продолжительность вопышки пропорциональна емкости конденсатора.

Так как используется очень малая часть энергии вспышки, то к. п. д. импульсных ламп очень мал

где С — емкость конденсатора; — напряжение обкладках конденсатора; — продолжительность вспышки; — спектральная интенсивность в момент т.

В связи с тем, что интенсивность возбуждения прямо пропорциональна плотности излучения, необходимо обеспечить эффективную передачу энергии вспышки лампы активному веществу ОКГ. Это достигается с помощью специальных отражателей, фокусирующих излучение лампы на активном стержне. Обычно используются три типа отражателей: цилиндрический, эллиптический, полиэллиптический.

Цилиндрический отражатель при спиральной лампе-вспышке был применен Мейманом в первом рубиновом ОКГ. Если разрядная лампа цилиндрического типа, то применяют отражатель эллиптической формы, по одной фокальной оси которого располагается лампа, а по другой — рубиновый стержень. При таком расположении источника света и рубинового стержня весь световой поток лампы,

отразившись от эллиптической поверхности рефлектора, соберется на другой фокальной оси, т. е. там, где расположен стержень активного вещества. Значительное увеличение концентрации энергии излучения на активном веществе можно получить с помощью полиэллнптического отражателя. В этом случае рубиновый стержень устанавливается вдоль общей фокальной осн.

Для потного использования энергии излучения лампы наилучшими условиями являются следующие:

— максимально возможный размерсечеиия отражателя;

— минимальный диаметр лампы;

— минимальный диаметр кристаллического стержня активного вещества;

— диаметр излучающей части лампы меньше диаметра активного стержня.

Кроме импульсных ламп для оптической накачки можно использовать энергию вспышки, возникающей в результате взрыва тонкой проволочки при прохождении по ней электрического тока большой силы.

Люминесцентный метод накачки заключается использовании для возбуждения активного вещества излучения люминофора, возникающего при воздействии на него пучка электронов. Возможность практического использования люминесцентного метода накачки была показана на примере квантового генератора на вольфрамате кальция с неодимом. Кристалл активного вещества помещали в кварцевую трубку, которая охлаждалась жидким азотом. Трубку вставляли в электроннолучевую систему с коаксиальным экраном из ви-лемита, который подавали напряжение около Электроны, ускоренные электрическим полем, попадали на экран и вызывали его свечение.

Важными достоинствами люминесцентного метода накачки является: возможность согласования спектральных характеристик люминофора и активного вещества и, следовательно, достижения высокого к. п. д., простота регулирования мощности накачки и возможность использования его для получения как импульсного, так и непрерывного излучения ОКГ.

Разрабатывается много других методов накачки с целью повышения к. п. д., уменьшения стоимости и достижения компактности или автономности системы. Например, используя полупроводниковые оптические генераторы на арсениде галлия для накачки квантовых генераторов, можно значительно повысить к. п. д. генератора за счет согласования спектра излучения полупроводникового диода и спектра поглощения активного вещества ОКГ.

Исследуется возможность использования для накачки ОКГ лучистой энергии, которая выделяется при некоторых химических реакциях горення, взрывах и т. д. Применение химической накачки позволяет уменьшить размеры и вес системы, упростить конструкцию и обслуживание ОКГ и обеспечить независимость работоспособности системы от окружающих условий.

Разрабатываются также методы иакачки, использующие радиоактивные излучения.

Источником питания большинства ОКГ является электросеть, выпрямлетшое напряжение которой используется для зарядки конденсаторов. Из отечественных высоковольтных конденсаторов обычно применяют бумажно-масляные конденсаторы типа ИМ с рабочим напряжением 3 и 5 кВ.