Способ получения мощного импульса излучения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<ц7486ОЗ

Союз Советских

Социалистических

Ресиублик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 03.01.78 (21) 2563528/18-25 (51) N.Êë.3 Н 01 $3/00 с присоединением заявки— (23) Приоритет—

3Ьсударствеииые комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 30.01.82. Бюллетень № 4 (53) УДК 621.375.8 (088.8) (45) Дата опубликования описания 30.01.82 (72) Авторы изобретения

В. В. Чураков и С. А. Трушин (71) Заявитель

Ордена Трудового Красного Знамени институт физики

АН Белорусской CCP, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОЩНОГО ИМПУЛЬСА

ИЗЛУЧЕНИЯ

1 3

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при создании мощных лазерных установок.

Известны способы получения мощных 5 импульсов излучения в молекулярных лазерных установках на СОз, которые позволяют получать импульсы излучения длительностью т „< 1 нс с энергией W ) 10 Дж (1)

Наиболее близким к изобретению по своей сущности является способ, получения мощкых импульсов излучения в лазерных системах на СОз (2). Этот способ заключается в возбуждении активной среды молекулярного лазера н а СО> поперечным электрическим разрядом с предварительной ионизацией, выделении известными методами импульса генерируемого излучения 20 длительностью т < 1 нс с частотами, совпадающими со многими колебательно вращательными линиями полос 00 1 — 10

0,020> и. Получающийся короткий многочастотный импульс излучения пропускают 25 через молекулярный усилитель на СОз. При прохождении через активную среду усилителя излучение усиливается, при этом извлекается некоторая доля энергии, занесенная в актнвную среду усилителя и до- З0 стигающая на выходе усилителя высокой мощности.

Недостатком данного способа является его низкая эффективность.

Вследствие условий возбуждения активной среды лазера генерируемый импульс излучения содержит частоты, совпадающие только с колебательно-вращательными линиями полос 00 1 — 10 О, 02 Оьн.

Проходя через молекулярный усилитель импульс излучения такого спектрального состава и длительностью т <1 нс, взаимодействует только с вращательными подуровнями состояний 00 1, 10 О, 02 01 и 10 О, 02 0 . В результате энергия, снимаемая с усилителя, принципиально ограничивается энергией, запасенной в состоянии 00 1 молекулы СО ЕОООь Поскольку при получении мощных импульсов излучения длительностью t < 1 нс осковн ая доля энергетических затрат приходится на стадию усиления (более 99,9%), то это ограничивает эффективность (КПД) всего способа.

Целью изобретекия является увеличение КПД способа.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения мощного импульса излучения возбуждение рабочей среды молекулярйого лазера íà СО2 осуществляют импульсом электромагнитного

748603

3 излучения с частотой, совпадающей с у-ой колебательно вращательной лини " хода 00 Π— 00 1 молекул СО, и длительностью т„) 4,67 ч,. gp>J Р„где vga — константа скорости вращательной релаксаци 5, и олекул, С02у,у — начальная разность заселенностей нижнего и верхнего состояний молекул СО, связанных излучением накачки, P„— давление активной среды.

Указанные условия возбуждения позволяют получить импульс излучения содержа

7 ащии одновременно частоты, совпадающие с колебательно вращательными линиями полос 00 и — (10 (п — 1), 02 (п — 1) )1 н, где п = 1,2,.... Частоты колебательновращательных линий полос 00 n — (10 (n — 1), ж

02 (п — 1)),rI c n = 2,3, заполняют пром— .еутки между частотами соответствующих полос с п = 1.

Используя известные методы, нетрудно 20 получить импульс излучения длительностью т (1 нс, содержащий указанные выше частоты. Пропуская такой импульс излучения через молекулярный усилитель на СО, можно извлекать энергию, запасенную не 25 только на уровне 00 1, но и на уровнях 00 2, 00 3...

Это обусловлено тем, что импульс излучения такого частотного состава непосредственно взаимодействует не только с 30 вращательными подуровнями состояний

00 1, (10 О, 02 0) и (10 О, 02 О!и, но и с вращательными йбдуровнями состояний 00 п, (10 (и — 1), 0,2 (n — 1)1 и (10 О (n — 1), 0,2 (п — 1))ц, где п = 2,3,.... Таким обра- 35 зом, эффективность данного способа получения мощного импульса превышает эффективность известного способа.

Эффективность данного способа на 25 в

47% превышает эффективность известного 4О .способа за счет увеличения эффективности стадии усиления.

Способ может быть реализован следующим образом, 45

Молекулярный лазер на СО2 со следующими п араметрами: длина активной среды

L, = 8 см, длина резонатора L = 60 см, коэффициенты отражения зеркал RI = — 100%, R> = 0,67%, активная среда; СО2 придавле- 50 нии Р„=100 Торр, температуре Tà=300 К, возбуждается импульсом излучения лазер:а на HBr, линия Р 1 (6) которого резонанса линия R (20) перехода 00 Π— 00 1 молекул СО, направленным вдоль оси резона- 55 тора лазера. Реализующаяся в результате такого возбуждения картина генерации на линиях Р— ветви полос 00 п — (10 (п — 1), 02 (п — 1)) показана на фиг. 1, 2. Символом (/) и обозначена /-ая линия полосы 60

00 и — (10 (n — 1), 02 (и — 1) ) .

На фиг. 1 представлена временная зависимость плотности генерируемого излучения на линиях полос 00 1 †(О, 02 О) и

00 2 †(1, 02 1)I при длительности воз- 55

4 у кдающего импульса . = 400, ной поае хн нс, начальрхносткой плотности энер|гии возбуждающего излучения R „ = 0,9 Дж/см .

Видно, что через 350 нс после начала д а деия акачки излучение ка линиях P (14)

Р (16), Р (18) полосы 00 1 †(О, 02 0) и

Р (13), P (15), P (!7) полосы 00 2 — (10 1, 02 1)I имеет сравнимые величины. Результаты расчета для случая возбуждающего импульса с параметрами т,, = 800 нс, К„ = 0,9 Джlсм приведены на фиг. 2. Вид ом случае уже на линиях трех полос имеют место генерация излучения сравнимой величины. Очевидно, что при использовании известных методов п и таком возб озбуждении и нетрудно также сдновременно получить генерацию на линиях полос 00 п — (10(п — 1), 02 (n — 1)), ð

Таким образом, эффективность данного способа получения мощного импульса излучения выше, чем у известного. Это обсловлено т ено тем, что на стадии усиления энерго. то о угия снимается не только с уровня ОО 1 молек л СО ул СО2, как в известном способе, но и ( с уровней 00 2, 00 3 .... В типичных условиях на уровнях 00 2 и 00 3 запасается от до 4 / энергии, от энергии, запасенной на уровне 00 1. Поскольку при получении мощных импульсов излучения основная дост ля энергетических затрат приходится адию усиления, то, следовательно, и эфна фективность предлагаемого способа на такую же величину, т. е. на 25 — 47% превышает эффективность известного.

Проблема эффективности является одл кой из наиболее важных при разработк е м азерных установок для управляемог теро оядерного синтеза. В используемых в настоящее время лазерных установках, дей- ствующих в таком режиме, эффективность (КПД) достигают 3 — 7%. Следовательно, реализация способа позволит довести эффективность мощных лазерных установок на СО до 4 — 9% величины, .достаточной для создания экокомически выгодного терм6ядерного реактора.

Увеличение эффективности установки даже на 10% должно снизить стоимость установки вследствие уменьшения числа усилительных каскадов.

Данный способ получения мощного импульса излучения представляет также интерес для разнообразных применений в об„ласти лазерной спектроскопии и зондирования атмосферы, поскольку он позволяет получить импульс излучения с расширенным спектральным составом.

Формула изобретения

Способ получения мощного импульаа излучения, основанный на возбуждении ра748603

"бочей среды молекулярното лазера на СО, .выделении импульса излучения длительностью т„(1 кс и пропускании его через молекулярный усилитель на С02, отл ич а ю шийся тем, что, с целью увеличе, ния КПД, рабочую среду молекулярного лазер а на СО, возбуждают импульсом электромагнитного излучения с частотой, совпадающей с /-ой колебательно-вращательной линией перехода 00 0 — 00 1 молекул СО2 и длительностью т„) 4,67

- уо,у . P„r e v„ — константа скорости

;;вращательной релаксации молекул, СО2уо,j — начальная разность заселеннос.ти нижнего и верхнего состояний молекул

СО, связанных излучением наыачки, P— давлекие рабочей среды.. !

Источники информации, принятые во

5 внимание при экспертизе:

1. Stark Е. Е. at al «Comparision of Theory and Experiment for Nanosecond Pulse

Amplifioation in High-gain CO2 Amplipier

Systems» Appl. Phys, Litt, v. 23 N 6, р. 322, 1973 г.

2. Feldman P. J. «Short Pulse Multiline

and Multiband Energy Extractyion in HighPressure СО, — laser Amplifiers» 1 Е Е Е, Х. Quantum Electron, v. 9, н П, р. 1070, 1973 (прототип).

748603

0- 10 A/смз

3,0 г,а

1,а

00 rao

Рие. 2 г,а

Корректор С. Файн

Редактор Н. Аристова

Заказ 31 36 Йзд. № 101 Тираж 628 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 5К-35, Раушская наб„д. 4/5

Тип, Харьк. фил. пред. <Патент»

Составитель Т. Москалева

Техред Л. Куклина, y)

Р 10)