Способ генерации широкополосного оптического излучения с высокой яркостью



Способ генерации широкополосного оптического излучения с высокой яркостью
Способ генерации широкополосного оптического излучения с высокой яркостью
Способ генерации широкополосного оптического излучения с высокой яркостью

 


Владельцы патента RU 2571433:

Рудой Игорь Георгиевич (RU)
Якимов Михаил Юрьевич (RU)
Сорока Аркадий Матвеевич (RU)
Соловьев Николай Германович (RU)

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается способа генерации широкополосного оптического излучения с высокой спектральной яркостью. Способ включает в себя создание начальной ионизации в камере, заполненной газовой смесью высокого давления, и освещение камеры сфокусированным лазерным лучом. Освещение проводят импульсно-периодическим лазерным излучением с длительностью отдельного импульса, превышающей D/v, где D - поперечный размер излучающего объема, а v - скорость звука в газе при температуре излучающего объема. Промежутки между последовательными импульсами не превышают D2/χ, где χ - температуропроводность газа в области излучающего объема. Технический результат заключается в повышении спектральной яркости источника излучения. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Заявляемое техническое решение относится к способам генерации широкополосного оптического излучения с высокой спектральной яркостью и представляет интерес для приложений в микроэлектронике, спектроскопии, фотохимии и других областях.

Известен способ генерации широкополосного оптического излучения с высокой яркостью, включающий возбуждение дуговым разрядом камеры, заполненной инертным газом высокого давления. Как правило, камера представляет собой прозрачную лампу из кварцевого стекла, в качестве заполняющего газа применяется ксенон при давлении ~1 МПа (от нескольких атмосфер до нескольких десятков атмосфер), а межэлектродный промежуток составляет несколько миллиметров, у ламп специального назначения даже 0,5-1,5 мм ([1]: Рохлин Г.Н. «Разрядные источники света». 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1991-720 с.; раздел 19.3). Подобные лампы серийно выпускаются многими производителями, в частности компанией Hamamatsu Photonics К.К. (Япония), описание соответствующих ламп представлено на сайте компании (см., например [2]: http://www.hamamatsu.com/resources/pdf/etd/Xe-HgXe_TLSX1044E05.pdf). Известные лампы обеспечивают непрерывный спектр излучения в диапазоне от ~180-220 нм до >1000 нм (нижняя граница спектра определяется границей прозрачности используемого для колбы лампы материала) при высоких стабильности и интегральной яркости излучения. Однако ресурс непрерывной работы таких ламп ограничен и определяется деградацией электродов в сильноточном дуговом разряде, а также осаждением продуктов эрозии электродов на внутреннюю поверхность лампы, что снижает ее прозрачность. В результате гарантированный срок службы источников составляет, как правило, 1000 часов, что недостаточно для многих приложений. Кроме того, при высокой общей спектральной силе света {в единицах Вт/(нм*ср)} спектральная яркость известного источника {в единицах Вт/(нм*ср*мм2)} недостаточна, в частности, для приложений в микроэлектронике, поскольку освещенность объекта определяется именно силой света с единицы поверхности источника излучения (его спектральной яркостью).

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ генерации широкополосного оптического излучения с высокой яркостью, включающий создание начальной ионизации в камере, заполненной газовой смесью высокого давления, и освещение камеры сфокусированным лазерным лучом ([3]: патент US 7435982 "Liser-driven light source"). Фактически известный способ представляет собой один из вариантов реализации непрерывного оптического разряда, обнаруженного в 1970 г. в СССР ([4]: Генералов Н.А., Зимаков В.П. И др. «Непрерывно горящий оптический разряд». Письма в ЖЭТФ, 1970, т. 11, с. 447-449), источники на базе такого оптического разряда выпускает компания Energetiq Technology, Inc. (США), они подробно описаны на сайте этой компании http://www.energetiq.com/. Первоначальная ионизация газа (как правило, это ксенон высокого давления) создается отдельным источником ионизации, а затем оптический разряд поддерживается непрерывным лазерным излучением либо лазерными импульсами, генерируемыми с высокой частотой - настолько высокой, что излучение оптического разряда существенно не меняется за время между последовательными лазерными импульсами ([3], пп. 39-41 формулы изобретения). Источник начальной ионизации может быть расположен в камере с газом, как вариант: в камере вначале зажигается обычный дуговой разряд на постоянном токе, который затем отключается. Источник начальной ионизации может также находиться вне камеры и представлять собой, например, импульсный лазер высокой мощности, как в [4]. Способы фокусировки лазерного излучения в камеру и вывода широкополосного излучения также могут быть существенно различными.

Важным достоинством известного способа является отсутствие сколько-нибудь заметной эрозии электродов, что позволяет многократно увеличить ресурс источника широкополосного излучения - до >9 тыс. часов, как указано в спецификациях продукции компании Energetiq Technology, Inc., здесь ресурс может определяться уже сроком службы используемого лазера (до 50 тыс. часов у современных волоконных лазеров). Далее, известный способ позволяет создать источник с существенно большей спектральной яркостью, чем в лампах дугового разряда, как показано на фиг. 1 (http://www.energetiq.com/TechLibrary/Application_Notes/FAOs/FAOs.html), на которой сравниваются поверхностная яркость двух источников согласно прототипу (EQ-1500 и EQ-99) с ксеноновой лампой компании Hamamatsu (потребляемая мощность 75 Вт) и дейтериевой лампой с потребляемой мощностью 30 Вт. Выигрыш в яркости по прототипу по сравнению с ксеноновой лампой при сопоставимой потребляемой мощности составляет до 10 раз в дальнем ультрафиолетовом диапазоне 190-250 нм и несколько раз в спектральном диапазоне 300-700 нм. Однако спектральная яркость прототипа не является максимальной и при этом важно отметить, что яркость источника согласно известному способу (прототипу) увеличивается очень медленно по мере роста мощности используемого лазера, поскольку вместе с ростом мощности лазера увеличивается и объем излучающей плазмы, генерируемой лазером накачки. То есть увеличение мощности облучающего камеру с газом лазера приводит практически только к росту стоимости источника широкополосного излучения без заметного повышения его спектральной яркости.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение спектральной яркости широкополосного источника света, в излучение которого преобразуется сфокусированное лазерное излучение.

Технический результат достигается тем, что в способе генерации широкополосного оптического излучения с высокой яркостью, включающем создание начальной ионизации в камере, заполненной газовой смесью высокого давления, и освещение камеры сфокусированным лазерным лучом, освещение проводят импульсно-периодическим лазерным излучением с длительностью отдельного импульса, превышающей D/v (D - поперечный размер излучающего объема, v - скорость звука в газе при температуре излучающего объема), и промежутками между последовательными импульсами не больше D2/χ (χ - температуропроводность газа в области излучающего объема).

Авторами настоящего технического решения обнаружено, что яркость (спектральная яркость) непрерывного или квазинепрерывного (с небольшими вариациями яркости) оптического разряда в существенной степени зависит от тепловыделения: с увеличением мощности лазерного излучения увеличивается размер «рассеивающей» тепловой линзы, возникающей в области излучающей плазмы и вокруг этой области. В результате максимальная интенсивность сфокусированного лазерного излучения практически не увеличивается при увеличении мощности лазера, область излучающей плазмы растет и в значительной степени по этой причине яркость излучения плазмы в непрерывном спектре слабо зависит от мощности лазерного излучения.

Снизить воздействие рефракции лазерного излучения тепловой линзой возможно при уменьшении средней мощности лазерного излучения, но при этом в варианте согласно прототипу яркость излучения плазмы снижается (не возрастает), а вблизи порога непрерывного оптического разряда резко падает. Разрешить указанное противоречие авторам настоящего технического решения удалось за счет перехода к импульсно-периодическому режиму облучения камеры, когда скважность импульсов (отношение промежутка времени между передними фронтами последовательных импульсов к длительности отдельного лазерного импульса) достаточна высока и между последующими импульсами излучение лазерной плазмы уменьшается значительно вплоть до полного погасания (отсутствия видимого и УФ-излучения). В этом случае средняя вкладываемая в лазерную плазму мощность значительно уменьшается, как и влияние тепловой линзы - в результате импульсная яркость излучения, как обнаружено авторами, кратно увеличивается, прежде всего в ультрафиолетовой области спектра.

Минимальная длительность отдельного лазерного импульса D/v (D - поперечный размер излучающего объема, v - скорость звука в газе при температуре излучающего объема) установлена авторами экспериментально, при выполнении указанного условия газодинамические возмущения, генерируемые при поглощении энергии лазерного импульса, не приводят к существенным искажениям плотности газа в камере и не нарушают стабильность положения излучающей области лазерной плазмы. Для более коротких лазерных импульсов газодинамические возмущения приводят к существенному изменению положения и яркости излучающей непрерывный спектр области вплоть до отсутствия оптического разряда для некоторых импульсов лазерной накачки.

Поскольку в течение отдельного лазерного импульса температура излучающей плазмы меняется (см. ниже), то в приведенной формуле следует использовать скорость звука при той температуре, при которой поглощение лазерного излучения (и тепловыделение) становятся значительными - только тогда могут возникнуть сильные газодинамические возмущения. Это происходит, когда степень ионизации заполняющей камеру газовой смеси становится значительной, соответствующую температуру возможно определить по формуле Саха, для ксенона при давлении масштаба 10 бар это 9-10 кК.

Максимальный промежуток времени между последовательными лазерными импульсами D2/χ определяется условием сохранения достаточно высокой температуры газа в фокальной области возбуждающего оптический разряд лазерного излучения и, соответственно, достаточного начального поглощения лазерной накачки, что обеспечивает возможность генерации лазерной плазмы без дополнительного инициирования. В качестве механизмов охлаждения газа (плазмы) в отсутствие лазерного облучения необходимо указать излучение (самый быстрый механизм охлаждения при температурах выше ~1 эВ (11-12 кК), конвекцию и теплопроводность. Поскольку, как установлено авторами заявляемого изобретения, величина поглощения остается в ряде случаев достаточной для инициирования яркой плазмы при следующем лазерном импульсе даже через десятки и сотни микросекунд после завершения очередного лазерного импульса и при отсуствии излучения видимого и УФ-диапазона (фиг. 2), то допустимый промежуток времени между последующими импульсами может определяться самым медленным из указанных процессов, которым обычно является теплопроводность (см. также ниже). В связи с этим в формуле изобретения указано максимально возможное время между последовательными лазерными импульсами, которое для характерных условий реализации заявляемого технического решения соответствует частоте следования импульсов не менее 400÷500 Гц; конвекционные потоки могут повысить требование к минимальной частоте следования лазерных импульсов до ~1 кГц.

В предпочтительном варианте реализации заявляемого способа в состав газовой смеси высокого давления входит по меньшей мере один газ из группы: инертные газы (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон), пары ртути, а также водород или азот. Использование высокого давления газовой смеси, как известно, позволяет снизить порог поддержания оптического разряда и повысить его яркость ([3]), а в инертном газе набор энергии и размножение электронов под действием лазерного излучения, что обеспечивает максимальную яркость плазмы, проходит наиболее эффективно.

Как показано авторами настоящего технического решения значительное охлаждение плазмы оптического разряда между последовательными импульсами позволяет, тем не менее, не использовать дополнительную начальную ионизацию перед следующим лазерным импульсом. Однако часть энергии этого последующего импульса затрачивается на подогрев плазмы до максимальной температуры. Чтобы снизить соответствующие затраты энергии лазерного импульса, согласно одному из вариантов реализации заявляемого способа дополнительно к импульсному используется непрерывное лазерное излучение с мощностью, поддерживающей облучаемую импульсами область газа вблизи порога непрерывного оптического разряда. В этом случае температура газа и начальный коэффициент поглощения импульсного лазерного излучения увеличиваются, однако создаваемая непрерывным лазерным излучением тепловая линза остается малой, поскольку тепловыделение в газе вблизи порога оптического разряда достаточно мало. Для реализации такого режима мощность непрерывного лазерного излучения не должна превышать пороговую для непрерывного оптического разряда в используемом газе более чем в 2 раза, предпочтительно не более чем в 1,2 раза.

Кроме того, в указанном варианте, очевидно, фокальная область импульсно-периодического лазерного луча должна по существу совпадать с областью непрерывного оптического разряда, поддерживаемого непрерывным лазерным излучением, предпочтительно с областью максимальной яркости (температуры) непрерывного оптического разряда.

Режим облучения, когда для генерации яркого широкополосного излучения одновременно используется облучение газовой смеси высокого давления сфокусированным непрерывным лазерным излучением с мощностью вблизи порога непрерывного оптического разряда и импульсно-периодическим лазерным излучением со скважностью существенно превышающей 1, может быть реализован и с одним лазерным источником, который на фоне непрерывного излучения генерирует импульсы с мощностью, превышающей мощность непрерывного излучения.

В указанном варианте длина волны непрерывного и импульсно-периодического лазеров совпадает и упрощается реализация совмещения их фокальных областей. Однако возможен также режим, когда длины волн непрерывного и импульсно-периодического лазеров различаются и, в частности, длина волны непрерывного лазера соответствует максимальному (высокому) коэффициенту поглощения нагретым газом облучающего излучения. В последнем варианте реализации заявляемого технического решения упрощаются требования к мощности и расходимости излучения непрерывного лазера, что может снизить его цену и стоимость генерации яркого широкополосного излучения в целом; снижение цены без ухудшения качественных параметров источника такого излучения вероятно для типичной ситуации, когда стоимость непрерывного лазера со сравнительно низким качеством излучения (в том числе диодного лазера) значительно ниже стоимости импульсно-периодического лазера той же средней мощности с высоким качеством излучения (низкой расходимостью).

Высокий коэффициент поглощения лазерного излучения при температурах, недостаточных для реализации тормозного механизма поглощения электронами плазмы разряда (именно этот механизм является основным во время генерации широкополосного излучения на стадии яркого свечения разряда), как установлено авторами, может быть обеспечен, в том числе, если лазерное излучение имеет длину волны, близкую к длине волны поглощения разрешенного электронного перехода из метастабильного или резонансного состояния по меньшей мере одного из содержащихся в камере газов. Такая возможность реализуется, прежде всего, если облучаемая газовая смесь представляет собой смесь инертных газов (или представляет собой инертный газ при высоком давлении) и обусловлена тремя обстоятельствами:

- сечение поглощения на резонансном переходе или вблизи него велико и даже при высоком давлении и температуре газа (то есть при значительном уширении перехода)

может составлять ~10-15 см2; величина сечения именно такого масштаба реализуется для разрешенных s-p переходов в ксеноне и аргоне с длиной волны около 1 мкм, если длина волны лазерного излучения отличается от резонансной для соответствующего перехода на 5-7-10 нм - именно такова ситуация при использовании диодных лазеров с длиной волны в диапазоне 970-980 нм (в ксеноне есть сильная линия поглощения 980,0 нм с 6s-уровня энергией 8,31 эВ, у криптона - сильная линия поглощения 975,2 нм с 5s-уровня энергией 10,03 эВ, у аргона - 978,5 нм с энергией поглощающего 4s-уровня 11,83 эВ). Заметим также, что в ксеноне есть достаточно сильная линия поглощения 1083,8 нм с 6s-уровня энергией 8,44 эВ, поглощение в крыле этой линии может быть существенным при облучении ксенона излучением иттербиевого волоконного лазера с характерной длиной волны 1070 нм (возможно изменение длины волны такого лазера в пределах 1040-1090 нм), при достаточной ширине линии генерации необходимо также учитывать поглощение в крыле линии ксенона с длиной волны ≈1053 нм;

- значительная равновесная заселенность соответствующих возбужденных состояний, обеспечивающая достаточный уровень начального поглощения импульсного лазерного излучения, реализуется при температуре, при которой концентрация электронов и тормозное поглощение незначительны. Например, в ксеноне при температуре газа 8 кК и концентрации частиц 2,7*1019 см-3 (давление около 30 бар) начальное поглощение вблизи перехода 980 нм может составить >0,1 см-1, а тормозное поглощение при этой температуре <0.003÷0,005 см-1;

- как установлено авторами, высокая концентрация низколежащих возбужденных s-состояний атомов инертных газов частично «замораживается» при быстром охлаждении газа и превышает равновесную для соответствующей температуры. В результате поглощение лазерного излучения соответствующей длины волны дополнительно заметно увеличивается. Вероятно, это обусловлено тем, что эксимерный распад возбужденных состояний неэффективен при достаточно высоких температурах, поскольку равновесие в реакции R*+2R→R2*+R сдвинуто в сторону атомарных возбужденных состояний (R - атом инертного газа).

Как указывалось выше, конвекция является одним из основных механизмов отвода тепла из области оптического разряда. Минимизировать ее влияние на неоднородность плотности газа в облучаемой лазерным излучением камере возможно тогда, когда лазерный луч располагается соосно с направлением конвективных потоков, которые являются по существу вертикальными. В связи с этим в предпочтительном варианте реализации заявляемого технического решения оптическую ось сфокусированного импульсно-периодического лазерного излучения, освещающего камеру с газом высокого давления, устанавливают по существу вертикальной; при этом целесообразно, чтобы направление лазерного излучения было по существу противоположно направлению силы тяжести, то есть совпадало с направлением конвективного потока.

Далее изобретение поясняется с помощью примера, которыми изобретение однако не ограничено, со ссылками на прилагаемые чертежи. На чертежах показаны:

Фиг. 1: сопоставление спектральной яркости лазерной плазмы, генерируемой источниками компании Energetiq (EQ-99, EQ-1500), а также ксеноновой и дейтериевой дуговых ламп, единица измерения мВт/(мм2*нм*ср).

Фиг. 2: последовательные фотографии источника импульсно-периодического широкополосного излучения оптического разряда в ксеноне давлением ≈13 атм при частоте съемки 20 тыс. кадров в секунду, длительность отдельного лазерного импульса около 200 мкс, промежуток времени между последовательными импульсами 170 мкс (частота следования лазерных импульсов 2,7 кГц); пиковая мощность иттербиевого волоконного лазера 300 Вт.

Фиг. 3: сопоставление спектральной яркости источника согласно прототипу при облучении лампы с ксеноном высокого давления непрерывным лазерным излучением мощностью 230 Вт (кривая синего цвета) и источника согласно заявляемому техническому решению при облучении импульсно-периодическим излучением со средней мощностью 145 Вт (максимальная импульсная мощность 275 Вт, кривая красного цвета), условиях фокусировки излучения одинаковы.

Способ согласно заявляемому техническому решению может быть реализован, например, следующим образом. В заполненную ксеноном лампу высокого давления ДКсШ-150 с колбой (камерой) из кварцевого стекла линзой с фокусным расстоянием F=3 см фокусируется излучение волоконного лазера на длине волны 1070 нм (ширина линии генерации по полувысоте около 4,5 нм), который может работать как в непрерывном, так и в импульсно-периодическом режимах. Предварительная ионизация в газе создается дуговым разрядом, через несколько секунд включается лазер и затем дуговой разряд отключается. Оптический разряд стабильно «горит» как при облучении непрерывным лазерным излучением (аналогично прототипу), так и при облучении импульсно-периодическим излучением с частотой до 3 кГц (фиг. 2).

Спектральная яркость широкополосного оптического излучения в импульсно-периодическом режиме существенно, особенно в ультрафиолетовом диапазоне, превосходит в течение значительной доли длительности лазерного импульса яркость источника согласно прототипу: при отличии лазерной мощности в 1,20 раз спектральная яркость на λ≈300 нм в импульсно-периодическом режиме выше в 2,15 раза, выигрыш в заявляемом нами способе еще больше при уменьшении длины волны генерируемого плазмой излучения. Заметим, что на фиг. 3 приведена усредненная по лазерному импульсу спектральная яркость плазмы, а в «пике» различие еще значительно больше и в ультрафиолетовой области может составлять 5-10 раз при импульсной мощности согласно заявляемому изобретению сопоставимой с мощностью непрерывного лазера согласно прототипу и одинаковых условиях фокусировки. При этом длительность такого ультраяркого «пика» спектральной яркости согласно заявляемому техническому решению составляет 5-10 мкс и более, что достаточно для подавляющего большинства приложений с оптоэлектронной регистрацией сигнала.

Таким образом, источник согласно заявляемому способу обеспечивает существенно большую спектральную яркость широкополосного оптического излучения при меньшей средней мощности лазера даже при том, что каждый лазерный импульс дополнительно подогревает плазму разряда. При одной и той же мощности лазерного импульса и мощности непрерывного лазерного излучения яркость импульсного излучения «в пике» существенно выше при значительно меньшей средней мощности лазера.

Далее, работа в импульсно-периодическом режиме с промежутками времени между последовательными лазерными импульсами десятки микросекунд и более не требует, как обнаружено авторами, регулярного включения источника предварительной ионизации, что обеспечивает ресурс не менее, чем в прототипе и даже больший, поскольку средняя мощность коротковолнового излучения может быть заметно ниже, чем в прототипе, а именно доза коротковолнового излучения в отсутствие эрозии электродов определяет ресурс источника с лазерной генерацией плазмы (ресурс пропускающей излучение оптики). Несмотря на имульсно-периодический режим работы на достаточно высокой частоте вплоть до 10 кГц и более, как установлено авторами, положение импульсно-периодического оптического разряда и его спектральные характеристики стабильны с достаточно высокой для приложений точностью.

Генерация импульсов широкополосного оптического излучения с длительностью отдельного светового импульса в микросекундном диапазоне (и более) позволяет при использовании оптоэлектронных приемников обеспечить чувствительность не ниже, чем для непрерывного излучения. Это обстоятельство вместе с возможностью генерации яркого излучения на высокой частоте позволяет в большинстве приложений эффективно заменить источники непрерывного излучения согласно прототипу. Таким образом, техническим результатом заявляемого изобретения является значительное увеличение спектральной яркости широкополосного источника света без снижения его ресурса, без увеличения средней мощности используемого лазера (лазеров) при сохранении подавляющего большинства возможных применений такого источника.

Известны ультраяркие источники широкополосного импульсно-периодического излучения на базе импульсных ксеноновых ламп высокого давления производства, например компании Hamamatsu Photonics К.К. (Япония), см. описание на сайте компании http://www.hamamatsu.com/us/en/product/category/1001/3024/L11317/index.html. Однако частота следования импульсов таких ламп не превышает 200-400 Гц (у большинства ламп частота повторения импульсов еще ниже), что недостаточно для многих приложений, а ресурс таких ламп на указанной частоте не превышает ~300 часов.

Ультраяркий импульсно-периодический источник широкополосного излучения согласно заявляемому способу позволяет реализовать в 10-30 (до 100) раз большую частоту следования световых импульсов при в 30-100 раз большем ресурсе работы соответствующего источника (ресурс работы современных лазеров и лазерных диодов составляет менее 50 тыс. часов). При меньшей средней мощности возбуждающего оптический разряд лазера он превышает яркость прототипа в несколько раз, генерируя при этом световые импульсы достаточной для большинства приложений длительности и частоты при не меньшем ресурсе работы. Это позволяет сделать вывод о том, что заявляемое техническое решение удовлетворяет критериям «новизна» и «существенные отличия».

Для удовлетворения каких-либо возможных конкретных требований могут быть выполнены очевидные для квалифицированных специалистов в этой области изменения описанных выше вариантов реализации заявляемого способа генерации широкополосного оптического излучения с высокой яркостью без отклонения от защищаемых формулой изобретения положений. В частности, может использоваться другой материал (не кварцевое стекло) для камеры, в которой находится газовая смесь высокого давления (например, для работы при более высоком давлении в десятки атмосфер); камера может иметь окно из прозрачного в дальнем УФ и ВУФ материала (MgF2 и пр.) для лучшего вывода коротковолнового излучения. Далее, фокусировка лазерного излучения может осуществляться не только линзой, но и более сложными оптическими элементами (например, внеосевым параболоидом) или оптическими системами с различной числовой апертурой, формирующей соотношение между диаметром и длиной (вдоль оси лазера) излучающей области плазмы; то же относится и к конкретной реализации вывода излучения плазмы из заполненной газом камеры, включая применение световодов. В оптической схеме формирования оптического разряда возможно также использование блокаторов лазерного луча, прошедшего оптический разряд без поглощения, а также системы возврата и повторной фокусировки этого лазерного излучения для дополнительного вклада лазерной энергии в плазму. Предварительная ионизация газа может осуществляться как источником, расположенным внутри камеры (аналогично приведенному примеру реализации заявляемого способа), так и внешним источником, например мощным импульсным лазером (аналогично [4]). Для облучения газа могут использоваться волоконные лазеры, диодные лазеры, газовые лазеры (например, CO2-лазеры) и т.д. с разной длиной волны, в том числе с учетом того хорошо известного специалистам обстоятельства, что порог генерации оптического разряда и коэффициент поглощения излучения в развитом оптическом разряде с высокой концентрацией электронов существенно зависит от длины волны лазера (в первом приближении ~λ-2).

1. Способ генерации широкополосного оптического излучения с высокой яркостью, включающий создание начальной ионизации в камере, заполненной газовой смесью высокого давления, и освещение камеры сфокусированным лазерным лучом, отличающийся тем, что освещение проводят импульсно-периодическим лазерным излучением с длительностью отдельного импульса, превышающей D/v (D - поперечный размер излучающего объема, v - скорость звука в газе при температуре излучающего объема), и промежутками между последовательными импульсами не больше D2/χ (χ - температуропроводность газа в области излучающего объема).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в состав газовой смеси входит по меньшей мере один газ из группы: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, ртуть, водород, азот.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что камеру дополнительно освещают сфокусированным непрерывным лазерным излучением с мощностью, превышающей порог непрерывного оптического разряда не более чем в 2 раза, предпочтительно не более чем в 1,2 раза.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что фокальные области импульсно-периодического и непрерывного лазерных лучей устанавливают по существу совпадающими.

5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что фокальную область импульсно-периодического лазерного луча устанавливают по существу совпадающей с областью непрерывного оптического разряда, поддерживаемого непрерывным лазерным излучением.

6. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что длину волны по меньшей мере одного освещающего камеру сфокусированного лазерного излучения устанавливают близкой к длине волны поглощения разрешенного электронного перехода из метастабильного или резонансного состояния по меньшей мере одного из содержащихся в камере газов, предпочтительно газа с минимальной энергией возбуждения.

7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что близкой к длине волны поглощения разрешенного электронного перехода из метастабильного или резонансного состояния по меньшей мере одного из содержащихся в камере газов устанавливают длину волны освещающего камеру непрерывного лазерного излучения.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оптическую ось сфокусированного импульсно-периодического лазерного излучения устанавливают по существу вертикальной.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что направление освещающего камеру сфокусированного импульсно-периодического лазерного излучения устанавливают по существу противоположно направлению силы тяжести.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для создания и формирования новых керамических и композиционных материалов. Излучатель тепловой энергии выполнен в виде унифицированного однолампового модуля, снабженного отражателем в виде полого корпуса с патрубками для подвода и отвода хладагента, оптически прозрачный экран выполнен из стекла с добавками спектральных поглотителей, а средство для подвода и отвода хладагента снабжено каналом ввода пигмента-поглотителя, при этом лампа выполнена газоразрядной, ее оболочка - из материала с заданными значениями показателей поглощения и рассеяния, а токоподводы - в виде цанговых зажимов.

Изобретение относится к бытовому неразрушающему способу обезвреживания компактных люминесцентных ламп, а именно к конструкции компактных люминесцентных ламп (КЛЛ), и может быть использовано при производстве энергосберегающих источников света.

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности, усовершенствует конструкцию газоразрядных зеркальных ламп для целей общего и специального освещения.

Изобретение относится к области электротехники, в частности усовершенствует конструкцию зеркальных ламп для целей общего и специального освещения. .
Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности, усовершенствует газоразрядные лампы высокого и низкого давлений. .

Изобретение относится к газоразрядной технике, а именно к газоразрядным лампам низкого давления, и может быть использовано для светоограждения опор ЛЭП и других высотных сооружений.

Изобретение относится к специальным областям электротехники, в частности к светотехнике, и может найти применение при разработке и конструировании осветительных систем и аппаратуры широкого назначения.

Изобретение относится к производству газоразрядных электронных ламп, в особенности неоновых трубок. .

Изобретение относится к электротехнической промышленности. .

Изобретение относится к электротехнической промышленности, в частности усовершенствует способ изготовления газоразрядных ламп общего и специального освещения. .

Изобретение относится к ядерной и экспериментальной физике и может быть использовано в физике и технике прямого зажигания мишеней инерциального термоядерного синтеза.

Изобретение относится к области ионно-пучковой инженерии и может быть использовано в качестве ключевого элемента как существующих, так и новых промышленных технологий наноэлектроники.

Изобретение относится к источникам ионов, основанных на принципе поверхностной ионизации, и может быть использовано в электронной технологии. .

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и касается осветительного узла спектрофотометра. Осветительный узел содержит последовательно расположенные источник оптического излучения, полевую диафрагму и систему двух соосно расположенных зеркальных поверхностей вращения, представляющих собой гиперболоид и эллипсоид.

Изобретение относится к способам и устройствам для анализа флюида с использованием скважинной архитектуры спектрометра в оценке и испытании подземной формации для целей разведки и разработки углеводорододобывающих скважин, таких как нефтяные и газовые скважины.
Наверх