Oтпаянные ТЕА-лазеры УФ- и ближнего ИК-диапазонов для применений в лазерной химии и диагностике

Многие проблемы лазерной химии, химического анализа, лазерных микротехнологий и экологии в настоящее время могут быть успешно решены с применением ТЕА-лазеров, работающих в УФ- и ближней ИК-областях спектра. Одним из главных требований, предъявляемых к такого рода источникам излучения, является обеспечение достаточно высокого ресурса. Среди множества активных сред, обеспечивающих эффективную генерацию лазерного излучения в УФ и ближней ИК-областях спектра, наиболее приемлемыми с этой точки зрения являются молекулярный азот и смеси инертных газов, не подверженных химическим превращениям в плазме газового разряда. Основным недостатком ТЕА-лазеров на смесях этих газов являются низкие частоты повторения импульсов и уровни средней мощности излучения.

В настоящей работе приводятся результаты систематических исследований, направленных на создание отпаянных вариантов ТЕА-лазеров на смесях N2:He (l =337 нм) и Ar:He, Kr:He, Xe:He (l =1-5 мкм) при рабочих давлениях до 1.5 Атм с повышенными значениями средней мощности излучения.

Исследования проводились с двумя типами ТЕА-лазеров:

1. Малогабаритными отпаянными ТЕА-лазерами с поперечной прокачкой газовых смесей "электрическим ветром" и возбуждаемыми активными объемами Va =18*0.8*0.8 см3, Va =18*1.2*0.4 см3, Va =20*1.2*0.3 см3 и Va =22*0.8*0.3 см3. В качестве оболочек активных элементов применялась керамика на основе окиси алюминия (22ХС). Частоты повторения импульсов составляли 20-120 Гц.

2. ТЕА-лазеры со скоростной прокачкой рабочих смесей ( Vпрок 20 мкм ), термическими деформациями электродов, применением предионизаторов, вызывающих температурные градиенты в газовом потоке или на поверхности основных электродов. Основной причиной образования "микронеоднородносте" является наличие на разрядном промежутке после протекания тока накачки напряжений рассогласования.

Максимальное значение частоты зажигания объемного разряда в плотных газах определяется соотношением: Fmax = a*B(L*C*U)-1 , где L,C,U -индуктивность разрядного контура, емкость накопительного конденсатора и напряжение его заряда; а -коэффициент температуропроводности материала электродов для зажигания объемного разряда; В -константа, определяемая родом газа и параметрами генератора накачки.

Максимальные параметры лазерного излучения, достигнутые в результате проведенных исследований, составляют, соответственно, для ТЕА -лазеров на смесях N2:He с "электрическим ветром" и скоростной прокачкой газовых смесей:

Wmax =3 мДж, t =3-5 нс, частота повторения импульсов 120 Гц, средняя мощность излучения 360 мВт;

Wmax =7.5-8.4 мДж, t =3-5 нс, частота повторения импульсов 2.6 кГц, средняя мощность излучения 18-24Вт.

При использовании смесей Xe:He в ТЕА-лазерах с "электрическим ветром":

Wmax =1-2 мДж, t =50 нс ("пик") и t