Оптимизация параметров криогенного щелевого со лазера с вч

УДК 535.14(06)+621.373.826(06) Лазерная физика
А.А. ИОНИН, Л.В. СЕЛЕЗНЕВ, Д.В. СИНИЦЫН,
А.В. ШЕЛЕСТОВИЧ1
1Московский
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН
инженерно-физический институт (государственный университет)
ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ КРИОГЕННОГО
ЩЕЛЕВОГО СО ЛАЗЕРА С ВЧ-ВОЗБУЖДЕНИЕМ
СО лазер потенциально может работать не только на колебательновращательных переходах основной полосы (VV-1, ~4.9-6.5 мкм; Vномер колебательного уровня) молекулы СО, но и на переходах первого
колебательного обертона (VV-2, ~2.5-4.2 мкм), где принципиально
важно криогенное охлаждение активной среды (см., например, [1]). Ранее
сообщалось [2] о первых экспериментах с отпаянным щелевым СО лазером, активная среда которого возбуждалась высокочастотным (ВЧ) емкостным разрядом, а электродная система охлаждалась жидким азотом. В
продолжение этих работ проведено параметрическое исследование лазера
и оптимизация его выходных характеристик на переходах основной полосы молекулы СО именно при низких температурах.
Экспериментальная установка состояла из разрядной камеры замкнутого объема (~ 9 л) и ВЧ-генератора (рабочая частота 81.36 МГц, частота
модуляции 0.1-25 кГц, максимальная пиковая мощность ~500 Вт). Внутри
разрядной камеры размещались охлаждаемая жидким азотом щелевая
электроразрядная система (размеры 3х15х250 мм 3, температура стенок
электродов ~120К) и модуль крепления зеркал лазерного резонатора
(длина ~270 мм, прозрачность (155)% для ~5.0-5.5 мкм).
Для нахождения оптимальных условий работы криогенного щелевого
СО лазера с ВЧ-накачкой были проведены серии экспериментов, в которых изменялись условия возбуждения (мощность и режим накачки, частота модуляции) и свойства активной среды лазера (состав смеси, ее давление).
Вариация частоты модуляции ВЧ-мощности накачки (от 300 до
2500 Гц) при постоянных остальных параметрах проявила небольшое
(примерно на 10-15%) снижение выходных характеристик лазера на более
высоких частотах. По этой причине дальнейшие эксперименты проводились при фиксированной частоте модуляции 500 Гц.
На рис. 1 представлены зависимости средней выходной мощности
<PЛАЗ> и КПД СО лазера от средней ВЧ-мощности <РВЧ>, вкладываемой в
разрядный промежуток, для различного состава активной газовой смеси
40
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 4
УДК 535.14(06)+621.373.826(06) Лазерная физика
CO:Воздух:He при давлении 26 Тор (рис. 1 а, в) и для оптимальной смеси
CO:Воздух:He=1:1:10 при различных давлениях (рис. 1 б, г).
X=5¸22
6
<PЛАЗ >, Вт
<PЛАЗ >, Вт
4
37.5 Тор
30 Тор
45 Тор
18.5 Тор
6
X=46
X=2
2
0
4
11 Тор
2
0
0
20
40
<PВЧ >, Вт
60
0
80
20
40
<PВЧ >, Вт
60
80
а.
б.
X=5¸22
X=46
10
КПД , %
КПД , %
8
X=2
6
4
37.5 Тор
30 Тор
45 Тор
18.5 Тор
10
8
6
11 Тор
4
2
2
0
0
0
20
40
<PВЧ >, Вт
60
80
0
20
в.
40
<PВЧ >, Вт
60
80
г.
Рис. 1. Зависимости средней выходной мощности (а, б) и КПД (в, г) СО лазера от
средней ВЧ-мощности накачки для различного состава смеси CO:Воздух:He=
=1:1:Х (а, в) и для различных давлений (б, г) оптимальной смеси CO:Воздух:He=
=1:1:10. Частота модуляции 500 Гц, изменение мощности накачки производилось
изменением скважности импульсов модуляции
Из рис. 1 видно, что использование смеси CO:Воздух:He=1:1:10 при
давлении ~37 Тор и при уровне мощности ВЧ накачки 30-60 Вт позволяет
достигать средней мощности СО лазера ~5-6 Вт и КПД ~10-11%. Увеличение мощности ВЧ-накачки до ~200 Вт позволяет реализовать выходную
мощность лазера на уровне ~12 Вт при КПД 6-7%. Полученные в результате оптимизации значения выходных параметров СО лазера с ВЧ-возбуждением (<PЛАЗ> до 12 Вт и КПД до 11% на переходах основной полосы молекулы СО) позволяют рассчитывать на получение генерации на
обертонных переходах. Работа выполнена при поддержке Российского
фонда фундаментальных исследований (Грант РФФИ №06-02-08041).
Список литературы
1. Бон В., Х.фон Бюлов, Дасс Ш. и др. Квантовая электроника. 35 (12). 1126-1130. 2005.
2. Ионин А. и др. Научная сессия МИФИ-2005; Сборник научных трудов. 4. 63-65. 2005.
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 4
41
УДК 535.14(06)+621.373.826(06) Лазерная физика
42
ISBN 5-7262-0710-6. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2007. Том 4