Импульсные газоразрядные индукционные лазеры на переходах молекулярного азота и нейтральных атомов неона и ксенона тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Ткаченко Роман Андреевич

• Ткаченко Роман Андреевич
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Ткаченко Роман Андреевич

ВВЕДЕНИЕ

Цель диссертационной работы

Задачи диссертационной работы

Научная новизна

Практическая значимость

Защищаемые положения

Апробация работы

Личный вклад автора

Публикации автора

Структура и объем диссертационной работы

Глава 1. ИМПУЛЬСНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ РАЗРЯД И СИСТЕМЫ ЕГО

ФОРМИРОВАНИЯ В АКТИВНЫХ ЛАЗЕРНЫХ СРЕДАХ

1.1 Введение

1.2 Типы и модели индукционных разрядов

1.3 Электрические схемы формирования импульсного индукционного разряда

1.4 Индукционные лазерные излучатели

1.5 Индукционные лазеры импульсного и непрерывного действия

1.6 Аппаратура и методы исследований

Краткие выводы к главе

Глава 2. УФ ГАЗОВЫЕ ЛАЗЕРЫ НА ОСНОВЕ АКТИВНОЙ СРЕДЫ

МОЛЕКУЛЯРНОГО АЗОТА

2.1 Электроразрядные К2-лазеры высокого и низкого давления

2.2 УФ импульсный индукционный К2-лазер на электронных переходах

молекулярного азота

2.3 Оптимизация параметров системы возбуждения УФ индукционного

К2-лазера

2.4 Спектральные и временные характеристики излучения индукционного

К2-лазера

2.5 Оценка эффективности работы импульсного индукционного К2-лазера

Краткие выводы к главе

Глава 3. ГАЗОВЫЕ ЛАЗЕРЫ НА ОСНОВЕ АКТИВНЫХ СРЕД ИНЕРТНОГО

ГАЗА НЕОНА

3.1 Электроразрядные лазеры на переходах нейтральных атомов

инертного газа неона

3.2 Исследование спектральных и энергетических характеристик излучения

индукционного №(Г)-лазера

3.3 Временные характеристики излучения индукционного неонового лазера и

основные механизмы формирования инверсии населенностей

3.4 Исследование пространственных особенностей излучения импульсного

индукционного разряда в активных смесях неона

3.5 Влияние добротности оптического резонатора на характеристики излучения

индукционного неонового лазера

3.6 Сверхсветимость нейтральных атомов неона при накачке импульсным индукционным разрядом

Краткие выводы к главе

Глава 4. ГАЗОВЫЕ ЛАЗЕРЫ НА ОСНОВЕ АКТИВНЫХ СРЕД ИНЕРТНОГО

ГАЗА КСЕНОНА

4.1 Электроразрядные лазеры на переходах нейтральных атомов инертного

газа ксенона

4.2 Импульсный индукционный лазер на основе активной среды инертного

газа ксенона

Краткие выводы к главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Газовые лазеры, активной средой которых является нейтральный или ионизированный газ, привлекли к себе огромное внимание благодаря особым свойствам генерируемого ими излучения, характеризующегося высокой временной и пространственной когерентностью, монохроматичностью и направленностью, а также стабильностью работы как в непрерывном, так и в импульсном режиме.

Типичными и широко известными представителями газовых активных сред являются молекулярный азот, а также инертные газы неон и ксенон, генерация на которых возможна в ультрафиолетовой (УФ), видимой и инфракрасной (ИК) областях спектра. Особая популярность данных источников вызвана их применением в различных медицинских приложениях благодаря селективному характеру лазерного излучения, проявляющемуся при его воздействии на биологические ткани. Одними из таких приложений являются эндокавитарная методика лечения туберкулеза, а также методы спектрально-флуоресцентной диагностики биотканей, проводимых УФ лазерным излучением азотного лазера с длиной волны 337,1 нм [1].

Другими медицинскими направлениями являются дерматология, онкология и косметология, занимающиеся вопросами удаления злокачественных и доброкачественных новообразований и опухолей, удаления доставляющих неудобства образований на коже (папилломы, винные пятна), лазерной шлифовки, омоложения кожи и так далее [2]. Активное использование новых лазерных технологий в перечисленных областях медицины вызвано постоянным ростом числа пациентов с диагнозами болезней кожи и подкожной клетчатки, термических и химических ожогов, а также пациентов, нуждающихся в послеоперационных восстановительных процедурах из-за возможности образования гипертрофических рубцов, возникающих в 35 % случаев после операций и до 80 % послеожоговых травм [3, 4].

Особое внимание привлекли к себе лазеры жёлтой области спектра (550 - 590 нм). Их преимуществами являются: повышенный показатель поглощения оксигемоглобина по сравнению с широко известными твердотельными лазерами на длинах волн 532 и 633 нм [5-8], малое рассеивание лазерного луча при прохождении преломляющих сред глаза, высокая эффективность воздействия при процедурах коагуляции васкуляризированных структур, сниженные болевые ощущения пациентов и так далее [9]. Эффективность и безопасность «жёлтых лазеров» продемонстрирована при лечении широкого круга заболеваний, таких как макулярный отек, посттромботическая ретинопатия, центральная серозная хориоретинопатия [10].

Помимо медицинских приложений, излучение ИК области спектра газовых лазеров может применяться для проведения мониторинга атмосферы, диагностики повреждений газопроводов и нефтепроводов, активных тепловизионных систем, а также беспроводной наземной и космической связи. Одним из перспективных методов обнаружения загрязнений выделенных участков неба является лазерный дистанционный мониторинг, проводимый в ближнем и среднем ИК диапазоне длин волн (от 0,9 до 14 мкм). Данная область оптического спектра уникальна благодаря тому, что в ней расположены окна прозрачности земной атмосферы, некоторые из которых сосредоточенны в следующих диапазонах: 0,7...1,4 мкм; 1,5...1,8 мкм; 2.2,4 мкм; 3,4.4,2 мкм; 4,5.5 мкм; 8.14 мкм [11]. Более того, в среднем ИК диапазоне лежат линии поглощения колебательных переходов различных молекул загрязнителей, содержащих С-Н, С-К и N-0 связи, что даёт возможность их удаленного детектирования по спектрам поглощения и рассеяния. Кроме того, излучение среднего ИК диапазона, попадающее в окна прозрачности, менее подвержено рассеянию (в пределах окон прозрачности атмосферы), чем излучения видимого или УФ диапазонов, что даёт возможность его применения для создания оптических наземных систем связи [12].

Отдельным типом газоразрядных лазеров, получившим наибольшее распространение, являются лазеры с накачкой электрическим разрядом, в которых возбуждение активной среды происходит благодаря протеканию электрического тока между электродами, расположенными внутри разрядной камеры. Использование такого метода накачки с первых дней лазерной эпохи стало весьма популярным благодаря тому, что такие лазерные системы были относительно простыми с физической и инженерной точек зрения, обладали малыми габаритами, являлись достаточно безопасными и удобными. Особую популярность и распространение данный метод накачки начал приобретать в начале 70-х годов XX века благодаря отличным характеристикам лазерного излучения и эффективности работы, полученной при возбуждении газовых смесей высокого давления (несколько атмосфер) поперечным разрядом [13].

Тем не менее, данный тип накачки обладает рядом недостатков. Ключевым из них является расположение металлических электродов в прямом контакте с активной средой. Протекание высокоточного объемного электрического разряда приводит к постепенному разрушению электродов, происходящему в результате формирования стримеров и катодных пятен - особых дефектов, приводящих к деформации их рабочей поверхности. В результате этого на электродах появляются потенциально выделенные места и неоднородности протекании электрического разряда, приводящие к неравномерности возбуждения активной среды и, как следствие, к увеличению нестабильности работы лазера и ухудшению его энергетических и пространственных характеристик. Совместно с этим происходит распыление материала катода

и анода, что является причиной загрязнения газовых компонент и элементов резонатора. Наличие перечисленных недостатков, свойственных большинству газоразрядных лазеров, ограничивает возможности применений лазеров с накачкой электрическим разрядом.

В связи с этим актуальным является поиск новых методов возбуждения активных газовых лазерных сред. Одним из таких методов является индукционный разряд, формирующийся благодаря индукции электромагнитного поля при протекании переменного электрического тока по индуктору, не имеющему прямого контакта с активной лазерной средой. За счет отсутствия электродов индукционный разряд обладает рядом преимуществ по сравнению с газовыми лазерами с электрической накачкой, такими как возможность получения больших объемов «чистой» газоразрядной плазмы, повышенный ресурс работы, высокий уровень энерговклада и другие. Отличительной чертой таких лазеров является высокая стабильность амплитуды лазерного излучения от импульса к импульсу, необходимая для медицинских приложений, в которых процедуры с использованием лазерного излучения занимают длительное время.

Другой особенностью индукционных лазеров является малая расходимость излучения, обусловленная формой пучка генерации. Обычно данная величина не превышает долей миллирадиан, что близко к фундаментальному дифракционному пределу. Малая расходимость позволяет достигать предельно малых размеров сфокусированного пятна, что очень важно, к примеру, в микроэлектронике для формирования узких каналов при создании элементов микросхем.

Цель диссертационной работы

Использование импульсного индукционного разряда как нового метода возбуждения газоразрядных лазеров на переходах молекул азота и нейтральных атомов неона и ксенона.

Задачи диссертационной работы

В ходе работы над данной диссертацией необходимо было решить следующие задачи:

1. Создание высоковольтных систем возбуждения для формирования импульсного индукционного разряда в активных средах на основе молекулярного азота и инертных газов неона и ксенона.

2. Поиск оптимальных условий накачки для достижения эффективного режима лазерной генерации на электронных переходах молекулярного азота и нейтральных атомов неона и ксенона.

3. Поиск оптимальных составов активных газовых сред на основе азота, неона и ксенона, возбуждаемых импульсным индукционным разрядом.

4. Исследование спектральных, временных, пространственных и энергетических характеристик спонтанного и вынужденного излучения импульсного индукционного разряда в молекулярном азоте, неоне и ксеноне.

5. Установление основных механизмов формирования инверсии населенностей на 3р ^ 3s переходах нейтральных атомов неона в импульсном индукционном разряде на основе временного поведения оптических импульсов, а также УФ излучения индукционного азотного лазера.

Научная новизна

В настоящей диссертации впервые были получены следующие научные результаты:

1. При накачке активной среды молекулярного азота импульсным индукционным разрядом достигнута мощность излучения 1 МВт.

2. Экспериментально реализовано возбуждение инертных активных сред на основе неона и ксенона импульсным индукционным разрядом.

3. При возбуждении активной среды неона и ксенона импульсным индукционным разрядом получена лазерная генерация на длинах волн = 540,1 нм; Х2 = 585,3 нм; = 614,3 нм, соответствующих Зр ^ Зэ переходам №(1), а также Х4 = 904,5 нм; Х5 = 1,73 мкм; Хб = 2,026 мкм на 6р ^ и 5й ^ 6р переходах Хе(1).

4. Показано различие механизмов формирования инверсии населенностей между электронными переходами нейтральных атомов неона с длинами волн = 540,1 нм; Х2 = 585,3 нм; = 614,3 нм, возбуждаемых импульсным индукционным разрядом.

Практическая значимость

1. Представленные в данной диссертационной работе методы увеличения эффективности формирования инверсии населенностей в импульсных индукционных лазерах могут быть использованы для создания новых газоразрядных источников когерентного излучения.

2. Показано, что использование импульсного индукционного разряда позволяет создавать УФ азотные лазеры с высокой пиковой мощностью и малой длительностью импульсов с

возможностью применения в медицинских приложениях, в частности для лечения глаукомы и туберкулеза.

3. Разработан импульсный индукционный лазер на основе активной среды неона с возможностью его применения в онкологии, дерматологии и косметологии.

4. Полученные результаты могут быть использованы в целях установления кинетических реакций и процессов, протекающих в неравновесной индуктивно связанной плазме, а также для создания теоретических моделей импульсных индукционных лазеров.

Защищаемые положения

1. Импульсный индукционный разряд является эффективным методом возбуждения К2-лазера, позволяющим достигать импульсной мощности 1 МВт на электронных переходах молекул азота с длинами волн 337,1 нм и 357,7 нм.

2. Механизмом формирования инверсии населенностей №(1)-лазера с излучением на

= 540,1 нм и Х3 = 614,3 нм при накачке импульсным индукционным разрядом является прямое возбуждение электронным ударом из основного состояния.

3. Лазерная генерация на переходах нейтральных атомов неона с Х2 = 585,3 нм при накачке импульсным индукционным разрядом формируется в рекомбинирующей плазме; опустошение нижнего лазерного уровня осуществляется в реакциях Пеннинга в присутствии водорода.

4. Возбуждение активных сред на основе неона и ксенона импульсным индукционным разрядом позволяет получать лазерную генерацию на переходах неона на длинах волн

= 540,1 нм, Х2 = 585,3 нм и Х3 = 614,3 нм, а также на переходах ксенона с длинами волн Х4 = 904,5 нм, Х5 = 1,73 мкм и = 2,026 мкм.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Импульсные газоразрядные индукционные лазеры на переходах молекулярного азота и нейтральных атомов неона и ксенона»

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: Международных научных студенческих конференциях «МНСК» (Новосибирск, 2017, 2018, 2019); Международных конференциях по импульсным лазерам и применениям лазеров «AMPL» (Томск, 2017, 2019, 2021); Международном симпозиуме по проблемам лазерной физики «Modern problems of laser physics (MPLP)» (Новосибирск, 2019); 25-ой Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых «ВНКСФ 2019» (Симферополь, 2019); Международных конференциях по лазерной оптике «International Conference Laser Optics (ICLO)» (Санкт-Петербург, 2020, 2022).

Соискатель Ткаченко Р.А. в 2022 г. являлся руководителем совместного проекта Новосибирской области и РФФИ № 20-42-543005 по конкурсу р_мол_а_Новосибирск «Новый неоновый лазер с накачкой импульсным индукционным разрядом».

Личный вклад автора

Представленные в данной диссертации результаты получены автором лично либо при его прямом участии. В процессе работы соискатель занимался разработкой и созданием высоковольтных систем возбуждения различных конфигураций, проводил экспериментальные исследования лазерных характеристик излучения, занимался обработкой и анализом полученных результатов, участвовал в их обсуждении, подготавливал к публикации научные статьи в российских и зарубежных журналах, выступал с постерными и устными докладами на российских и международных конференциях.

Публикации автора

Основное содержание диссертации опубликовано в 26 научных работах [A1-A26], из которых 11 статей изданы в журналах, включенных в перечень ВАК и входящих в базы данных WoS и Scopus [A1-A11], а также 15 работ изданы в трудах конференций [A12-A26]. Полный список работ соискателя представлен в начале раздела «СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ» настоящей диссертации.

Структура и объем диссертационной работы

Диссертационная работа состоит из Введения, четырех глав, Заключения. Диссертация содержит 116 страниц машинописного текста, включая 65 рисунков и список цитируемой литературы из 130 наименований.

Глава 1.

ИМПУЛЬСНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ РАЗРЯД И СИСТЕМЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ В АКТИВНЫХ ЛАЗЕРНЫХ

СРЕДАХ

1.1 Введение

В результате имеющихся недостатков различных методов накачки активных газовых сред было выдвинуто предположение о возможности создания лазера с новым способом возбуждения - импульсным индукционным разрядом [14]. Главной отличительной особенностью обсуждаемого метода относительно широко распространенных и используемых лазеров с накачкой электрическим разрядом послужило отсутствие внутри активного объема металлических электродов, являющихся причиной вызываемых ими негативных последствий.

Следует заметить, что накачка газовых сред непрерывным высокочастотным разрядом (одним из представителей безэлектродных разрядов) уже была реализована ранее [15]. При работе с ВЧ разрядами авторами было отмечено, что отсутствие электродов и возможность создания лазерных установок с большими разрядными токами является одним из главных преимуществ таких типов лазеров. Однако предложенный метод накачки импульсным индукционным разрядом отличается от ВЧ накачки, как с теоретической, так и с практической точки зрения.

Формирование импульсного индукционного разряда в газе происходит благодаря явлению электромагнитной индукции, обусловленному протеканием переменного электрического тока по индукторам, расположенным снаружи разрядной трубки. В качестве газовых трубок для формирования индукционного разряда обычно выступают стеклянные трубки-капилляры с малой площадью сечения оптической зоны, а также цилиндрические трубки из керамики или стекла значительно большего внутреннего диаметра. При этом преобразование энергии от источников питания, как и в случае газовых лазеров с электрическим способом возбуждения, осуществляется высоковольтными импульсными электрическими схемами, выполненными по типу схемы Блюмляйна, ЬС-инвертора или их совмещенных схем. Данные системы работают в

импульсном режиме при перезарядке конденсаторов электрической схемы после срабатывания высоковольтного коммутатора.

Основной задачей применяемых электрических схем является максимально эффективное преобразование и передача энергии источника питания в энергию электромагнитного поля, поглощаемую активным сопротивлением в виде газовой среды. Поиск оптимального режима работы производится за счет вариаций индуктивно-емкостных параметров смежных контуров высоковольтных систем возбуждения.

1.2 Типы и модели индукционных разрядов

Первые работы по исследованию безэлекродного метода возбуждения газовых сред были опубликованы в конце XIX века Томпсоном [16] и Теслой [17], и касались идеи создания электродвижущей силы (электромагнитной индукции) в разрядных трубках с низким давлением газов при помощи опоясывающих их соленоидов, подключенных к внешнему источнику питания. Результатом проводимых исследований стала теория безэлектродных разрядов, устанавливающая связь между длиной свободного пробега электрона и частотой переменного тока, протекающего по соленоиду.

Одно из дальнейших развитий теории безэлектродных разрядов представлено в статье Бабата [15], в которой проведена их классификация и выделены два основных типа:

1) емкостной безэлектродный разряд (или Е-разряд), создаваемый электрическим полем с незамкнутым током проводимости, продолжающимся в виде токов смещения;

2) вихревой или кольцевой безэлектродный разряд (или ^-разряд), вызываемый переменным магнитным полем, в котором элементарные токи проводимости образуют замкнутые кривые [15].

Определяющей величиной для тока, протекающего через активную среду в ¿-разряде, является емкостное сопротивление 1/Са. Условием «зажигания» ^-разряда является существование градиента напряженности электрического поля Е = 1а в разрядной камере, создаваемого переменным током, протекающим по проводнику. Также в работе [15] отмечен пороговый характер индукционного разряда, приводящий к тому, что при давлениях активной среды (в данной работе - пары ртути) менее 1 мТорр безэлектродный разряд не был

сформирован. Однако при последующем повышении давления разряд контрагирует (отстает от стенок разрядной трубки), и принимает «сигаровидную» форму (см. рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Схематический вид кольцевого безэлектродного ^-разряда в цилиндрической трубке при разных давлениях активных сред [9]: а) 0,01 <р < 5 Торр; б) 5 <р < 20 Торр; в) 20 <р < 100 Торр; г) р > 500 Торр

Классификация индукционного разряда возможна и по геометрическому принципу, согласно которому выделяется планарный (поверхностный) разряд (который чаще используется для травления [18]), а также цилиндрический разряд и разряд трансформаторного типа (далее продольный индукционный разряд) [15, 19] (см. рисунок 1.2), подходящие для создания лазерных источников за счет наличия выделенного направления.

Рисунок 1.2 - Виды индукционного разряда: 1 - планарный; 2 - цилиндрический;

3 - индукционный разряд трансформаторного типа; Т - разрядная трубка; И - индуктор;

М- магнитопровод (или сердечник); Р - одиночный виток индукционного разряда

В литературе имеется большое количество теоретических исследований, посвященных описанию и моделированию индукционных разрядов. Одним из примеров такой модели может служить работа [20], в которой непрерывный индукционный разряд представляется в виде трансформатора (см. рисунок 1.3).

я,

/Л,со/Ч'

е

м

А

Рисунок 1.3 - Электрическая схема трансформаторной модели [20]

Упрощенная схема реального трансформатора включает в себя первичную и вторичную обмотку, а также металлический сердечник. В данном случае в качестве первичной обмотки такого «трансформатора» выступает и-витковый индуктор с индуктивностью Ь0 и сопротивлением Я0, а в качестве вторичной обмотки выступает замкнутый вихревой ток с индуктивностью Ь2 и сопротивлением Я2, индуцированный в плазме. Элемент индуктивности ]Я2т / V (где г — мнимая единица, а — циклическая частота, V — частота электронных столкновений), связан с электронной самоиндукцией. Индуктивности первичной и вторичной обмотки в трансформаторе связаны коэффициентом взаимной индукции М:

где к - коэффициент магнитной связи между индуктором и индукционным разрядом. В случае применения цилиндрического индукционного разряда без ферромагнитного усиления, величина к может быть определена как отношение площадей, охватываемых контуром катушки индуктивности $Кст и плазменного витка

Общая схема трансформаторной модели может быть приведена к более удобному для восприятия виду (см. рисунок 1.4). Она также состоит из активного сопротивления и индуктивности первичной цепи и эквивалентных индуктивностей плазмы и сопротивления вторичной цепи, соединенных последовательно.

М =

(1.1)

(1.2)

Рисунок 1.4 - Эквивалентная электрическая схема трансформаторной модели [20]

В электрических схемах импульсного индукционного разряда в рамках трансформаторного формализма источник напряжения У1 представляется в виде ёмкости С, которая является источником запасенной энергии (см. рисунок 1.5 а, б).

Рисунок 1.5 - Электрическая схема импульсного индукционного разряда (а) и

эквивалентная схема (б) [20]

Для стабильного и устойчивого протекания индукционного разряда необходимо соблюдение определенного уровня мощности накачки [20]. Согласно авторам данной работы, пороговое значение Рт„ связано с диссипацией мощности накачки в разрядной камере и на элементах системы возбуждения, в частности, на катушке. В результате чего малая и недостаточная мощность приведет к тому, что индукционный разряд не будет зажигаться. Причиной существования порога максимальной мощности Ртах является конечная величина проводимости плазмы.

Индукционный разряд нашел широкое применение во многих сферах человеческой жизни и технологиях: в процессах травления, создании плазматронов [21] и источников света [22], космической промышленности [23]. Однако для создания когерентных источников излучения его применение достаточно ограничено (см. раздел 1.5).

1.3 Электрические схемы формирования импульсного индукционного разряда

Первые экспериментальные исследования, направленные на поиск оптимальных условий формирования импульсного индукционного разряда, опирались на опыт работы с газовыми лазерами. Наибольшее распространение при возбуждении газовых активных сред получила накачка объемным сильноточным поперечным и продольным электрическим разрядом, в системах возбуждения которых активно использовались электрические схемы на основе LC-инвертора, C-C перезарядки, схемы Блюмляйна. Благодаря высокой эффективности работы данных схем они нашли применение и в системах формирования импульсного индукционного разряда.

Типичный вид электрической схемы, используемой в качестве системы формирования импульсного индукционного разряда, представлен на рисунке 1.6 (схема Блюмляйна). Данная схема состоит из набора параллельно расположенных конденсаторов Ci и C2, заряжаемых от импульсного источника питания до напряжения 20.30 кВ. В качестве высоковольтного коммутатора использовался газонаполненный разрядник тиратрон THY, к примеру, ТПИ1-10к/50. Такой тиратрон позволяет коммутировать высокое напряжение (до 50 кВ) при токе до 10 кА, при этом он имеет высокую стабильность запуска и большой ресурс работы. В качестве индуктора L выступает многожильный провод или медные шины, представляющие собой нескольких параллельно соединенных секций, расположенных на цилиндрическом излучателе DT. Принцип работы данной системы можно рассмотреть на примере упрощенной схемы (см. рисунок 1.7).

В данном случае плазменный виток, образуемый индукционным разрядом, и высоковольтный коммутатор THY представлены в качестве сопротивлений ri и r2, соответственно; Li и L2 - индуктивности индуктора и тиратрона (которые включают также и индуктивности остальных компонент данного контура).

Возможность представления перечисленных элементов в виде активных сопротивлений с индуктивными параметрами обусловлена процессами рассеяния (поглощения) на них энергии электрической схемы. Часть энергии при этом поглощается газовой средой, в которой формируется индукционный разряд, что приводит к ее возбуждению. Другая же часть рассеивается на высоковольтном коммутаторе (тиратроне), который является аналогом вакуумного диода с большим количеством электродов в виде промежуточных сеточек, выполняющего роль высокоскоростного ключа.

В первые моменты времени тиратрон имеет бесконечное сопротивление и играет роль разрыва электрической цепи. Параллельно с этим происходит зарядка батарей конденсаторов от источника питания. Когда напряжение на конденсаторах достигнет зарядного, на промежуточную сетку тиратрона поступает пусковой импульс, приводящий к его «открытию», и сопротивление в данной ветви экспоненциально падает до величин порядка нескольких Ом.

Рисунок 1.6 - Электрическая схема для накачки газовых сред импульсным индукционным разрядом, выполненная по типу схемы Блюмляйна: + и- зарядное напряжение; С1 и С2 - батареи конденсаторов; Ь - индуктор; БТ - разрядная трубка; Ж1 и Ш2 - герметизирующие окна из СаБ2; М - добротное зеркало с алюминиевым покрытием; ТИУ - высоковольтный коммутатор тиратрон

Рисунок 1.7 - Упрощенная схема системы возбуждения, выполненная по типу схемы Блюмляйна

В результате различия периодов колебаний смежных контуров, определяемых их индуктивностью и емкостью в процессе перезарядки (переполюсовки) напряжение

на конденсаторах в контуре с меньшей индуктивностью раньше меняет свой знак относительно другого контура. В некоторый момент времени напряжение на индукторе, определяемое как разница напряжений в узлах иЬ=ис2-ис1, в идеальных условиях (без потерь) может достигать величины двойного зарядного напряжения: иЬ = 2и.

Другой зарекомендовавшей себя электрической схемой для формирования индукционного разряда является ЬС-инвертор (см. рисунок 1.8), включающий в себя два набора

высоковольтных керамических конденсаторов С1 и С2, заряжаемых от импульсного источника питания до рабочего напряжения 20.30 кВ.

Рисунок 1.8 - Электрическая схема для накачки газовых сред импульсным индукционным разрядом, выполненная по типу схемы LC-инвертора: +^ch - зарядное напряжение; Cl и C2 - батареи конденсаторов; L - индуктор; DT - разрядная трубка; Wl и W2 - герметизирующие окна из CaF2; Ml и M2 - более и менее добротное зеркало; THY - высоковольтный коммутатор тиратрон

1.4 Индукционные лазерные излучатели

Важной частью систем формирования продольного и поперечного (цилиндрического) импульсных индукционных разрядов являются лазерные излучатели, отличающиеся друг от друга как характером распределения напряженностей электрических и магнитных полей, так и плотностью и направлением тока накачки. Согласно представленным в разделе 1.2 рисункам, одна из реализаций индукционного излучателя представляет собой цилиндрическую трубку, выполненную из керамики А1203. Индуктор в данном случае наматывается непосредственно вокруг излучателя (см. рисунок 1.9).

Направление тока, протекающего по индукторам, ортогонально к оптической оси -поперек распространения излучения в резонаторе, как представлено на рисунке 1.10. Обычно индуктор выполнен из многожильного медного провода или медных шин и представляет собой набор параллельно включаемых дросселей.

Рисунок 1.9 - Разрядная трубка цилиндрического типа и юстировочный узел

Рисунок 1.10 - Схематическое представление индукционного лазерного излучателя

Рисунок 1.11 - Упрощенное схематическое распределение напряженностей электрических и магнитных полей в индукционном излучателе цилиндрического типа

Таким образом, в результате протекания переменного электрического тока I по соленоиду, возникает изменяющееся во времени магнитное поле Н, которое создает вихревое электрическое поле Е (см. рисунок 1.11). Напряженность электрического поля Е на расстоянии г от оптической оси цилиндрического индукционного излучателя определяется формулой [24]:

Е ~ г—. (1.3)

Данная зависимость обуславливает кольцевую форму лазерного пучка. Одним из преимуществ индукционного разряда в таких трубках является малая расходимость излучения, возникающая при должной юстировке оптического резонатора лазера. Кроме того, в качестве

активных газовых сред могут быть использованы любые типы газов благодаря инертности материала индукционных излучателей, что поспособствует увеличению их срока службы.

Типичные цилиндрические излучатели, используемые в данной работе, имели длину активной области порядка 800 мм, внутренний диаметр от 22 до 42 мм, внешний диаметр до 51 мм. Однако при использовании трубок меньшего внутреннего диаметра применение цилиндрического индукционного разряда становится не эффективным из-за малой напряженности электрического поля, а также недостаточного коэффициента магнитной связи (см. раздел 1.2).

В связи с этим, другим типом лазерных излучателей с внутренним диаметром меньшего размера является стеклянная трубка-капилляр, вид которой представлен на рисунках 1.12 и 1.13. Индуктор в данном случае выполнен в виде набора соленоидов, именуемых антеннами, расположенными вдоль оптической оси. Важной отличительной особенностью данных трубок является наличие узкого места (капилляра), в котором формируется большая плотность тока и, как следствие, высокая напряженность электрического поля. Подобная конструкция разрядной трубки продиктована необходимостью протекания индукционного тока по замкнутому контуру и непрерывной равномерной циркуляцией газа вдоль всего лазерного излучателя.

Рисунок 1.12 - Разрядная трубка-капилляр и расположение индуктора-антенны

Рисунок 1.13 - Поперечный вид разрядной трубки с индукторами: 1 - капилляр; 2-3 и 5-6 - индуктор, 4 - обводной канал

Рисунок 1.14 - Схема разрядной трубки: 1 - индуктор, 2 - обводной канал, 3 - капилляр, 4 - юстировочные узлы

Индукционная трубка-капилляр также может иметь различный внутренний диаметр и несколько последовательно расположенных секций (см. рисунок 1.14). Данная конструкция разрядной трубки с несколькими обводными каналами позволяет увеличить длину активной среды при сохранении минимальной индуктивности общего контура. Объяснить это можно тем, что в случае такой конструкции разрядной трубки каждый контур на обводном канале расположен параллельно относительно электрической системы и последовательно с точки зрения активной среды.

а) б)

Рисунок 1.15 - Упрощенное схематическое распределение напряженностей электрических и магнитных полей в индукционном излучателе в виде трубки-капилляра [25]

В данном случае в отличие от индукционных излучателей цилиндрической геометрии (см. рисунок 1.15: а, б) индуктор расположен вдоль оптической оси. Таким образом, направление тока совпадает с распространением излучения в резонаторе. В связи с этим распределение напряженностей электромагнитных полей приобретает конфигурацию, показанную на рисунке 1.15, а.

При этом объемная плотность мощности разряда падает с удалением от индуктора (см. рисунок 1.16) [25]. Однако, при большой амплитуде тока и напряженности электрического поля, а также малом внутреннем диаметре разрядной трубки, становится возможным наблюдать более равномерное распределение объемной плотности мощности. Типичные используемые в данной работе трубки-капилляры имели длину от 40 до 80 см и внутренний диаметр в диапазоне от 1 мм до нескольких миллиметров.

-1-1-1-1-1-1-1-1-1-г

Рисунок 1.16 - Пространственное распределение объемной плотности мощности в ВЧ индукционном разряде для лампы длиной 40 см с внутренним диаметром 5 см [25]

Оптический резонатор в излучателях цилиндрического и капиллярного типа обычно образован плоским отражающим зеркалом с алюминиевым покрытием (или диэлектрическим покрытием на соответствующую спектральную область) и плоскопараллельной пластиной из CaF2 (используется в качестве выходного зеркала), которая имеет коэффициент отражения Я ~ 8 % (Френелевское отражение от двух граней пластины). Также в качестве выходного зеркала резонатора лазера использовалось полупрозрачное зеркало с коэффициентом пропускания от 10 % до 50 %.

1.5 Индукционные лазеры импульсного и непрерывного действия

Одним из первых примеров использования индукционного разряда для накачки лазеров является работа [26], в которой была получена генерация на семи линиях ионизованного аргона со средней мощностью 50 мВт, а также мощная непрерывная генерация на ионах Ю"+, 0+ и Br+. Дальнейшее усовершенствование разрядных трубок в виде увеличения активной длины и уменьшения внутреннего диаметра позволило достичь генерации еще на пяти линиях Ar+ с максимальной мощностью 1,4 Вт [27]. Отсутствие электродов в активном объеме и возможность создания установок с большими разрядными токами было отмечено авторами как одно из главных преимуществ таких типов лазеров.

В работе [28] было зарегистрировано лазерное излучение на семи линиях иона ксенона Xe(IV) (трижды ионизированный ион ксенона

Xe+3) и двух линиях иона кислорода O(Ш)

(дважды ионизированный ион кислорода О ) с накачкой активной среды импульсным индукционным ВЧ разрядом, причем длительность оптического импульса полученного излучения была на несколько порядков большей времени релаксации соответствующих переходов. Максимальная выходная мощность (средняя) излучения такого лазера достигала 120 Вт и была получена при давлении рабочей смеси около 5 мТорр при разрядном токе 120 А. Использование безэлектродного ВЧ разряда существенным образом уменьшило скорость развития эрозии и разрушения кварцевой трубки и способствовало получению генерации в условиях, близких к непрерывному режиму.

Начиная с 2005 года импульсный индукционный разряд был использован как новый метод накачки для создания лазеров, работающих как на колебательно-вращательных, так и на электронных переходах атомов и молекул. Был создан первый импульсный индукционный лазер на переходах атомарного фтора [14], излучение которого состояло из восьми линий в спектральной области 623...755 нм (623,9 нм; 634,8 нм; 614,3 нм; 703,7 нм; 712,7 нм; 731,1 нм; 739,8 нм; 755,8 нм). Мощность полученного излучения была на уровне десятков киловатт при длительности оптического импульса около нескольких десятков наносекунд и энергии импульсов 2,6 мДж.

Следующим был разработан и создан УФ индукционный лазер, работающий на молекулярном азоте с длиной волны X = 337,1 нм [29]. Мощность этого лазера была заметно выше лазера на атомах фтора из-за меньшей длительности оптического импульса излучения (около 15 нс) и составляла 300 кВт (пиковая) при энергии импульсов порядка 4,5 мДж. Более того, активная среда К2-лазера позволяла работать с высокой частотой следования импульсов, достигавшей 50 Гц и средней мощностью выше 200 мВт. Расходимость такого излучения была на уровне 0,3 мрад (полная, по уровню 1/2).

Затем был создан импульсный индукционный лазер, работающий в средней ИК области спектра, излучение которого было получено на колебательно-вращательных переходах молекул СО2 с длинами волн в диапазоне от 9,6 до 10,6 мкм и энергией импульсов генерации около 0,5 мДж [30]. Максимальный КПД индукционного СО2-лазера достигал 17 % в трехкомпонентной смеси с гелием и азотом.

Далее был создан лазер ближнего ИК диапазона в спектральной области 0,89.1,12 мкм на электронных переходах молекул водорода с накачкой импульсным индукционным разрядом [31]. Максимальная импульсная мощность генерации водородного лазера достигала 11 кВт, что является рекордной величиной из достигнутых значений, опубликованных в литературе на сегодняшний день.

Так же создан химический лазер на колебательно-вращательных переходах молекул ОТ с накачкой импульсным индукционным разрядом [32]. Полученная в экспериментах энергия импульсов генерации достигала 19 мДж с длительностью импульсов 420 нс, что соответствует импульсной мощности 45 кВт.

В одной из последних работ лаборатории «Импульсных газоразрядных лазеров» ИЛФ СО РАН был создан лазер на переходах нейтральных атомов ксенона с излучением на двух длинах волн 904 нм и 979 нм с импульсной мощностью около 17 кВт [33]. Кроме того, генерация также была получена на нескольких длинах волн нейтральных атомов аргона: 1,213 мкм; 1,24 мкм; 1,27 мкм; 1,694 мкм и 1,79 мкм [34].

Все перечисленные индукционные лазеры имели высокую стабильность работы в импульсно-периодическом режиме. Относительные вариации энергии импульсов излучения не превышали 5.6 %, а для индукционного №2-лазера эта величина не превышала 1 %.

1.6 Аппаратура и методы исследований

В настоящей работе проведены исследования спектральных, временных, энергетических и пространственных характеристик излучения N2-, Xe(I)- и №е(1)-лазеров с накачкой импульсным индукционным цилиндрическим и продольным разрядом. В качестве активных лазерных сред использовались азот, ксенон и неон особой чистоты (марка 5,0) с примесями кислорода (не более 0,0005 %, или 5 ppm), водяных паров (не более 0,0007 %, или 7 ppm) и водорода (не более 0,0002 %, или 2 ppm). В двух и трехкомпонентных составах в качестве буферных использовались Не, Ar, Н2, №3 и SF6 при различных относительных соотношениях и рабочих давлениях активных сред. Газовые смеси прокачивались вдоль оптической оси разрядной трубки со скоростью около 1 л/мин. Частота следования импульсов лазера варьировалась от 1 до 100 Гц. Упрощенная оптическая схема экспериментальной установки для исследования ИК диапазона спектра излучения упомянутых лазеров приведена на рисунке 1.17.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ткаченко Роман Андреевич, 2024 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

A1. Ражев А.М., Чуркин Д.С., Ткаченко Р.А. Компактный УФ азотный лазер с накачкой импульсным продольным индукционным разрядом // Оптика атмосферы и океана. - 2018. -Т. 31. - № 3. - С. 182-185.

A2. Ражев А.М., Чуркин Д.С., Ткаченко Р.А. Импульсный индукционный ИК Ar I-лазер // Оптика атмосферы и океана. - 2020. - Т. 33. - № 3. - С. 169-172.

A3. Ражев А.М., Чуркин Д.С., Ткаченко Р.А. УФ индукционный азотный лазер с импульсной мощностью 600 кВт // Известия РАН. Серия физическая. - 2020. - T. 84. - № 7. - С. 965968.

A4. Ражев А.М., Чуркин Д.С., Каргапольцев Е.С., Ткаченко Р.А., Трунов И.А. ИК индукционный Хе-лазер с накачкой импульсным продольным индукционным разрядом // Известия РАН. Серия физическая. - 2020. - T. 84. - № 7. - С. 944-947.

A5. Ражев А.М., Чуркин Д.С., Ткаченко Р.А. Индукционный азотный лазер с импульсной мощностью 1 МВт // Оптика атмосферы и океана. - 2020. - Т. 33. - № 3. - С. 188-191.

A6. Razhev А.М., Churkin D.S., Tkachenko R.A. MW peak power UV inductive nitrogen laser // Applied Physics B. - 2020. - V. 126. - N 6. - A.n. 104.

A7. Ражев А.М., Чуркин Д.С., Каргапольцев Е.С., Трунов И.А., Ткаченко Р.А. ИК Хе1-лазер с накачкой импульсным индукционным цилиндрическим разрядом // Оптика атмосферы и океана. - 2020. - Т. 33. - № 3. - С. 173-176.

A8. Razhev A.M., Churkin D.S., Tkachenko R.A. Inductive Penning plasma neon laser with a wavelength of 585.3 nm // Laser Physics Letters. - 2021. - V. 18. - N 9. - P. 1-6.

A9. Razhev A.M., Churkin D.S., Tkachenko R.A. Inductive laser on neon's atomic transitions pumped by a pulsed inductive discharge // Applied Physics B. - 2021. - V. 127. - N 11. - P. 1-6.

A10. Ражев А.М., Чуркин Д.С., Трунов И.А., Ткаченко Р.А. Неоновый лазер с длинами волн 540.1 и 614.3 нм с накачкой импульсным индукционным цилиндрическим разрядом // Оптика атмосферы и океана. - 2022. - Т. 35. - № 4. - С. 261-265.

A11. Razhev A.M., Churkin D.S., Tkachenko R.A. Neon lasing (X = 540.1 nm) in a dense optical cavity pumped by a pulsed inductive cylindrical discharge // Laser Physics. - 2023. - V. 33. -N 2. - P. 1-5.

A12. Razhev А.М., Churkin D.S., Tkachenko R.A. Compact UV nitrogen laser pumped by a pulsed longitudinal inductive discharge / In: Abstracts of XIII International Conference on pulsed lasers and laser applications AMPL-2017. - Tomsk. - 2017. - P. 29.

A13. Ткаченко Р.А. Влияние условий накачки на интенсивность излучения эксимерных молекул

*

XeF в импульсном индукционном разряде / В сб.: Материалы 55-й Международной научной студенческой конференции, секция «Фотоника и квантовые оптические технологии». - Новосибирск. - 2017. - С. 33.

A14. Ткаченко Р.А., Трунов И.А. Вынужденное излучение атомов XeI в области 904 нм - 980 нм при накачке импульсным индукционным продольным разрядом трансформаторного типа / В сб.: Материалы 56-й Международной научной студенческой конференции, секция «Фотоника и квантовые оптические технологии». - Новосибирск. - 2018. - С. 27.

A15. Razhev A.M., Churkin D.S., Kargapoltsev E.S., Tkachenko R.A., Trunov I.A. IR inductive Xe laser pumped by a pulsed longitudinal inductive discharge of the transformer type / In: The VIII International Symposium «Modern problems of laser physics». - Новосибирск. -

2018. - С. 118-119.

A16. Ткаченко Р.А. Индукционный азотный лазер с длиной активной среды 1,3 м / В сб.: Материалы 56-й Международной научной студенческой конференции, секция «Фотоника и квантовые оптические технологии». - Новосибирск. - 2018. - С. 28.

A17. Ткаченко Р.А., Трунов И.А. Импульсный индукционный Ar I лазер / В сб.: Материалы 57-й международной научной студенческой конференции, секция «Фотоника и квантовые оптические технологии». - Новосибирск. - 2019. - С. 26.

A18. Трунов И.А., Ткаченко Р.А. Исследование спектральных характеристик генерации Xe I лазера с накачкой импульсным индукционным цилиндрическим разрядом / В сб.: Материалы 57-й международной научной студенческой конференции, секция «Фотоника и квантовые оптические технологии». - Новосибирск. - 2019. - С. 27.

A19. Ткаченко Р.А., Ражев А.М., Трунов И.А., Чуркин Д.С. Исследование характеристик излучения импульсного индукционного Ar I лазера / В сб.: Материалы 25-й Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, секция «Квантовая электроника». - Севастополь. - 2019. - С. 270.

A20. Razhev A.M., Churkin D.S., Tkachenko R.A. Pulsed inductive IR Ar I laser / In: Abstracts of XIV International Conference on pulsed lasers and laser applications AMPL-2019. - Tomsk. -

2019. - P. 37.

A21. Razhev A.M., Churkin D.S., Tkachenko R.A. Pulsed inductive nitrogen laser with pulse power 1 MW / In: Abstracts of XIV International Conference on pulsed lasers and laser applications AMPL-2019. - Tomsk. - 2019. - P. 37.

A22. Razhev A.M., Churkin D.S., Tkachenko R.A. IR Ar I laser pumped by a pulsed inductive discharge / In: Proceedings of 19th International Conference Laser Optics ICLO-2020. - Saint-Petersburg. - 2020. - P. 15.

A23. Razhev A.M., Churkin D.S., Tkachenko R.A. UV high-power inductive N2 laser / In: Proceedings of 19th International Conference Laser Optics ICLO-2020. - Saint-Petersburg. -2020. - P. 75.

A24. Razhev A.M., Churkin D.S., Tkachenko R.A. New neon laser pumped by a pulsed inductive discharge / In: Abstracts of XV International Conference on pulsed lasers and laser applications AMPL-2021. - Tomsk. - 2021. - P. 39.

A25. Razhev A.M., Churkin D.S., Tkachenko R.A. Penning laser on neutral neon atoms' transitions with lasing on X = 585.3 nm / In: Abstracts of XV International Conference on pulsed lasers and laser applications AMPL-2021. - Tomsk. - 2021. - P. 43.

A26. Razhev A.M., Churkin D.S., Tkachenko R.A. Pulsed inductive Ne I laser / In: Proceedings of 20th International Conference Laser Optics ICLO-2022. - Saint-Petersburg. - 2022. - P. 133.

1. Кононов В.И. Фундаментальные достижения оптики и лазерной физики для медицины //

Вестник Российской академии наук. - 2004. - Т. 74. - № 2. - С. 99-124.

2. Шахно Е.А. Физические основы применения лазеров в медицине / СПб: НИУ ИТМО. - 2012.

- C. 129.

3. Агеева Л.И., Александрова Г.А., Зайченко Н.М. и др. Здравоохранение в России. 2019. /

М.: Стат. сб. / Росстат. - 2019. - C. 170.

4. Kafka M., Collins V., Kamolz L.-P. et al. Evidence of invasive and non-invasive treatment

modalities for hypertrophic scars: A systematic review // Wound Repair and Regeneration. -2017. - V. 25. - N 1. - P. 139-144.

5. Ozmert E., Demirel S., Yanik O. et al. Low-fluence photodynamic therapy versus subthreshold

micropulse yellow wavelength laser in the treatment of chronic central serous chorioretinopathy // Journal of Ophthalmology. - 2017. - V. 2016. - N 1. - P. 1-8.

6. Kapoor V., Karpov V., Linton C. et al. Solid state yellow and orange lasers for flow cytometry //

Cytometry Part A. - 2008. - V. 73A. - N 6. - P. 570-577.

7. Kapoor V., Subach F.V., Kozlov V.G. et al. New lasers for flow cytometry: filling the gaps // Nature

Methods. - 2007. - V. 4. - N 9. - P. 678-679.

8. Telford W.G., Hawley T., Subach F. et al. Flow cytometry of fluorescent proteins // Methods. -

2012. - V. 57. - N 3. - P. 318-330.

9. Adam M.K., Weinstock B.M., Sundeep K.K. et al. Patient comfort with yellow (577 nm) vs. green

(532 nm) laser panretinal photocoagulation for proliferative diabetic retinopathy // Ophtalmol Retina. - 2018. - V. 2. - N 2. - P. 91-95.

10. Gosteva K.E. and Gosteva N.N. Laser treatment of сentral serous chorioretinopathy // Laser Medicine. - 2021. - V. 25. - N 3S. - P. 70.

11. Шалькевич Ф.Е. Методы аэрокосмических исследований / Минск: БГУ. - 2005. - С. 161.

12. Чандра А.М., Гош С.К. Дистанционное зондирование и географические системы / М.: Техносфера. - 2008. - С. 312.

13. Wood O.R., Burkhardt E.G., Pollack M.A., Bridges T.J. High-pressure laser action in 13 gases with transverse excitation // Appl. Phys. Lett. - 1971. - V. 18. - N 4. P. 112-115.

14. Ражев А.М., Мхитарян В.М. FI-лазер в области 703-731 нм с возбуждением индукционным поперечным разрядом // Письма в ЖЭТФ. - 2005. - Т. 82. - № 5. - С. 290-294.

15. Бабат Г.И. Безэлектродные разряды и некоторые связанные с ними вопросоы // Вестник электропромышленности. - 1942. - № 13. - С. 1-12.

16. Thomson J.J. Some experiments on the electric discharge in vacuum tubes // The Electrical Engineer. - 1891. - V. 1. - P. 296-297.

17. Tesla N. Electrical discharge in vacuum tubes // The Electrical Engineer. - 1891. - V. 1. - P. 1415.

18. Lee J.W., Lim Y.T., Back I.K., Yoo S.Y., Cho G.S., Jeoin M.H., Leem J.Y., Pearton S.J. Comparison of planar inductively coupled plasma etching of GaAs in BCl3, BCl3/Ar, and BCl3/Ne // Applied Surface Science. - 2004. - V. 233. - N 1. - P. 402-410.

19. Eckert H.U. Induction plasmas at low frequencies // The American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal. - 1971. - V. 9. - N 8. - P. 1452-1456.

20. Piejak R.B., Godyak V.A., Alexandrovich B. M. A simple analysis of an inductive RF discharge // Plasma sources sci. technol. - 1992. - V. 1. - P. 179-186.

21. Zhang B.C., Cross R.C. A high power radio frequency transformer for plasma production in a toroidal plasma source // Rev. Sci. Instrum. - 1998. - V. 69. - N 1. - P. 101-108.

22. Исупов М.В., Кротов С.В., Литвинцев А.Ю., Уланов И.М. Индукционная ультрафиолетовая лампа // Светотехника. - 2007. - № 5. - C. 37-40.

23. Daily C.L., Lovberg R.H. The PIT MkV pulsed inductive thruster / In: NASA Contractor Retort. -

1993. - N 191155. - P. 1-51.

24. Пупышев А.А. Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой. Образование ионов /

Екатеринбург: УрО РАН. - 2006. - C. 276.

25. Попов О.А. Исследование и разработка индукционных люминесцентных источников света

на частотах 100-15000 кГц / Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. - С. 496.

26. Bell W.E. Ring discharge excitation of gas ion lasers // Appl. Phys. Lett. - 1965. - V. 7. - N 7. - P.

190-191.

27. Goldsborough J.P., Hodges E.B., Bell W.E. RF induction excitation of CW visible laser transitions

in ionized gases // Appl. Phys. Lett. - 1966. - V. 8. - N 6. - P. 137-139.

28. Акиртава О.С., Богус А.М., Джикия В.Л., Олейник Ю.М. Квазинепрерывная генерация

ионных лазеров в безэлектродном ВЧ // Квантовая электроника. - 1973. - Т. 6. - № 18. - С. 111-112.

29. Ражев А.М., Чуркин Д.С. Индукционный ультрафиолетовый азотный лазер // Письма в

ЖЭТФ. - 2007. - Т. 86. - № 6. - С. 479-483.

30. Razhev A.M., Churkin D.S. Pulsed inductive discharge CO2 laser // Opt. Commun. - 2009. -

V. 282. - N 7. - P. 1354-1357.

31. Ражев А.М., Чуркин Д.С., Завьялов А.С. Импульсный индукционный лазер на молекулярном водороде // Вестник НГУ. - 2009. - Т. 4. - № 3. - С. 12-19.

32. Razhev A.M., Churkin D.S., Kargapoltsev E.S. Chemical HF laser with pulsed inductive discharge

initiation // Laser Physics Letters. - 2013. - V. 10. - N 7:075002. - P. 1-6.

33. Razhev A.M., Churkin D.S., Kargapoltsev E.S. IR lasing on atomic xenon with pumping by

longitudinal pulse inductive discharge // Laser Phys. Lett. - 2019. - V. 16. - N 045004. - P. 1-4.

34. Ражев А.М., Чуркин Д.С., Ткаченко Р.А. Импульсный индукционный ИК Ar I-лазер //

Оптика атмосферы и океана. - 2020. - Т. 33. - № 3. - С. 169-172.

35. Бараночников Л.М. Приемники и детекторы излучений. Справочник / М.: ДМК Пресс. -2012. - С. 640.

36. Heard H.G. Ultra-violet gas laser at room temperature // Nature. - 1963. - V. 200. - P. 667.

37. Mathias L.E.S., Parker J.T. Stimulated emission in the band spectrum of nitrogen // Appl. Phys. Lett. - 1963. - V. 3. - N 1. - P. 16-18.

38. Benesch W., Tilford S.G., Vanderslice J.T., Wilkinson P. G. Franck-Condon factors for observed transitions in N2 above 6 eV // Astrophys. J. - 1966. - V. 143. - P. 236-252.

39. Carbone E., Graef W., Hagelaar G., Boer D., Hopkins M.M., Stephens J.C., Yee B.T., Pancheshnyi S., van Dijk J., Pitchford L. Data needs for modeling low-temperature non-equilibrium Plasmas: The lxcat project, history, perspectives and a tutorial // Atoms. - 2021. - V. 9. - N 16. - P. 1-41.

40. Jeunehomme M., Duncan A.B.F. Lifetime Measurements of Some Excited States of Nitrogen, Nitric Oxide, and Formaldehyde // The Jour. Chem. Phys. - 1964. - V. 41. - N 6. - P. 1692-1699.

41. Rhodes C.K. Review of ultraviolet laser physics // IEEE J. Quantum. Electron. - 1974. - V. 10. -N 2. - P. 153-174

42. Савин В.В., Тарасенко В.Ф., Бычков Ю.И. Исследование переходной стадии разряда в азотном лазере // ЖТФ. - 1976. - С. 198-201.

43. Fitzsimmons W., Anderson L., Riedhauser C., Vrtilek J. Experimental and theoretical investigation of the nitrogen laser // IEEE J. Quantum Electron. - 1976. - V. 12. - N 10. - P. 624-633.

44. Leonard D.A. Saturation of the molecular nitrogen second positive laser transition // Appl. Phys. Lett. - 1965. - V. 7. - N 1. - P. 4-6.

45. Levatter J.I., Lin S.-C. High-power generation from a parallel-plates-driven pulsed nitrogen laser // Appl. Phys. Lett. - 1974. - V. 25. - N 12. - P. 703-705.

46. Kaslin V.M., Petrash G.G. Pulse gas-discharge atomic and molecular lasers // Proc. Lebedev Phys. Inst. - 1976. - V. 81. - P. 186.

47. Kunabenchi R.S., Gorbal M.R., Savadatti M.I. Nitrogen lasers // Prog. Quant. Electr. - 1984. -V. 9. - P. 259-329.

48. Ericsson K.G., Lidholt L.R. Ultraviolet source with repetitive subnanosecond kilowatt pulses // Appl. Opt. - 1968. - V. 7. - N 1. - P. 211.

49. Basting D., Schafer F.P., Steyer B. A simple, high power nitrogen laser // Opt.-Electr. - 1972. -V. 4. - P. 43-49.

50. Ali A.W., Kolb A.C., Anderson A.D. Theory of the pulsed molecular nitrogen laser // Appl. Opt. -

1967. - V. 6. - N 12. - P. 2115-2119.

51. Woodward B.W., Ehlers V.J., Lineberger W.C. A reliable, repetitively pulsed, high-power nitrogen laser // Rev. Sci. Instrum. - 1973. - V. 44. - N 7. - P. 882-887.

52. Iwasaki C., Jitsuno T. An investigation of the effects of the discharge parameters on the performance of a TEA N2 laser // IEEE J. Quantum Electron. - 1982. - V. 18. - N 3. - P. 423-427.

53. Ali A.W. A study of the nitrogen laser power density and some design considerations // Appl. Opt.

- 1969. - V. 8. - N 5. - P. 993-996.

54. Strohwald H., Salzmann H. Picosecond UV laser pulses from gas discharge in pure nitrogen at pressures up to 6 atm // Appl. Phys. Lett. - 1976. - V. 28. - N 5. - P. 272-274

55. Veith G., Schmidt A.J. An inexpensive TEA N2 laser as a pump for a dye laser amplifier system // J. Phys. E: Sci. Instrum. - 1978. - V. 11. - N 8. - P. 833-835.

56. Gerry E.T. Pulsed-molecular-nitrogen laser theory // Appl. Phys. Lett. - 1965. - V. 7. - N 1. -P. 6-8.

57. Englehardt A.G., Phelps A.V., Risk C.G. Determination of momentum transfer and inelastic collision cross sections for electrons in nitrogen using transport coefficients // Phys. Rev. - 1964.

- V. 135. - N 6. - P. A1566-A1574.

58. Kline L.E., Siambis J.G. Computer simulation of electrical breakdown in gases: Avalanche and streamer formation // Phys. Rev. - 1972. - V. 5. - N 2. - P. 794-805.

59. Shipman J.D. Jr, Kolb A.C., Anderson A.D., Ali A.W. / In: NRL Report 6444 (1966).

60. Ражев А.М., Чуркин Д.С. Индукционный ультрафиолетовый азотный лазер // Письма в ЖЭТФ. - 2007. - Т. 86. - № 6. - С. 479-483.

61. Ражев А.М., Чуркин Д.С., Жупиков А.А. Исследование УФ излучения индукционного азотного лазера // Квантовая электроника. - 2009. - Т. 39. - № 10. - С. 901-905.

62. Zhang С., Han M., Wu S. Silencing fibroblast growth factor 7 inhibits krypton laser-induced choroidal neovascularization in a rat model // Journal of Cellular Biochemistry. - 2019. - V. 120.

- P. 13792-13801.

63. Kaminski W., Kasprzak J., Kesik J., Warda P. Ion argon-krypton laser for medical applications // Proc. SPIE - 2012. - V. 8433. - P. 1-8.

64. Kecik T., Switka-Wieclawska I., Ciszewska J., Portacha L. The use of krypton laser stimulation in the treatment of dry eye syndrome // Proc. SPIE - 1991. - V. 1391. - P. 341-345.

65. Михеев П.А. Лазеры на метастабильных атомах инертных газов с оптической накачкой // Квантовая электроника. - 2015. - Т. 45. - № 8. - C. 704-708.

66. Sun P., Zuo D., Wang X., Han J., Heaven M. C. Investigation of dual-wavelength pump schemes for optically pumped rare gas lasers // Optics Express. - 2020. - V. 28. - N 11. - P. 14580-14589.

67. Demyanov A.V., Kochetov I.V., Mikheyev P.A. Kinetic study of a CW optically pumped laser with metastable rare gas atoms produced in an electric discharge // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2013.

- V. 46. - N 375202. - P. 1-8.

68. Paschen F. Das Spektrum des Neon // Annalen der Physik. - 1919. - V. 365. - P. 405-453.

69. Javan A., Bennett W.R., Herriott D.R. Population inversion and continuous optical maser oscillation in a gas discharge containing a He-Ne mixture // Phys. Rev. Lett. - 1961. - V. 6 - N 3.

- P. 106-113.

70. Leonard D.A., Neal R.A., Gerry E.T. Observation of a superradiant self-terminating green laser transition in neon // Appl. Phys. Lett. - 1965. - V. 7. - N 2. - P. 175.

71 Bridges W.B., Chester A.N. Visible and uv Laser Oscillation at 118 Wavelengths in Ionized Neon, Argon, Krypton, Xenon, Oxygen, and Other Gases // Appl. Opt. - 1965. - V. 4. - N 5. - P. 573580.

72. Heard H.G., Peterson J. Super-radiant yellow and orange laser transitions in pure neon // Proc. IEEE. - 1964. - V. 52. - P. 1258.

73. Clunie D.M., Thorn R.S.A., Trezise K.E. Asymmetric visible super-radiant emission from a pulsed neon discharge // Phys. Lett. - 1965. - V. 14. - N 1. - P. 28-29.

74. Магда И.И., Ткач Ю.В., Лемберг Е.А., Скачек Г.В., Гадецкий Н.П., Сидельникова А.В., Дятлова В.В., Бессараб Я.Я. Мощный импульсный газовый лазер на азоте и неоне // Квантовая электроника. - 1973. - Т. 3. - № 3. - C. 119-122.

75. Leonard D. The 5401-A pulsed neon laser // IEEE J. Quantum Electron. - 1967. - V. 3. - N 3. -P. 133-135.

76. Горбунова Т.М., Держиев В.И., Михайличенко Ю.П., Черникова Е.В., Яковленко С.И., Янчарина А.М. Инверсная населенность на новых переходах атома неона в видимой области спектра // Квантовая электроника. - 1990. - Т. 17. - № 10. - С. 1283-1284.

77. Schmieder D., Brink D.J., Salamon T.I., Jones E.G.A high pressure 585.3 nm neon hydrogen laser // Opt. Comm. - 1981. - V. 36. - N 3. - P. 223-226.

78. Гудзенко Л.И., Яковленко С.И. Плазменные лазеры / М.: Атомиздат. - 1978. - C. 256.

79. Латуш Е.Л. Принципы работы и перспективы применений рекомбинационных плазменных лазеров // Соровский образовательный журнал. - 1999. - № 8. - С. 83-89.

80. Salamon T.I., Schmieder D. The inversion mechanism of the 585.3 nm neon laser // Opt. Commun.

- 1987. - V. 62. - N 5. - P. 323-327.

81. Ломаев М.И., Панченко А.Н., Тарасенко В.Ф. Исследование генерации в неоне при накачке самостоятельным разрядом с УФ предыонизацией // Квантовая электроника. - 1987. - Т. 14.

- № 5. - С. 993-996.

82. Муравьев И.И., Черникова Е.В., Янчарина А.М. Квазистационарная генерация на X = 585,3 нм NeI в смеси Ne-H2, возбуждаемой продольным разрядом с предыонизацией // Квантовая электроника. - 1989. - Т. 16. - № 2. - С. 189-194.

83. Басов Н.Г., Александров А.Ю., Данилычев В.А., Долгих В.А., Керимов О.М., Мызников Ю.Ф., Рудой И.Г., Сорока А.М. Мощный квазинепрерывный лазер высокого давления в видимой области спектра на p-s-переходах атома Ne // Квантовая электроника. -1985. - Т. 12. - № 1. - C. 228.

84. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф. О механизме возникновения и инверсии населенностей в смесях He(Ne, аг)-№з при накачке самостоятельным разрядом // Квантовая электроника. -1992. - Т. 19. - № 2. - C. 146-150.

85. Латуш Е.Л., Сэм М.Ф., Четобарев Г.Д. Механизмы генерации газоразрядного неон-водородного лазера на X = 585,3 нм // Квантовая электроника. - 1990. - Т. 17. - № 11. -С. 1418-1423.

86. Shipman J.D. Traveling wave excitation of high power gas lasers // Appl. Phys. Lett. - 1967. -V. 10. - N 1. - P. 3-4.

87. Басов Н.Г., Баранов В.В., Данилычев В.А., Дудин А.Ю., Заярный Д.А., Устиновский Н.Н., Холин И.В., Чугунов А.Ю. Мощный лазер высокого давления на переходах 3p-3s NeI с длинами волн 703 и 725 нм // Квантовая электроника. - 1985. - Т. 12. - № 7. - С. 1521-1524.

88. Конак А.И., Мельников С.П., Порхаев В.В., Синянский А.А. Характеристики лазера с ядерной накачкой на переходах 3p — 3 s атома неона // Квантовая электроника. - 1995. -Т. 22. - № 3. - С. 225-230.

89. Hebner G.A., Hays G.N. Fission-fragment-excited lasing at 585.3 nm in He/Ne/Ar gas mixtures // Appl. Phys. Lett. - 1990. - V. 57. - N 21. - P. 2175-2177.

90. Бункин Ф.В., Держиев В.И., Месяц Г.А., Скакун В.С., Тарасенко В.Ф., Яковленко С.И. Плазменный лазер на длине волны 585.3 нм с Пеннинговской очисткой на плотных смесях с неоном, возбуждаемых электронным пучком // Квантовая электроника. - 1985. - T. 12. -№ 2. - С. 245-246.

91. Держиев В.И., Жидков А.Г., Коваль А.В., Скакун В.С., Тарасенко В.Ф., Феденев А.В., Фомин Е.А., Яковленко С.И. Пеннинговский плазменный лазер на неоне с накачкой малогабаритным ускорителем // Квантовая электроника. - 1988. - T. 15. - № 1. - С. 108-111.

92. Orlovsky V.M., Skakun V.S., Tarasenko V.F., Fedenev A.V. Electron-beam-pumped infrared and visible lasers // Russian Physics Journal. - 2000. - V. 43. - N 5. - P. 372-382.

93. Александров А.Ю., Долгих В.А., Керимов О.М., Мызников Ю.Ф. Генерация длительностью до 200 мкс в красной области спектра на переходах неона 3p-3s // Квантовая электроника. -1987. - Т. 14. - № 3. - С. 630-632.

94. Заярный Д.А., Холин И.В. Пеннинговские лазеры высокого давления на 3p-3s-переходах неона с длинами волн 703 и 725 нм // Квантовая электроника. - 2003. - Т. 33. - № 6. -С. 474-484.

95. Horvath B., Derzsi A., Schulze J., Korolov I., Hartmann P., Donko Z. Experimental and kinetic simulation study of electron power absorption mode transitions in capacitive radiofrequency discharges in neon // Plasma Sources Sci. Technol. - 2020. - V. 29. - N 055002. - P. 1-13.

96. Sukhorukov V.L., Petrov I.D., Schafer M., Merkt F., Ruf M.-W., Hotop H. Photoionization dynamics of excited Ne, Ar, Kr and Xe atoms near threshold // J. Phys. B - 2012. - V. 45. -N 092001. - P. 1-43.

97. Держиев В.И., Жидков А.Г., Коваль А.В., Яковленко С.И. Кинетическая модель пеннинговского Ne-лазера на пучковой He-Ne-Ar и №-И2-плазме // Квантовая электроника. - 1989. - Т. 16. - № 8. - С. 1579-1586.

98. Карелин А.В., Тарасенко В.Ф., Феденев А.В., Яковленко С.И. О предельном КПД пеннинговского плазменного лазера на неоне // Квантовая электроника. - 1996. - Т. 23. -№ 4. - С. 299-302.

99. Бойченко А.М., Панченко А.Н., Тельминов А.Е. и др. Пеннинговский лазер на неоне с возбуждением от волны размножения \электронов фона // Сообщения по физике ФИАН. -2008. - №. 5, С. 20-30.

100. Ломаев М.И., Тарасенко В.Ф. Генерация в инертных газах при накачке поперечным разрядом // Квантовая электроника. - 1988. - Т. 15. - № 10. - С. 1978-1981.

101. Ломаев М.И., Нагорный Д.Ю., Тарасенко В.Ф., Феденев А.В., Кириллин Г.В. Генерация на атомарных переходах инертных газов в смесях с NF3 // Квантовая электроника. - 1989. - Т. 16. - № 10. - С. 2053-2056.

102. Грачев Г.Н., Иванченко А.И., Смирнов А.Л., Шулятьев В.Б. Неустойчивый резонатор с пространственной фильтрацией излучения в технологическом С02-лазере // Квантовая электроника. - 1991. - Т. 18. - № 1. - С. 131-133.

103. Uno K., Akitsu T., Jitsuno T. Note: Longitudinally excited N2 laser with low beam divergence // Review of Scientific Instruments. - 2014. - V. 85. - N 9. - P. 1-3.

104. Кочаровский Вл.В., Железняков В.В., Кочаровская Е.Р., Кочаровский В.В.

Сверхизлучение: принципы генерации и реализация в лазерах // Успехи физических наук.

- 2017. - Т. 187. - № 4. - С. 367-410.

105. Dicke R.H. Coherence in spontaneous radiation processes // Physical Review. - 1954. - V. 93. -N 1. - P. 99-110.

106. Ищенко В.И., Лисицын В.Н., Ражев А.М., Раутиан С.Г., Шалагин А.М. О расщеплении линии излучения импульсных лазеров на сверхсветимости // Письма в ЖЭТФ. - 1974. -Т. 19. - № 11. - С. 669-672.

107. Allen L., Peters G.I. Superradiance, coherence brightening and amplified spontaneous emission Physics Letters A. - 1970. - V. 31. - N 3. - P. 95-96.

108. Королев Ф.А., Абросимов Г.В., Одинцов А.И., Якунин В.П. Тонкая структура спектра сверхизлучения в импульсном лазере на неоне // Оптика и спектроскопия. - 1970. - Т. 28. -№ 3. - С. 540-542.

109. Одинцов А.И., Туркин Н.Г., Якунин В.П. Пространственная когерентность и угловая расходимость импульсного сверхизлучения неона // Оптика и спектроскопия. - 1975. -Т. 38. - № 3. - С. 428-431.

110. Kazakov V.V., Kazakov V.G., Kovalev V.S., Meshkov O.I., Yatsenko A.S. Electronic structure of atoms: atomic spectroscopy information system // Physica Scripta. - 2017. - V. 92. - N 105002. - P. 1-6.

111. Kopica M., Choi J.W. Simple laser system for methane detection // Proc. SPIE. - 2003. - V. 5234. - P. 624-627

112. Patel C.K.N., Bennett W.R. Jr., Faust W.L., McFarlane R.A. Infrared spectroscopy using stimulated emission techniques // Phys. Rev. Lett. - 1962. - V. 9. - N 102. - P. 102-104.

113. Patel C.K.N., Faust W.L., McFarlane R.A. High-gain gaseous (He-Xe) optical masers // Appl. Phys. Letts. - 1962. - V. 1. - N 4. - P. 84-85.

114. Faust W.L., McFarlane R.A., Patel C.K.N., Garret C.G.B. Gas masers spectroscopy in the infrared // Appl. Phys. Letts. - 1962. - V. 1. - N 4. - P. 85-88.

115. Andrade O., Gallardo M., Boskasten K. High-gain laser lines in noble gases // Appl. Phys. Letts. - 1967. - V. 11. - N 3. - P. 99-100.

116. Schawrz S.E., DeTemple T.A., Targ R. High-pressure pulsed xenon laser // Appl. Phys. Lett. -1970. - V. 17. - N 7. - P. 305-306.

117. Newman L.A., DeTemple T.A. High-pressure infrared Ar-Xe laser system: ionizer-sustainer mode of excitation // Appl. Phys. Lett. - 1975. - V. 27. - N 12. - P. 678-680.

118. Lawton S.A., Richards J.B., Newman L.A., Specht L., DeTemple T.A. The high-pressure neutral infrared xenon laser // J. Appl. Phys. - 1979. - V. 50. - N 6. - P. 3888-3898.

119. Chapovsky P.L., Lisitsyn V.N., Sorokin A.R. High-pressure gas lasers on Ar I, Xe I and Kr I transitions // Opt. Commun. - 1976. - V. 16. - N 1. - P. 33-36.

120. Лисицын В.Н., Сорокин А.Р. Механизм импульсной генерации электроразрядного Ar-Хе-лазера высокого давления // Квантовая электроника. - 1981. - Т. 8. - № 11. - С. 24252432.

121. Collier F., Labastie P., Maillet M., Michon M. High-efficiency infrared xenon laser excited by a UV preionized discharge // J. Quantum Electron. - 1983. - V. 19. - N 6. - P. 1129-1133.

122. Байцур Г.Г., Кралин В.В., Фирсов К.Н. Ar-Xe-лазер повышенного давления с накачкой объемным самостоятельным разрядом // Квантовая электроника. - 1990. - Т. 17. - № 12. -С. 1546-1547.

123. Басов Н.Г., Баранов В.В., Данилычев В.А., Дудин А.Ю., Заярный Д.А., Ржевский А.В., Устиновский Н.Н., Холин И.В., Чугунов А.Ю. О возможности создания импульсно-периодического электроионизационного лазера большого объема на ИК переходах атома Хе с удельной мощностью генерации 0,5-1 Вт/см // Квантовая электроника. - 1986. - Т. 13. - № 8. - C. 1543-1544.

124. Басов Н.Г., Данилычев В.А., Устиновский Н.Н., Холин И.В., Чугунов А.Ю. Генерация на длине волны X = 1,73 мкм в смеси А^Хе при накачке электронным пучком // Письма в ЖТФ. - 1982. - Т. 8. - С. 590.

125. Бычков Ю.И., Лосев В.Ф., Тарасенко В.Ф., Тельминов Е.Н. Мощная генерация в смеси Ar-Xe при возбуждении пучком электронов микросекундной длительности // Письма в ЖТФ. -1982. - Т. 8. - С. 837-840.

126. Заярный Д.А., Семенова Л.В., Устиновский Н.Н., Холин И.В., Чугунов А.Ю. О влиянии мощности накачки и добавок гелия на энергетические параметры Ar-Xe-лазера с электронно-пучковой накачкой // Квантовая электроника. - 1998. - Т. 25. - № 6. - С. 493500.

127. Litzenberger L.N., Trainor D.W., McGeoch M.W. A 650 J e-beam-pumped atomic xenon laser // IEEE J. Quantum. Electron. - 1990. - V. 26. - N 9. - P. 1669-1675.

128. Ohwa M, Moratz T.J., Kushner M.J. Excitation mechanisms of the electron beam pumped atomic xenon (5d—6p) laser in Ar/Xe mixtures // J. Appl. Phys. - 1989. - V. 66. - N 11. - P. 5131-5145.

129. Середа О.В., Тарасенко В.Ф., Феденев А.В., Яковленко С.И. Мощные ИК лазеры на переходах атома Xe I // Квантовая электроника. - 1993. - Т. 20. - № 6. - С. 535-558.

130. Карелин А.В., Симакова О.В. Полная оптимизация Xe-лазера с электронно-пучковой накачкой на переходах с X = 1.73, 2.03, 2.65, 2.63, 3.37 и 3.51 мкм // Квантовая электроника. - 2004. - Т. 34. - № 1. - С. 29-36.