Месяц Г.А. Импульсная энергетика и электроника

Подождите немного. Документ загружается.

610

Глава 29. Мощные импульсные газовые лазеры

лазерной камеры. Лазерные камеры такого типа позволяют иметь рабочее давление

в сотни атмосфер и наиболее просты в эксплуатации. К недостаткам данной схемы

накачки можно отнести неравномерное возбуждение по глубине лазерной камеры и

большие потери тока пучка - до 50-70% на опорной решетке. Равномерное возбу-

ждение достигается в лазерах с многосторонней накачкой. В этом случае пучок

электронов инжектируется в лазерную кювету с двух или более сторон. В общем

виде это может быть коаксиальная накачка (рис. 6, б).

На начальных этапах развития лазерной техники использовалась накачка про-

дольным электронным пучком [9, 23]. Для удобства работы с резонатором элек-

тронный пучок поворачивают магнитным полем, а для уменьшения расфокусиров-

ки пучка и потерь электронов на стенках лазерной камеры применяют фокусиров-

ку электронного пучка магнитным полем. Данную схему накачки используют при

энергиях электронов >1 МэВ или при малых давлениях рабочей смеси. Основной

недостаток продольной схемы накачки - большие затраты энергии на создание

импульсного магнитного поля, которые обычно превышают затраты энергии на

получение электронного пучка.

Рассмотрим качественно картину взаимодействия электронного пучка с плот-

ным холодным газом. Для простоты предположим, что газ атомарный, а давление

его достаточно велико, чтобы считать, что основным механизмом передачи энер-

гии пучка являются процессы парных столкновений электронов с атомами. При

таких условиях высокоэнергетичные электроны пучка, попадая в газ, испытывают

многочисленные упругие столкновения с ядрами атомов и относительно редкие

неупругие столкновения с атомными электронами, приводящие к возбуждению и

ионизации атомов газа. Образующиеся в результате ионизационных столкновений

электроны, энергия которых выше энергии возбуждения нижнего электронного

уровня, также могут ионизовать и возбуждать газ. Поэтому в процессе инжекции

пучка в газе развивается каскад ионизационных столкновений и лавинообразно

нарастает количество низкоэнергетичных электронов, ионов и возбужденных ато-

мов - образуется плазма. Плазма электронного пучка обладает по сравнению с

плазмой электрического разряда рядом характерных свойств. Так, плотность заря-

женных частиц в плазме электронного пучка намного выше равновесной, опреде-

ляемой соотношением Саха, а температура электронов ниже своего равновесного

значения. Поэтому плазму электронного пучка называют еще переохлажденной

плазмой. В такой плазме интенсивно протекают рекомбинационные процессы, что

делает ее перспективной лазерной средой.

Характеристики плазмы электронного пучка так же, как и характеристики

плазмы разряда, могут быть определены путем самосогласованного решения урав-

нений кинетики для концентрации частиц и излучения совместно с уравнением

Больцмана для функции распределения электронов плазмы [24].

При прохождении через слой толщиной сЬ электрон теряет энергию в резуль-

тате столкновений. Теория таких потерь разработана Бором, Бете и Блохом. Для

нерелятивистских скоростей электронов средняя потеря энергии на 1 см пути

(в МэВ/см) определяется выражением:

(29.12)

29.2 Методы накачки мощных импульсных

газовых лазеров 611

где Т - кинетическая энергия электрона, МэВ; р - плотность вещества, г/см

;

I - так называемый средний ионизационный потенциал;

1>/с,

V и с -

соответственно скорость электрона и скорость света.

Отношение атомного номера к атомному весу вещества 2/А убывает от 0,5

для 2 = 2 до 0,4 для 2 = 92, т.е. при переходе от одного вещества к другому оно

меняется слабо. Следовательно, потери энергии пропорциональны плотности

вещества р. В связи в этим потери удобно выражать величиной (-*/77<&)/р, ко-

торая слабо зависит от вещества, а толщину слоя - в единицах гр (в г/см

). Таб-

лицы полных потерь для ряда веществ в широком диапазоне начальных энергий

приведены в [25].

При оценках однородности и глубины ионизации газа следует различать ис-

тинную длину траектории электрона, которая характеризуется средним пробегом

К, и глубину проникновения электронов пучка, которую можно связать с экстра-

полированным пробегом Дз. Экстраполированный пробег электронов тесно связан

с распределением поглощенной энергии и, следовательно, со скоростью ге-

нерации активных частиц плазмы ^(У) по глубине 2. Значение равно глубине

проникновения, которая определяется точкой пересечения прямой линии, экстра-

полирующей линейный участок спада зависимости с осью 2. Значение К

может быть определено как расчетным путем, так и экспериментально. В [26] при-

водятся эмпирические формулы, описывающие

Электроны пучка, попадая в газ, теряют свою энергию в результате столкнове-

ний до тех пор, пока их средняя кинетическая энергия не станет сравнимой с тем-

пературой газа. Такие термализованные электроны (ТЭ) играют основную роль в

формировании объемного заряда в газовом промежутке, облучаемом электронным

пучком. Объемный заряд ТЭ может создавать электрические поля высокой напря-

женности [27], причем напряженность поля зависит от распределения ТЭ по глу-

бине промежутка.

Как показывают расчеты, распределение поглощенной энергии (РПЭ) в газовой

камере, а следовательно, Ч? и # существенно зависят от многих параметров: спек-

тра электронов пучка ускорителя, материала и толщины входной фольги, материа-

ла задней стенки камеры (анода), сорта газа и его давления и т.п. Одним из важных

конструктивных элементов установок для возбуждения и ионизации газа элек-

тронным пучком является фольга, разделяющая вакуумный диод ускорителя и га-

зовую камеру. Такая фольга должна удовлетворить жестким взаимоисключающим

требованиям. С одной стороны, она должна быть вакуумно-плотной и достаточно

прочной, для того чтобы выдерживать давление до десятка атмосфер. Этим требо-

ваниям удовлетворяют толстые металлические фольги. С другой стороны, толщина

фольги должна быть небольшой, для того чтобы потери энергии в ней были малы.

К тому же, чтобы выдержать длительные тепловые нагрузки, фольга должна быть

выполнена из тугоплавкого металла.

Обычно в реальных установках используются фольги из алюминия или титана

толщиной 20-50 мкм. Такие фольги для электронов с энергией 100-300 кэВ, экст-

раполированный пробег которых в алюминии составляет 70-400 мкм, являются

«толстыми», и влияние их на распределение поглощенной энергии может быть

значительным.

39*

612

Глава 29. Мощные импульсные газовые лазеры

На распределение поглощенной энергии оказывают влияние и процессы отра-

жения электронов от анода, причем с увеличением атомного номера материала

увеличиваются число отраженных электронов и их средняя энергия. Следовательно,

РПЭ в газовом промежутке вблизи анода можно изменить, меняя материал анода.

Экспериментально установлено, что эффективность ввода энергии электронно-

го пучка в газ существенно увеличивается, если рабочий объем поместить в про-

дольное к направлению пучка магнитное поле напряженностью Н =

1-М-

кГс [28].

Этот эффект обусловлен как улучшением условий формирования и транспорти-

ровки пучка в диоде, так и трансформацией радиального распределения поглощен-

ной энергии в газе. Показано, что магнитное поле приводит к уменьшению утечки

энергии из объема камеры и почти к двукратному увеличению суммарного энер-

говклада [24].

На рис. 7 приведены результаты расчетов РПЭ, выполненные методом Монте-

Карло с учетом магнитного поля [24] для выходного усилителя лазерного излуче-

ния ЬАМ установки «Аигога» с рабочим объемом 100x100x200 см [28]. Газовая

смесь АГ-КГ-Р

возбуждалась двумя электронными пучками, инжектируемыми на-

встречу друг другу через боковые стенки камеры. Из рисунка видно, что магнитное

поле увеличивает полную энергию, запасенную в газовой кювете, и улучшает од-

нородность накачки в поперечном сечении камеры.

Скорость ионизации газа электронным пучком с плотностью тока} определяет-

ся распределением поглощенной энергии:

= (29.13)

е,

Здесь 6, - энергия образования электрон-ионной пары. Если электрон с энер-

гией Т

образует ионизационный каскад, который полностью поглощается в газе,

Рис. 29.7.

Распределение поглощенной энергии в поперечном сечении усилителя ЬАМ.

675

кэВ; толщина титановой (7,

3-5)

и лавсановой

(2)

фольг 50 мкм;

- давление арго-

на 1200 мм

рт.

ст.;

2-5

- давление криптона 600 мм

рт. ст.;

Н=

кГс (/-3),

(4)

и 0 (5)

^ 29.2

Методы накачки мощных импульсных

газовых лазеров 613

испытав в среднем ионизационных столкновений, то:

(29.14)

т.е. 6, есть энергия, при потере которой ионизационный каскад в газе в среднем

образует один электрон. Необходимо иметь в виду, что часть энергии каскада идет

на возбуждение электронных и колебательных уровней и растрачивается в упругих

столкновениях, поэтому е, > /

Энергии образования электрон-ионной пары измерялись экспериментально. Ре-

зультаты этих измерений для чистых газов таковы:

Газ Не Ые Аг Кг Хе Н

Воздух Ы

С0

Как показали эксперименты, е, практически не зависит от спектрального со-

става электронов пучка, но сильно зависит от чистоты газа, что связано с процес-

сами пеннинговой ионизации. Более подробную информацию о физических про-

цессах, происходящих при взаимодействии пучка электронов с газом можно найти

29.2.4 Электроионизационные лазеры

Это мощные газовые лазеры, накачка которых происходит электрическим раз-

рядом, контролируемым или управляемым пучком электронов. Такой разряд, впер-

вые осуществленный группой Месяца [29], был описан в главе 6. Первый им-

пульсный лазер высокого давления, в котором использовался этот тип разряда, был

создан группой Басова [30] в ФИАН. Позже этот разряд был успешно применен в

[12] при получении генерации на молекулах КгЕ.

Типичная схема лазера, возбуждаемого разрядом, контролируемым пучком

электронов, показана на рис. 8. Пучок электронов инжектируется в разрядный

промежуток, к аноду лазерной камеры подсоединен емкостный накопитель, кото-

рый может быть включен постоянно или через коммутатор для обеспечения им-

пульсной подачи напряжения. Электронный пучок ионизирует рабочую смесь, и в

е,., эВ 42,3 36,6 26,4 24,2 22 36,3 34

35 30,9 32,9

в [24].

5 е

7 б

ими

Рис. 29.8. Схема лазера с комбинированной накачкой. 1 - корпус; 2 - изолятор; 3 - контакт

анодный; 4 -

анод; 5

зеркала; 6

фольга; 7

- сетка

614

Глава 29. Мощные импульсные газовые лазеры

промежутке по всему объему создается проводимость, при этом накопитель разря-

жается через промежуток, передавая энергию объемному разряду, который по сво-

ему характеру подобен тлеющему. Можно выделить два характерных режима на-

качки лазеров: возбуждение несамостоятельным разрядом и возбуждение разрядом

с газовым усилением.

Несамостоятельный разряд в смесях инертных газов с галогенами остается ус-

тойчивым при низких полях, однако с некоторого поля начинается контрагирова-

ние. Отметим, что контрагирование в смесях инертных газов с галогенами сущест-

венно отличается от контрагирования в азоте тем, что проводимость образовав-

шихся каналов не очень высокая и они длительное время могут существовать

одновременно с объемной стадией разряда. Энергии, вводимые в газ от разряда,

при несамостоятельном разряде из-за прилипания электронов оказываются соиз-

меримыми с энергией, вкладываемой пучком электронов.

§ 29.3 Конструкция и работа ССЬ-лазеров

Мощные импульсные С0

-лазеры бывают, как правило, с накачкой, самостоя-

тельным разрядом или разрядом, контролируемым пучком электронов. Рассмотрим

вначале первый тип. Типичная конструкция такого лазера приведена на рис. 4. Это

лазер, как и все МИГ-лазеры, с поперечной накачкой. В нем инициирующие элек-

троны для импульсного объемного разряда создаются за счет автоэлектронной и

взрывной эмиссий с кончиков штырей из-за высокого электрического поля на них.

Другие системы инициирования начальных электронов показаны на рис. 5.

Рассмотрим работу импульсно-периодических С0

-лазеров. Особенности этих

лазеров обусловлены необходимостью избежать воздействия предыдущего им-

пульса накачки на возбуждаемую газовую среду. Если устранить такое влияние не

удается, то предельная мощность излучения может снижаться вплоть до прекра-

щения генерации. Во избежание этого рабочую среду в активной зоне лазера необ-

ходимо менять за время между импульсами либо обеспечивать ее охлаждение и

выравнивание давления за счет диффузионных процессов.

На рис. 9 показаны схема и конструкция импульсно-периодического С0

лазера. Его исследование показало способность работать с частотой до 20 кГц и

удельной средней мощностью 34 Вт/см

[31], генерировать импульсы излучения

энергией -20 Дж при частоте 100 Гц [32], надежно излучать со средней мощно-

стью -10 кВт и более. Достаточно полный анализ энергетики этих лазеров дан в

[10, И, 33]. Лазер работает в режиме несамостоятельного электрического разряда,

т.е. приложенное к лазерной кювете напряжение ниже пашеновского (статического

пробивного).

Более перспективным представляется создание С0

-лазеров, возбуждаемых

самостоятельным электрическим разрядом. Такие системы появились позже в свя-

зи с тем, что были разработаны методы возбуждения самостоятельных разрядов в

больших объемах. Рассмотрим наиболее интересные из созданных мощных им-

пульсных лазеров.

С0

-лазер с плазменными электродами собран по схеме, приведенной на

рис. 5, з [34]. Рабочий объем лазера заключен между плазменными электродами

29.3 Конструкция

и работа

С02-лазеров

615

Рис. 29.9. Схематическое изображение системы возбуждения (а) и конструкции (б) им-

пульсно-периодического С0

-лазера.

- корпус; 2 - генератор импульсов; 3 - электроды; 4 -

системы предыонизации; 5 - вентилятор; 6 - теплообменник

длиной 80 см и имеет поперечные размеры 15x15 см. Источником импульсного

питания служит шестикаскадный генератор Маркса с емкостью в «ступени»

1 мкФ, заряжаемой до 40 кВ. Резонатор лазера образован плоскопараллельной пла-

стиной из КРС-5 и металлическим зеркалом с радиусом кривизны 5 м. Удельный

энерговклад в таком лазере достигал 200 Дж/(латм), а приведенная удельная энер-

гия излучения составила 30 Дж/(л атм) при кпд 15%. Особенностью данного уст-

ройства является использование плазменных электродов, образованных скользя-

щим разрядом по поверхности диэлектрика, который является наиболее эффектив-

ным источником предварительной ионизации рабочей среды.

Дальнейшее увеличение объема активной среды было достигнуто при использо-

вании для создания предварительной ионизации вспомогательного разряда, разви-

вающегося непосредственно в рабочей зоне. Принципиальная схема устройства

(рис. 5, в) включает в себя разрядную камеру и высоковольтные источники основно-

го и вспомогательного разрядов. Внутри камеры размещены инициирующий элек-

трод, катод (К) и анод (А) основного промежутка. Длина анода 2,3 м, полная ширина

65 см, межэлектродное расстояние 35 см. Система электродов размещена в диэлек-

трической трубе диаметром 1 м и длиной 3 м. Источником питания вспомогательно-

го разряда служил 24-каскадный генератор Маркса с емкостью 0,59 нФ, амплитудой

1 МВ и энергозапасом 300 Дж. Для формирования основного разряда использова-

лись два 5-каскадных генератора Маркса с общим энергозапасом 40 кДж и амплиту-

дой импульсов напряжения до 300 кВ. Полная энергия излучения, которая могла

быть извлечена из всего объема, составляла 8,4 кДж при кпд 21%. С0

-лазеры с

транспортировкой начальных электронов в основной разрядный промежуток из

вспомогательного разряда [35] имеют; пожалуй, лучшие возможности по наращива-

нию объема активной среды. Идея транспортировки базируется на том, что в типич-

ных для С0

-лазеров смесях газов коэффициент поглощения ультрафиолетового

(УФ) излучения значительно превышает коэффициент прилипания электронов.

Поэтому оказывается более выгодным транспортировать электроны на большие

616

Глава 29. Мощные импульсные

газовые лазеры

расстояния от источника » 0,7 м) за счет дрейфа в электрическом поле, чем полу-

чать их на тех же расстояниях посредством фотоионизации. Более того, при таком

подходе оказалось возможным отказаться от специального профилирования электро-

дов, поскольку в данном случае искажение электрического поля осуществляется в

основном зарядом, вносимым в межэлектродный промежуток, и реализуется дина-

мическое профилирование поля. Заполнение основного промежутка электронами

осуществлялось как в нарастающем, так и в квазистационарном электрическом поле

при межэлектродных расстояниях 30 и 60 см соответственно. Проверялась масшта-

бируемость удельных характеристик С0

-лазеров при увеличении межэлектродного

расстояния для

с1=

15, 20 и 40 см в смеси газов С0

:К

:Не =1:1:8 атмосферного дав-

ления. В этом случае электроды имели форму, соответствующую профилю Чанга.

В них были вырезаны прямоугольные окна для подсветки размером 0,25x1 м, кото-

рые задавали конечное сечение разряда. Электроды обтягивались латунной сеткой.

Источником накачки служил генератор Фитча с энергией 15 кДж, запасаемой при

напряжении 300 кВ. Длительность фронта импульса напряжения в режиме холостого

хода составляла 5 мкс, а длительность горения многоканального скользящего разря-

да по поверхности диэлектрика, обеспечивающего создание начальной концентра-

ции электронов, достигала 3,5 мкс. Резонатор длиной 2,6 м состоял из медного зер-

кала с радиусом кривизны 40 м и плоскопараллельной германиевой пластины с ко-

эффициентом отражения 36%.

Измерения показали, что при д = 40 см удельная энергия излучения составляет

18 Дж/л при поглощаемой энергии 150 Дж/л, что соответствует кпд 15%. Это зна-

чение хорошо согласуется с данными, полученными для с1= 15 и 20 см.

Как правило, электроразрядные С0

-лазеры работают при давлении смеси по-

рядка 1 атм. Но в ряде случаев это давление может быть 10 атм и более. Электро-

разрядные лазеры высокого давления представляют интерес как системы, способ-

ные генерировать импульсы излучения малой длительности и обеспечивать плав-

ную перестройку частоты излучения. В первой работе в этом направлении [36]

описан С0

-лазер с межэлектродным расстоянием 2,5 см, у которого в качестве

катода использовались 120 вольфрамовых острий, а латунный анод был сплош-

ным. Разряд через каждое острие имел форму конуса с основанием диаметром

1 см. На систему электродов от генератора Маркса с емкостью 10 пФ подавался

высоковольтный импульс напряжения амплитудой до 550 кВ и длительностью

фронта 5 не. Длительность разряда регулировалась срезающим разрядником в пре-

делах 0,1-0,5 не. В такой конструкции в смеси газов С0

:>1

:Не = 8:7:85 давлением

4 атм удалось получить максимальную мощность генерации, равную 25 МВт. Ра-

бочий диапазон давлений составлял 1-5 атм. В дальнейшем в электроразрядных

лазерах с использованием предварительной ионизации рабочей среды при возбуж-

дении разряда диапазон рабочих давлений удалось существенно расширить и реа-

лизовать плавную перестройку частоты [20, 37, 38]. Значительный диапазон плав-

ной перестройки частоты (46 см

-1

) при энергии излучения в импульсе до 70 мДж

получен в экспериментах [38]. Плазменный катод и низкоиндуктивная схема пита-

ния обеспечивали однородное горение разряда в объеме 0,8x1,0x23 см, запол-

ненном газовой смесью С0

:>1

= 1:1 давлением до 8 атм при энерговкладах

0,2 Дж/(см

атм). Накопительный конденсатор емкостью 2,5 нФ заряжался до

140 кВ. Резонатор был образован дифракционной решеткой 150 пггр./мм и глухим

29.3 Конструкция

работа С02-лазеров

617

зеркалом (К = 5,5 м). Для увеличения спектральной селективности резонатора све-

товой пучок расширялся в 2,5 раза равносторонней призмой из №01, которая так-

же обеспечивала вывод 10% излучения. Для селекции поперечных мод вводилась

диафрагма диаметром 6 мм; контроль за перестройкой частоты осуществлялся ин-

терферометром Фабри-Перо с воздушной базой 9,8 мм, а привязка по частоте про-

изводилась монохроматором ИКС-21.

При давлении 8 атм рабочей смеси газов СОгЭД = 1:1 получена плавная пере-

стройка частоты на Р- и Л-ветви переходов 00°1-10°0 и 00°1-02°0 в частотных ин-

тервалах 938-951, 970-980, 1041-1054, 1073-1083 см"

соответственно. Макси-

мальная энергия в импульсе на

Р-

и Л-ветви достигала 70 мДж.

Существенные успехи в увеличении пиковой мощности С0

-лазеров были дос-

тигнуты, когда для их накачки был предложен несамостоятельный разряд, управ-

ляемый электронным пучком, и показана возможность объемного протекания тока

в газовых средах давлением до 15 атм [29]. Эти работы, развитые далее [11,24,27],

составили фундаментальную основу энергетики мощных газовых лазеров.

Лазеры, в которых накачка рабочей среды производится несамостоятельным

разрядом, управляемым излучением внешнего ионизатора, получили название

электроионизационных лазеров. Такие лазеры были впервые реализованы в ФИАН

[30], а затем в ЬАМ, [39]. Их создание стало крупной вехой в развитии квантовой

электроники.

Принципиальная схема возбуждения несамостоятельного объемного разряда,

управляемого электронным пучком, приведена на рис. 10. Рабочая среда заполняет

газовую кювету 7, в которой располагаются сетчатый катод 5 и сплошной профи-

лированный анод 8, образующие активную зону лазера 5-5. К газовой кювете

примыкает вакуумный диод 2, в котором между чашеобразным катодом 10 и фоль-

гой 6 или специальным экстрактором, выполняющим и роль прозрачного анода,

формируется электронный пучок. Межэлектродный промежуток 5-8 находится в

постоянном электрическом поле, оптимальном с точки зрения передачи энергии на

верхний лазерный уровень. После срабатывания разрядника Р емкость

разряжа-

ется на вакуумный диод со взрывной эмиссией, благодаря чему создается элек-

тронный пучок большого сечения. Электронный пучок, попадая в межэлектродный

Рис. 29.10. Схематическое изображение конструкции и цепи питания электроионизационно-

го импульсного С0

-лазера

1 3 2 4 6 5 7 8 9

618

Глава 29. Мощные импульсные газовые лазеры

промежуток через тонкую металлическую фольгу 6, производит ионизацию рабо-

чей среды и создает плазму с концентрацией носителей п. В плазме, находящейся

в электрическом поле, протекает ток плотностью

] =

еип

= ес

Р>

и,

который вводит в газ энергию, обеспечивающую накачку лазера:

м>

(29.15)

(29.16)

Здесь п - концентрация электронов; с - константа, характеризующая сорт газа; Е -

напряженность электрического

поля;

р - давление газа.

Конструкции электроионизационных С0

-лазеров описаны в многочисленных

работах. Рассмотрим их некоторые разновидности. На рис. 11 показана конструк-

ция основных узлов С0

-лазера с активным объемом 270 л (30x30x300 см) [40].

Ионизация газового объема осуществляется пучком ускоренных электронов. Газо-

вая кювета 1 объемом 4500 л выполнена из стали, а ее внутренняя поверхность

футерована стеклопластиком 3 для предотвращения коронирования. Анод 2 газо-

вой кюветы с рабочей площадью 30x300 см, выполненный из дюралюминия, име-

ет форму, предотвращающую коронирование. Кювета заполнялась смесью газов

С0

:>1

:Не =1:1:3 давлением

атм.

Электронный ускоритель обеспечивал пучок электронов с площадью сечения

30х 300 см, плотностью тока 0,4 А/см

и неоднородностью не выше ±15%. Средняя

энергия электронов в пучке длительностью 1-3 мкс составляла 200 кэВ. В вакуум-

ном диоде 4 использовался мношострийный холодный катод 5, работающий в ре-

жиме взрывной эмиссии. Вывод пучка из вакуумного диода осуществлялся через

окно, перекрытое полимерной пленкой 7 толщиной 150 мкм, лежащей на металли-

ческой решетке 6. Ток разряда в газовой кювете лазера замыкался на стальной сет-

ке 8, защищающей пленку от тепловых воздействий разряда. Общая прозрачность

окна и сетки для электронов с энергией 200 кэВ составляла не менее 50%.

2620 мм

_3/ 2/ 1/ 9/81 \7 \ б

Рис.

29.11.

Конструкция электроионизационного С0

-лазера «ЛАД-2»

29.3 Конструкция

и работа

С02-лазеров

619

Энергия для возбуждения активного объема газовой кюветы запасалась в кон-

денсаторной батарее емкостью 15 мкФ и напряжением 200 кВ. Высоковольтные

импульсы амплитудой до 500 кВ поступали на вакуумный диод от генератора им-

пульсов напряжения, собранного по схеме Маркса с емкостью в ударе 0,67 мкФ.

В лазере использовался резонатор с выходным зеркалом 9 (рис. 11) диаметром

240 мм, изготовленным из плоскопараллельной пластины КРС-6 с коэффициентом

отражения от одной грани 17%. Глухим зеркалом служила кварцевая подложка с

золотым покрытием, имеющая радиус кривизны 12 м и диаметр 300 мм. Энергия

излучения, извлекаемая в импульсе длительностью на полувысоте 1,5 мкс, состав-

ляла 5 кДж при кпд 26%. Применение неустойчивого резонатора и снятие излуче-

ния со всего объема позволило при тех же условиях получить в данном лазере

энергию излучения 7500 Дж [11].

Такая конструкция достаточно традиционна и нашла применение для создания

импульсных С0

-лазеров различного объема и давления. Интересной разновидно-

стью данной конструкции является двухпучковый, а следовательно двухкюветный

С0

-лазер с энергией излучения в импульсе 2,5 кДж [41]. В этом случае катод вы-

полнялся в виде алюминиевой пластины размером 25x200 см, на обеих сторонах

которой крепились эмитирующие танталовые лезвия толщиной 7,6 мкм и высотой

2,7 см. Катод располагался в центре прямоугольной вакуумной камеры. Два проти-

воположно направленных пучка электронов через окна размером 35x200 см вво-

дились в две газовые кюветы, возбуждая между сетчатым и сплошным электрода-

ми несамостоятельный объемный разряд, производящий накачку активной среды.

Источником импульсного напряжения служил четырехступенчатый генератор

Маркса с выходным напряжением 320 кВ, длительностью фронта импульса 50 не и

емкостью в ударе 1,25 мкФ. Напряжение на электроды вакуумного диода подводи-

лось с помощью высоковольтного кабеля с волновым сопротивлением р = 50 Ом.

Конструкция С0

-лазера коаксиального типа показана на рис. 12. Основной ра-

бочий объем 1, в котором находится смесь газов С0

->1

-Не давлением 1 атм, отде-

лен титановой фольгой с армирующими сетками 2 от вспомогательного объема 5,

заполненного Не при давлении 0,01 мм рт. ст. Основной и вспомогательный объе-

мы имеют цилиндрическое сечение. Сетчатый электрод 2 является общим и вы-

полняет роль анода вспомогательного разряда и катода основного разряда. Анод

основного разряда 4 помещен на оси резонатора и имеет треугольное сечение.

Объем активной среды составляет 1,7 л. При подаче импульса высокого напряже-

ния на внешний цилиндрический катод и сетчатый анод во вспомогательном объе-

ме формируется поток высокоэнергетичных электронов, которые, проникая через

фольгу в рабочий объем, обеспечивают ионизацию и поддержание несамостоя-

тельного разряда в основном промежутке. В данном лазере получены импульсы

излучения энергией до 20 Дж при кпд -6%.

Важным этапом в развитии лазерной техники стало создание крупномасштаб-

ных генераторно-усилительных систем для исследований по применению С0

лазеров для инициирования управляемой термоядерной реакции. За короткое вре-

мя были разработаны такие системы, как «НЕЫ08», «АОТАКЕ8» [43], способные

излучать в наносекундном импульсе энергию 0,1-40 кДж. Работа этих систем ос-

нована на применении устройств, конструкции которых аналогичны описанным.