Месяц Г.А. Импульсная энергетика и электроника

Подождите немного. Документ загружается.

620

Глава 29. Мощные импульсные газовые лазеры

Рис. 29.12. Схематическое изображение конструкции электроионизационного С0

-лазера с

коаксиальной активной областью

Уменьшение габаритов электроионизационных С0

-лазеров представляет ин-

терес с точки зрения создания компактных высокочувствительных газоанализато-

ров, лидаров, спектрометров сверхвысокого разрешения и других приборов, в ко-

торых используются спектральные свойства лазера.

В компактном импульсно-периодическом электроионизационном С0

-лазере

«МИГ-4» [11] (рис. 13) объемный разряд, производящий накачку газовой среды,

возбуждался между сплошным латунным анодом и сетчатым катодом и занимал

объем 3x3,5x72 см. Энергия, расходуемая на возбуждение разряда, запасалась в

малоиндуктивной конденсаторной батарее 3 емкостью 0,19 мкФ, которая заряжа-

лась от источника постоянного напряжения до 50 кВ. Инициирование объемного

разряда в рабочей зоне лазера производилось электронным пучком, имеющим сле-

дующие параметры: амплитуда тока 7,2 кА, площадь сечения 72x3 см, длитель-

ность 4,2 не, средняя энергия электронов 155 кэВ, частота следования импульсов

1-50 Гц. Формирование электронного пучка осуществлялось в вакуумном диоде 2

между сетчатым анодом и секционированным катодом, выполненным из медной

фольги толщиной 50 мкм, закрепленной на диэлектрике. Расстояния между остры-

ми эмитирующими секциями и между катодом и сеткой составляли

см. Выводное

окно для электронного пучка закрывалось тонкой металлической фольгой из спла-

ва алюминия и бериллия.

Импульс напряжения амплитудой до 300 кВ подавался на катод вакуумного

диода по цилиндрической линии с волновым сопротивлением 15 Ом. Коммутация

тока осуществлялась разрядником, работающим в режиме самопробоя с автопод-

светкой по поверхности диэлектрика. Зарядка линии импульсами микросекундной

длительности производилась через импульсный трансформатор с коэффициентом

умножения, равным 12. В первичной цепи импульсного трансформатора в качестве

ключа служил тиратрон.

Поток газа через активную среду, создаваемый диаметральным вентилятором с

внутренним направляющим аппаратом 7, имел скорость 5-15 м/с. Диаметр рабоче-

го колеса вентилятора составлял 20 см. Теплообменник представляет собой набор

медных дисков 5 толщиной

мм, закрепленных на медных трубках

заполненных

$ 29.4

Конструкция

и работа

эксимерных

лазеров 621

Рис. 29.13. Блок-схема С0

-лазера «МИГ-4». 1 - накопительная линия с распределенными

параметрами; 2 - вакуумный диод; 3 - конденсаторы накопителя; 4,5- теплообменник; 6 -

рабочее колесо диаметрального вентилятора;

- внутренний направляющий аппарат

проточной водой. Расстояние между дисками 5 составляло 1 см. Такой холодиль-

ник мог утилизировать тепловую мощность 20 кВт.

Данный лазер генерировал импульсы излучения энергией 30 Дж с кпд до 25% и

частотой следования импульсов до 50 Гц. В квазистабильной среде мощность из-

лучения при частоте 50 Гц составляла -1 кВт в начальный момент и 400-500 Вт на

квазистационарной стадии вплоть до прорыва фольги. По мере работы С0

-лазера

в импульсно-периодическим режиме меняется химический состав активной среды,

что приводит к снижению энергии в лазерном импульсе. Объясняется это тем, что

после включения лазера происходит разложение С0

, накопление СО и электроот-

рицательных молекул 0

, N0, N02, N20, что приводит к уменьшению длительно-

сти разрядного тока вследствие увеличения скорости прилипания электронов и к

снижению энергии излучения. Осциллограммы тока разряда указывают на неиз-

менность амплитуды и уменьшение длительности импульса тока разряда при росте

числа включений лазера. По мере накопления указанных продуктов увеличиваются

скорости восстановительных реакций. Наконец, при продолжающемся росте кон-

центрации СО скорость образования окислов азота становится меньше скорости их

разрушения, что ведет к возрастанию энерговкладов и энергии излучения. Процесс

стабилизируется при выходе концентраций СО и 0

на квазиравновесный уровень.

В электроионизационных С0

-лазерах с высоким давлением газа (до 10 атм и

более) возможна плавная перестройка частоты излучения [44]. При давлении сме-

си в С0

-лазере 10 атм колебательно-вращательные линии в спектре коэффициента

усиления оказываются перекрытыми и имеется возможность плавной перестройки

частоты излучения при использовании селективного резонатора. Подробнее об

этом сказано в [11].

622

Глава 29. Мощные импульсные газовые лазеры

§ 29.4 Конструкция и работа эксимерных лазеров

Для накачки эксимерных лазеров электронным пучком применяются ускорите-

ли электронов, формирующие пучки с энергией электронов 0,1-2 МэВ, плотно-

стью тока пучка 10-10

А/см

при длительности от 2 мкс до 5 не. При комбиниро-

ванной накачке плотность тока пучка удается уменьшить в несколько раз. На рис. 14

приведена конструкция лазера, в котором для двухсторонней накачки применяется

электронный пучок, а на рис. 15 показан лазер, в котором можно осуществлять

возбуждение как одним электронным пучком, так и одновременно пучком и разря-

дом [9, 11]. Комбинированная накачка реализуется при зарядке емкостных накопи-

телей С постоянным или импульсным напряжением.

Принцип работы данных установок следующий. В качестве источника питания

используется импульсный генератор Маркса, который заряжает коаксиальные линии,

нагруженные на вакуумный диод. Катодом служат острия или графитовые пластин-

ки, работающие в режиме взрьюной эмиссии электронов, или специально создавае-

мая плазма. Анодом является тонкая металлическая фольга или лавсановая пленка,

через которую электроны инжектируются в лазерную камеру, заполненную рабочей

смесью. Поскольку в лазерах на галогенидах благородных газов рабочие давления

составляют 1-5 атм, со стороны вакуума фольга помещается на опорную решетку.

Как мы говорили в § 2, при односторонней накачке лазеров распределение плот-

ности плазмы в объеме получается неоднородным. Чтобы избежать этого, делают

многостороннюю накачку. В частности, в [46] электронный пучок инжектируется

Рис. 29.14. Схема лазера с накачкой от двух ускорителей с фокусировкой пучка магнитным

полем. 1 - генераторы Маркса; 2 - водяные линии; 3 - вакуумные диоды; 4 -

лазерная

каме-

ра; 5 - фольга; 6 - магниты

Рис. 29.15. Схема ускорителя электронов и газовой камеры.

- вакуумный диод; 2 - фольга;

3 и 4 - электроды; 5 - газовая камера; Л - линия на глицерине с волновым сопротивлением

= 10

Ом, заряжаемая от генератора Маркса с емкостью С

29.4 Конструкция

работа эксимерных лазеров

623

одновременно от четырех ускорителей с планарными диодами. В таких конструк-

циях при сохранении однородной накачки газовой смеси удается увеличить пол-

ный ток, инжектируемый в лазерную камеру.

Наиболее широко для исследовательских целей применяются установки, по-

добные показанной на рис. 15 [46]. Для получения больших плотностей тока к ва-

куумному диоду 1 подключается коаксиальная линия Л с жидким диэлектриком,

которая заряжается от генератора Маркса. На установке при длительности импуль-

са тока на полувысоте -50 не плотность тока за фольгой достигала 250 кА/см

, а

общий ток - 11 кА. Газовая камера 5 выполнялась из диэлектрика либо из металла;

во втором случае рабочее давление превышало 10 атм. Отметим, что в подобных

лазерах рабочее давление могло достигать -100 атм, а лазерные камеры такого ти-

па наиболее просты по конструкции, однако при инжекции электронного пучка с

одной стороны удельный энерговклад по поперечному сечению лазерной камеры

неоднороден. Это приводит к неравномерному распределению плотности мощности

лазерного излучения по сечению выходного луча и уменьшает общий кпд лазера.

В работе [47] описаны эксимерные лазеры с энергией излучения 10

-И0

Дж.

Серьезное внимание уделяется разработке лазеров на молекулах КгР (А, = 249 нм)

как наиболее эффективных из эксимерных лазеров. Максимальная энергия излуче-

ния (-10 кДж) при длительности импульса -500 не получена в Лос-Аламосе на

установке «Аигога» [47]. На молекулах КгР удается генерировать излучение с

удельной энергией до 40 Дж/л и получать кпд до 12% [48]. При создании широко-

апертурных установок с энергией излучения >10 кДж обычно ориентируются на

удельную энергию излучения -10 мДж/см

при кпд 10%, тогда активный объем

лазера должен составлять > 10

л.

На рис. 16 показана конструкция мощного лазера с накачкой электронным

пучком длительностью -100 не, используемого в качестве третьего каскада уси-

ления в лазерной системе [49]. Электронный пучок формируется восемью като-

дами, напряжение на которые подается от четырех полосковых водяных линий,

заряжаемых от генератора импульсных напряжений. При активном объеме 66 л

Рис. 29.16. Поперечное сечение лазерной камеры усилителя с активным объемом 66 л

(0 29x100 см): 1 - вакуумный диод; 2 - изолятор; 3 - водяная изоляция; 4 - передающая

линия;

катод;

6 -

перегородка для

замыкания обратного тока

624

Глава 29. Мощные импульсные

газовые лазеры

было получено излучение с энергией и 0,6 кДж и длительностью импульса 100

и 10 не соответственно. Ранее подобная лазерная система на молекулах КгР гене-

рировала излучение с энергией -200 Дж [46]. Такие системы имеют достаточно

высокий общий кпд (~2% для лазера, описанного в [49]), но из-за технических

сложностей, связанных с прокачкой активной среды, они способны формировать

только однократные импульсы излучения.

Лазер, конструкция которого показана на рис. 14, может быть состыкован с

контуром прокачки. Отметим, что на подобных лазерах в настоящее время получе-

ны наибольшие энергии излучения [47, 28, 50]. Основные отличия от лазера, схема

которого приведена на рис. 16, заключаются в том, что пучок электронов инжекти-

руется в лазерную камеру с двух сторон, а однородность энерговклада в активную

среду обеспечивается наложением магнитного поля, направленного параллельно

электронному пучку. Из-за больших затрат на формирование магнитного поля об-

щий кпд таких лазеров снижается. Схемы формирования электронного пучка в

обоих лазерах подобны. Конструкция лазера, показанная на рис. 14, в настоящее

время принята за основу при создании систем с энергией излучения >100 кДж

[51]. На рис. 17 показана схема расположения главных усилителей в мощной ла-

зерной системе для УТС, на одном модуле которой планируется получать энергию

излучения 240 кДж [28]. Таким образом, реально создание системы на основе эк-

симерного КгР-лазера с энергией излучения -1 МДж.

Ускоритель для эксимернош лазера на молекуле ХеС1 (X = 308 нм) с накачкой

рабочего объема пучками электронов с шести сторон описан в [52]. Всего исполь-

зовалось 12 ускорителей с прямым разрядом генераторов Маркса на диод с графи-

товым взрывоэмиссионным катодом. Каждый ускоритель генерировал пучок элек-

тронов (1 мкс) с энергией 600 кэВ, током 60 кА, сечением пучка 25x100 см

. Ус-

корители размещались на двух уровнях и накачивали коаксиальный объем 600 л.

Генераторы Маркса находились непосредственно в вакуумном объеме. Это позво-

лило создать компактный лазер без использования коаксиальных накопительных

линий, Генераторы Маркса работали с высокой точностью включения (-10 не).

Общий ток электронов составлял 700 кА. Энергия в импульсе излучения составля-

ла 2 кДж [53]. Схема расположения элементов этого лазера приведена на рис. 24.17.

2 3

Рис.

29.17.

Схема расположения главных усилителей в мощной лазерной системе для УТС.

1 - здание для усилителя; 2 - усилители на 240 кДж

каждый;

3 -

магниты;

4 - предусилите-

ли; 5 -

лазерный

пучок

$ 29.4

Конструкция

работа эксимерных лазеров

625

Широко разрабатываются также электроразрядные эксимерные лазеры. Систе-

мы инициирования объемного разряда в таких лазерах аналогичны показанным на

рис. 5. Наиболее перспективным для накачки эксимерных лазеров является попе-

речный разряд, при котором в объемной стадии реализуются мощности накачки

-1-И0 МВт/см

при давлении рабочей смеси К: К: X = 1000:10:1, составляющем

несколько атмосфер.

При разряде емкостного накопителя на разрядный промежуток, заполненный

смесью инертных газов с галогенами, в случае формирования объемного разряда

на осциллограмме напряжения можно выделить три характерных участка:

1. Предпробойная стадия, длительность которой составляет обычно 50-100 не.

В этой стадии напряжение на промежутке увеличивается и перед пробоем в не-

сколько раз превышает статическое пробивное. За счет предварительной иониза-

ции на этой стадии начинает формироваться объемный разряд.

2. Стадия быстрого спада напряжения, ее длительность -10 не. Во время этой

стадии ток через промежуток увеличивается на несколько порядков, а напряжение

уменьшается до значения, в несколько раз меньше статического пробивного. В те-

чение этой стадии заканчивается формирование объемного разряда.

3. Квазистационарная стадия, длительность которой зависит от очень многих

параметров и может превышать 1 мкс. При разряде в инертных газах из-за влияния

процессов ступенчатой ионизации напряжение в квазистационарной стадии суще-

ственно ниже статического пробивного, тогда как в азоте это напряжение прибли-

зительно равно статическому пробивному.

Накачка активной среды осуществляется в стадии быстрого спада напряжения

и в квазистационарной стадии.

Объемный разряд при повышенных давлениях формируется только при много-

электронном инициировании [11]. Условия формирования однородного разряда

при повышенных давлениях можно сформулировать следующим образом. Во-

первых, необходимо, чтобы начальная концентрация электронов, создаваемых

внешним ионизатором п

е0

, была п

е0

>(г

, где г

- критический радиус головки

электронной лавины, при достижении которой начинает формироваться стример.

Во-вторых, из-за того, что предыонизатор обычно действует ограниченное время и

начальные электроны из-за дрейфа уходят из слоя около катода толщиной х

необ-

ходимо, чтобы выполнялось условие х < г

. Тогда удается избежать формирования

стримера из-за недостаточного перекрытия лавин в обедненном электронами слое

у катода. Таким образом, применение предыонизации позволяет создавать началь-

ные электроны в газовом объеме и (или) на катоде, из которых развиваются элек-

тронные лавины, а при перекрытии отдельных лавин (скорость развития лавин

зависит от приложенного электрического поля) формируется однородный разряд

при повышенных давлениях.

Длительность объемной стадии разряда при повышенных давлениях определя-

ется многими факторами (удельный энерговклад, состав и давление смеси, про-

филь, материал и состояние поверхности электродов и т.д.), однако причиной кон-

тракции разряда, как правило, является катодная неустойчивость [11,27].

Для получения генерации в импульсных газовых лазерах высокого давления на

галогенидах благородных газов необходимо за короткое время (обычно <0,1 мкс)

ввести в активную среду энергию -0,1 Дж/(см

атм), обеспечивая объемный

40. Месяц Г.А.

626

Глава 29. Мощные импульсные газовые лазеры

характер разряда. Следовательно, в лазерах, работающих при повышенных давле-

ниях, необходимо применять как генератор накачки, так и систему предыонизации.

Выбор схемы определяется требованиями к импульсу накачки, который надо обес-

печить при возбуждении конкретной активной среды. В качестве емкостных нако-

пителей могут быть использованы как отдельные конденсаторы, так и линии с рас-

пределенными параметрами, например линия с водяной изоляцией.

Очень важное значение имеет согласование генератора накачки с разрядным

промежутком. Под согласованием понимается не только равенство волнового со-

противления генератора накачки сопротивлению разрядного промежутка, но и обе-

спечение минимальных индуктивностей подводов к разрядному промежутку, что-

бы эти индуктивности позволяли передавать энергию от генератора к нагрузке без

существенных потерь.

В эксимерных электроразрядных лазерах используется большое количество

различных систем предыонизации, наиболее распространенные описаны в [11] и

показаны на рис. 6. Начальные электроны в разрядном промежутке создаются за

счет излучения искровых промежутков, излучения объемного разряда, рентгенов-

ского излучения, электронного пучка, плазменных электродов, лазерного коротко-

волнового излучения и т.п. Конструктивное исполнение систем предыонизации

также отличается большим разнообразием, например искровые промежутки (до-

полнительные электроды) для предыонизации располагаются как сбоку от основ-

ных электродов, так и за одним или обоими сетчатыми электродами.

На рис. 18 представлены схема и конструкция компактного эксимерного лазера

с поперечным разрядом и прокачкой рабочей среды турбовентилятором [11]. Нако-

пительная емкость 1 заряжается от генератора импульсов, формирующего импуль-

сы длительностью 10 мкс и амплитудой, регулируемой в диапазоне 10-35 кВ. По-

сле срабатывания коммутатора 3 заряжается обостряющая емкость 2. В качестве

коммутирующего элемента выбран тиратрон. Использование тиратрона в режиме,

далеко не паспортном, а именно при напряжениях, достигающих 30 кВ, и токах

4-8 кА при длительностях импульса тока 50-100 не ведет к резкому увеличении

стартовых и послеимпульсных потерь мощности в тиратроне, а это сокращает его

срок службы. С целью уменьшения стартовых и послеимпульсных потерь и увели-

чения срока службы в анодную цепь тиратрона включен нелинейный насыщаю-

щийся дроссель 4 на ферритовом сердечнике. Для уменьшения индуктивности

контура перезарядки все его элементы экранированы. Существенной особенно-

стью работы генератора является импульсная зарядка накопительной емкости.

Длительность зарядного импульса 10 мкс. При быстрой импульсной зарядке элек-

трическая прочность тиратрона увеличивается, что позволяет увеличить давление

водорода в тиратроне и соответственно уменьшить в нем время развития разряда.

Лазерный промежуток образован сетчатым анодом 6 и металлическим катодом 7.

Длина активной области 20 см, межэлектродный промежуток 2,3 см. Электроды

лазерного промежутка размещены на диэлектрической плите 8. В газовой камере 9

с объемом 14 л находится турбовентилятор 10, создающий поток газовой смеси в

замкнутом объеме. За сетчатым электродом расположен ряд электродов подсветки

77, выполненных в виде острий, на которые подается часть напряжения с обост-

ряющей емкости. УФ-излучение диффузных каналов разряда между анодом и

29.5 Лазер

на

самоограниченных переходах молекулы азота

627

Рис. 29.18. Схема эксимерного лазера с поперечным разрядом и прокачкой рабочей смеси.

1 - накопительный конденсатор; 2 - обостряющий конденсатор; 3 - тиратрон; 4 - нелиней-

ный насыщающийся дроссель; 5 - экран; б - сетчатый анод;

- катод; 8 - плита из фторо-

пласта; 9 - корпус газовой камеры; 10 - турбовентилятор; 11 - электроды подсветки; 12 -

разделительный конденсатор

электродами подсветки осуществляет фотоионизацию рабочей смеси в разрядном

промежутке. Данный генератор накачки работает при С/

= 25 кВ с частотой повто-

рения до 500 Гц, однако система прокачки обеспечивает необходимую замену газа

в разрядном промежутке и соответственно линейный рост средней мощности из-

лучения только до частоты 150 Гц.

Описание физических процессов и конструкции различных типов эксимерных

лазеров можно найти в работах [9-15,24,47-56].

§ 29.5 Лазер на самоограниченных переходах молекулы азота

Широкий диапазон оптического спектра, ограниченный с инфракрасной сторо-

ны излучением С0

-лазера и с ультрафиолетовой стороны излучением эксимерных

лазеров, заполняет множество импульсных газовых лазеров разного типа. Хотя по

своим энергетическим характеристикам эти лазеры, как правило, уступают и экси-

мерным, и С0

-лазерам, тем не менее они довольно широко используются в науч-

ных исследованиях и в практических приложениях. Это обусловлено тем, что в

указанной области оптического спектра, особенно в видимом диапазоне, имеются

наиболее совершенные приемники оптического излучения. Кроме того, лазерное

излучение этой части спектра используется для визуализации различных явлений и

является наиболее приемлемым для ряда областей человеческой деятельности,

например для биологии, медицины, голографии, атмосферной оптики и т.д.

Естественно, что в этом разделе невозможно охватить все импульсные газовые

лазеры данного диапазона. Поэтому мы напомним только о некоторых из них. Во-

40*

628

Глава

29.

Мощные импульсные

газовые лазеры

первых, это инфракрасный ксеноновый лазер как один из наиболее эффективных и

мощных лазеров на атомных переходах инертных газов. Во-вторых, лазер видимо-

го диапазона на ионах кадмия, возбуждаемый электронным пучком малой дли-

тельности. Основное же внимание уделим импульсным лазерам на самоограни-

ченных переходах (ЛСП). Они являются наиболее мощными и эффективными сре-

ди импульсных газовых лазеров видимого и прилегающих к нему участков

спектра. Работают ЛСП по трехуровневой схеме, включающей в себя основное

состояние в качестве резервуара. Лазерный переход осуществляется с первых ре-

зонансных на метастабильные уровни. Первым резонансным уровнем называется

самое нижнее возбужденное состояние, с которого разрешен оптический переход в

основное состояние. Спектральная линия, соответствующая этому переходу, назы-

вается резонансной. Метастабильный уровень - это уровень, с которого запрещен

оптический переход в основное состояние. Необычность такой схемы заключается

в том, что время жизни нижнего лазерного уровня (метастабильного) значительно

больше времени жизни верхнего (резонансного). Поэтому создание инверсной на-

селенности носит только кратковременный нестационарный характер. Кроме того,

вынужденное излучение и лазерная генерация приводят к опустошению верхнего и

заселению нижнего лазерных уровней. Лазерная генерация ограничивает самое

себя во времени - самоограничивается. Название лазеров и отражает этот эффект -

эффект самоограничения лазерной генерации. Очевидно, что лазеры данного типа

являются по своей природе импульсными.

В настоящее время реализованы лазеры на самоограниченных переходах моле-

кул, атомов инертных газов, атомов и ионов металлов. Среди молекулярных лазе-

ров видное место занимает лазер на молекулярном азоте, работающий в ближних

инфракрасной (ИК) и УФ-области спектра.

Первым мощным лазером в УФ-области спектра был лазер на 2

-системе моле-

кулы азота [5]. Для него была впервые применена ставшая затем очень распро-

страненной накачка поперечным разрядом [7] и бегущей волной возбуждения [17].

После появления лазеров на галогенидах благородных газов сузилась область при-

менения азотного УФ-лазера, который имеет меньшие энергию излучения и кпд.

Однако благодаря высокой мощности излучения, малой длительности импульса,

высокой частоте повторения и большому ресурсу рабочей смеси он продолжает

использоваться для диагностики, доводки резисторов, в микроэлектронике. Кроме

УФ-генерации, в азоте можно получать генерацию в ближней ИК-области спектра

[4] и одновременно в УФ- и ИК-области [57], а для накачки использовать как

самостоятельный разряд, так и электронный пучок [11].

Генерация в УФ-области спектра (X = 337,1; 358 нм и др.) была получена на по-

лосе С

-В

а в ИК-области (X = 1,04 мкм и др.) на полосе

-Л

1,+.

Уровень

является нижним для генерации в УФ-области спектра и верхним

для генерации в ИК-области спектра. Времена жизни уровней азота С

- 40 не,

~ 10 мкс и

~ 1 мс. Генерация в азоте возникает за счет различных ско-

ростей возбуждения верхнего и нижнего лазерных уровней при определенных ус-

ловиях накачки, а прекращается при выравнивании заселенностей рабочих уров-

ней, т.е. азотный лазер и на полосе С

-В

, и на полосе В

- Л

Е+ отно-

сится к лазерам на самоограниченных переходах. УФ- и ИК-генерация в азоте

легко достигаются при накачке импульсным высоковольтным разрядом в стадии

29.5 Лазер

на

самоограниченных

переходах

молекулы азота

629

быстрого спада напряжения, когда на лазерном промежутке поддерживаются вы-

сокие значения Е/р и соответственно в плазме реализуется высокая электронная

температура. В [11] была рассмотрена кинетическая модель азотного УФ-лазера и

некоторые его характеристики, здесь мы приведем наиболее характерные данные,

определяющие работу электроразрядного азотного лазера в различных условиях, а

также лазера на смеси Аг-Кг при накачке пучком электронов.

На рис. 19 представлены характерные осциллограммы импульсов напряжения

на разрядном промежутке, тока разряда и импульса генерации при накачке от

ЬС-генератора. Поскольку энергия верхнего лазерного уровня достаточна велика

(-11,7 эВ), то для эффективной накачки разрядом в плазме должно присутствовать

достаточное количество электронов с энергией >11,7 эВ. При повышенных давлени-

ях и работе на правой ветви кривой Пашена столь высокая температура электронов

может поддерживаться в разряде короткое время (единицы наносекунд) при началь-

ном напряжении на разрядном промежутке, превышающем статическое пробивное в

несколько раз. Превышение напряжения над статическим пробивным достигается за

счет подачи на промежуток импульсного напряжения с крутым фронтом. На рис. 19

участок 1-2 соответствует времени запаздывания пробоя разрядного промежутка, в

течение этого времени необходимо поднять напряжение на промежутке. Время за-

паздывания пробоя рабочего газа обычно не превышает 100 нс. Основная накачка

верхнего лазерного уровня азота осуществляется на участке 2-3, пока в плазме раз-

ряда под держиваются высокие значения Е/р и соответственно высокая электронная

температура. Длительность стадии быстрого спада напряжения (участок 2-3) зави-

сит от давления азота и параметра Е/р и составляет -5 не [56], что и определяет ха-

рактерную длительность импульса генерации в азоте. Квазистационарная стадия

разряда (участок 3-4) не пригодна для получения генерации в азоте из-за низкой

электронной температуры в разряде. Запаздывание импульса излучения относитель-

но тока в азоте обычно составляет единицы наносекунд, т.е. генерация начинается

(а)

12 13 14

1,0

0 10 20 30 40 50 60

(б)

г [не]

Рис. 29.19. Характерные осциллограммы импульсов напряжения на разрядном промежут-

ке (а), тока (б) и импульса генерации

на

X = 337,1 нм

(в)