Плазменный лазер
Изобретение относится к области квантовой электроники, более конкретно , к плазменным источникам когерентного излучения с рабочими длинами волн в диапазоне вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена. Цель изобретения - расширение спектрального диапазона генерации в коротковолновую область. Лазер содержит последовательно расположенные на одной оптической оси лазерный источник накачки, фокусирующее устройство в виде аксикона, камеру, состоящую из газового k вакуумного отсеков, разделенных перегородкой. В газовом отсеке установлено прожигающее устройство , состоящее из аксикона, аналогичного аксикону фокусирующего устройства , и сферической линзы. Перегородка расположена в фокальной плос-g кости линзы. Излучение выводится через отверстие, образующееся в перегородке . Установка перегородки на расстоянии от аксикона, равном длине образзтащейся лазерной искры, исключает поглощение коротковолнового излзгчения. 2 ил. , (Л
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
А1 (19) (11) (SD 4 Н 01 8 3/22 (ф г PQQp ®
ОПИСАНИК ИЗОБРКтКНиЯ
Н A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ф" ЙОТЕ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4210813/31-25 (22) 23.01.87 (46) 23.10.88. Бюл. У 39 (71) Институт высоких температур
АН СССР (72) Л.Я.Полонский, Л.Н.Пятницкий и M.È.Óâàëèåâ(53) 621 ° 375.8 (088.8) (56) Mattews D.L. et а1. Demonstation of à soft Х-rayn amplifier.
Physical Rev. Lett. 1985, v. 54, р. «О.
Tremblay R. et а1. Hire pressure
amplifair stimulate emission ef feet
in М laser protuce plasma with acsicon leaus. Opt. communication.
1979, v. 28, р. 193. (54) ПЛАЗМЕННЫЙ ЛАЗЕР (57) Изобретение относится к области квантовой электроники, более конкретно, к плазменным источникам когерентного излучения с рабочими длинами волн н диапазоне вакуумного ультрафиолета и мягкого рентгена.
Цель изобретения — расширение спектрального диапазона генерации в коротковолновую область. Лазер содержит последовательно расположенные на одной оптической оси лазерный источник накачки, фокусирующее устройство в виде аксикона, камеру, состоящую из газового и вакуумного отсеков, разделенных перегородкой. В газовом отсеке установлено прожигающее устройство, состоящее из аксикона, аналогичного аксикону фокусирующего устройства, и сферической линзы. Перегородка расположена в фокальной плоскости линзы. Излучение выводится через отверстие, образующееся в перегородке. Установка перегородки на расстоянии от аксикона, равном длине образующейся лазерной искры, исключает поглощение коротковолнового излучения. 2 ил.
1432642
Изобретение относится к квантовой электроник и может быть использовано при создании плазменных лазеров в коротковолновой области спектра.
Целью изобретения является расширение спектрального диапазона генерации в коротковолновую область.
На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг.2 — схема хода лучей 10 в лазере.
Плазменный лазер содержит последовательно расположенные на одной оптической оси лазерный источник 1 накачки, фокусирующее устройство в 15 виде аксикона 2, камеру 3, состоящую из газового 4 и вакуумного 5 отсеков, разделенных перегородкой 6, из металлической фольги или полимерной пленки, прожигающее устройство 7, уста- 20 новленное в газовом отсеке и состоящее из аксикона 8, аналогичного аксикону фокусирующего устройства 2, и сферической линзы 9. Перегородка 6 расположена в фокальной плоскости линзы 25
9 на расстоянии Z от аксикона 2, равном длине образующейся лазерной искры.
Разовый отсек 4 заполнен плазмообразующим газом до давления 10 — 30
10 атм, зависящего от типа газа и используемого лазерного перехода, а вакуумный отсек 4 откачивается до дав-7 -9 ления 10 — 10 атм. Кроме того, в аксиконе 8 и линзе 9 выполнены центральные цилиндрические отверстия радиусом
r = (f+1) tg jarcsin(n sing)-n j.
Лазер работает следующим образом.
Световой пучок радиусом R от ла40 зерного источника 1 накачки, попадая на аксикон 2 с преломляющим углом с и показателем преломления п, фокусируется в фокальный отрезок длиной Z=:
=R/tg(Угол наклона лучей к оси находится из выражения
0 Г о о (=180 — (90 -arcsin(n sing)+90 + eC) =
=arcsin(n sind)-Ы.
При превышении интенсивности сфокусированного лазерного излучения над порогом пробоя газа по длине фокального отрезка формируется цилиндрический плазменный шнур — сплошная лазерная искра 10. Расходящиеся лу— чи 11, прошедшие область фокусировки до момента пробоя, преобразуются в параллельный пучок аксиконом 8, аналогичным аксикону 2. Затем они фокусируются сферической линзой 9 на перегородку 6, расположенную в фокальной плоскости этой линзы. Сходящиеся лучи 12 благодаря отьерстиям в линзах 8 и 9 беспрепятственно фокусируются вдоль фокального отрезка аксикона 2. Лучи, сфокусированные линзой 9 до момента образования лазерной искры, прожигают отверстие в neperородке 6. Диаметр отверстия порядка диаметра каустики сферической линзы 9. После возникновения лазерной искры 10, состоящей из многозарядной неравновесной плазмы, в ней происходит усиление спонтанного излучения, распространяющегося вдоль оси. Усиленное излучение 13 выходит через отверстие в перегородке 6 в вакуумный отсек 5, после чего может быть использовано для облучения объекта.
В качестве примера конкретного исполнения рассмотрим плазменный лазер, где как плазмообразующее вещество используется СО . При пробое происходит полная ионизация атомов углерода и лазерное излучение с длиной волны
= 18 2 нм возникает на переходе 3-2 водородоподобного иона углерода
CVl. Лазерным источником накачки служит лазер на неодимовом стекле с длиной волны 1,06 мкм, радиусом пучка
2,2 см, мощностью 10 Вт и длитель9 ностью импульса -1-2 нс. Фокусирующим устройством может служить аксикон из стекла (и = 1,5) с преломляюо щим углом oC = 15 . Давление СО, заполняющего. газовый отсек, -i атм.
В таких условиях при фокусировке излучения лазерного источника накачки возникает искра длиной
2,2 = 2,2 см.
tg arcsin(1,5sin15 -)-15
Если в прожигающем устройстве использовать сферическую линзу с фокусным расстоянием f = 3 см и аксикон а из стекла с р,= 15 и 1 = 1 см, то радиус r отверстий в них равен .
r=(1+1) tg(arcsin(п sin<) — =(3+1) tg(arcsin(1,5sin15 ) — 15 0,4 см. 1432642 В качестве перегородки можно использовать полимерную пленку толщиной 20-40 мкм. На фронте лазерного импульса, когда интенсивность света на оси фокусировки еще не достаточна для оптического пробоя газа, происходит прожигание отверстия в перегородке 6. Затем достигается пороговая для пробоя интенсивность и на 10 фокальном отрезке фокусирующего аксикона 2 образуется сплошная протяженная лазерная искра 10. Если перегородка 6 расположена на расстоянии Z 6 22 см от аксикона 2, слой холодного .газа, поглощающий коротковолновое излучение между искрой и отверстием, отсутствует. Поэтому лазерное излучение 13 с длиной волны 18,2 нм, сформированное в искре, имеет возмож- 20 ность. выхода в вакуумный отсек 5 и может быть использовано. Таким образом, использование пред лагаемого плавменного,лазера позволит по сравнению с известным расширить диапазон рабочих длин волн в коротковолновую область. Так, если в известных решениях длина волны лазерного излучения на переходах моле кулярного азота составляет 337 нм, то в плазменном лазере можно получить лазерное излучение с длинами волн короче границы пропускания воздуха (200 нм). Формула изобретения Плазменный лазер, содержащий последовательно расположенные на одной 1 оптической оси лазерный источник накачки, фокусирующее устройство в виде аксикона, камеру с плазмообраэующим веществом, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения спектрального диапазона генерации в коротковолновую область, в камеру дополнительно введена перегородка, разделяющая камеру.по .ходу излучения на газовый и вакуумные отсеки и расположенная на расстоянии Z от фокусирующего устройства, равном tgtarcsin(n sine)-Ы) где R — радиус пучка лазерного источника накачки, сс и и — преломляющий угол и показатель преломления аксикона фокусирующего устрОйства, а также прожигающее устройство в виде аксикона, идентичного аксикону фокусирующего устройства, и сферическая линза с центральными цилиндрическими отверстиями радиуса r равного r=((+I) tg (arcsin(n я(п )- ), где f — фокусное расстояние сферической линзы, .1 — максимальная толщина аксикона прожигающего устройства, причем прожигающее устройство расположено в газовом отсеке так, что перегородка находится в фокальной плоскости сферической линзы. 1432642 Составитель Н.Яценко Редактор Н.Лазаренко Техред Л.Олийнык Корректор В. Гирняк Заказ 5453/48 Тираж б33 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
