Исследование эффективности генерации волноводных CO2 лазеров с перестройкой частоты излучения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат физико-математических наук Реушев, Михаил Юрьевич

• Реушев, Михаил Юрьевич
• кандидат физико-математических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Реушев, Михаил Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МЕТОД РАСЧЕТАКТУРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ ВОЛНОВОДНОГО ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА (ВГЛ) В СРЕДЕ С УСИЛЕНИЕМ.

ГЛАВА 2. СОг -ВГЛ С КОМБИНИРОВАННЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

2.1. Постановка задачи. Описание методики измерений.

2.2. СО2 - волноводный усилитель с комбинированным возбуждением.

2.3. СО2 -ВГЛ с комбинированным возбуждением.

2.4. Выводы.

ГЛАВА 3. СО2 - ВГЛ НА ПОЛОСЕ СЕКВЕНЦИИ

3.1. Постановка задачи. СО2- ВГЛ на полосе секвенции.

3.2. Описание методики измерений.

3.3. Оптимизация параметров СОг -ВГЛ.

3.4. СОг -ВГЛ с внутрирезонаторной поглощающей ячейкой.

3.5. СОг -ВГЛ с дифракционным отражающим интерферометром.

3.6. Выводы

ГЛАВА 4. ЛАЗЕРНЫЙ ОПТИКО - АКУСТИЧЕСКИЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР НА ОСНОВЕ С02 - ВГЛ

4.1. Описание модели ОА - газоанализатора.

4.2. Схема экспериментальной установки.

4.3. Оптимизация параметров газоанализатора.

4.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование эффективности генерации волноводных CO2 лазеров с перестройкой частоты излучения»

Важным условием развития квантовой электроники как одного из направлений современной физики является объединение результатов не только фундаментальных исследований в этой области, но и развитие инженерных, достижений, позволяющих создавать приборы нового типа, имеющие широкое поле приложений. Примером такого объединения в области квантовой электроники является появление в 1971 г. волновод-ных газовых лазеров (ВГЛ) [1].

Приборы на основе ВГЛ используются в медицине, военной технике, технологии прецизионной обработки материалов, научных исследованиях и других областях. В настоящее время разработку различных типов ВГЛ и приборов на их основе ведут большинство крупных стран мира: США, ФРГ, Японии, Франции, Великобритании, Китая и России в направлении создания атомарных, молекулярных, ионных и эксимерных ВГЛ, работающих в непрерывном или импульсном режиме работы.

Принципиальное отличие ВГЛ от традиционных лазеров обусловлено наличием у ВГЛ волноводных резонаторов света, т.е. резонаторов, в которых распространение излучения происходит посредством распространения волноводных мод , но не мод свободного пространства, характерных для традиционных газовых лазеров [ 2 ]. При этом в качестве волноводов используют полые диэлектрические или металло-диэлек-трические направляющие структуры, где волновод выполняет сразу несколько функций. Во - первых, внутренняя поверхность волновода ограV ничивает объем, заполненный активной средой. В этом случае от свойств материала волновода, его плазмохимической стойкости и теплопроводности, во многом зависит режим работы ВГЛ, в том числе стабильность газового состава активной среды и связанный с ней срок службы ВГЛ. Во - вторых, волновод служит каналом, по которому распространяется излучение, при этом он является составной частью волноводного резонатора и определяет модовый состав излучения.

4 •

Наличие у резонатора ВГЛ волновода обуславливает появление дополнительных потерь излучения. Если для традиционного открытого резонатора характерны только дифракционные потери, то здесь появляются дополнительные волноводные потери, связанные с выходом части излучения, распространяющегося по полому волноводу, в материал волновода. Волноводные потери вместе с потерями на согласование собственных мод волновода с модами свободного пространства и потерями на связь с оптическими элементами, использующимися для организации обратной связи в оптическом резонаторе, образуют собственные потери волноводного резонатора. От таких потерь зависят выходная мощность у и расходимость излучения, структура лазерного пучка и в целом эффективность ВГЛ.

Наибольшие усилия специалистов в области ВГЛ сконцентрированы на создании волноводных отпаянных газовых ССЬ лазеров (СО2 - ВГЛ) непрерывного действия, Прежде всего , это связано с тем, что именно в непрерывных СО2 лазерах волноводный режим проявляется в наибольшей степени и проявляет свои достоинства по сравнению с традиционными молекулярными СО2 лазерами, использующими для формирования излучения открытые оптические резонаторы. В первых конструкциях СО2 - ВГЛ в качестве разрядного канала использовались диэлектрические волноводы. Уже в начале исследований [3] было установлено, что материал стенок волновода должен обладать определенными оптическими характеристиками на рабочей длине волны СО2 -ВГЛ. Необходимость выбора материала волновода обусловлена несколькими причинами. Во- первых, это низкая эффективность первых СО2 -ВГЛ вследствие недостаточной теплопроводности стенок волновода. Во- вторых, сильной зависимостью величины волноводных потерь от оптических свойств диэлектрика в ИК - диапазоне. В последнее время были разработаны различные типы СО2 - ВГЛ, примеры описания которых можно найти в обзорах [7 - 10]. Для их волноводов использовались различные диэлектрики, такие как стекло, плавленый кварц, керамика ВЫ, АЬОз, ВеО, а также монокристаллические капилляры или пластины для волноводов прямоугольного сечения из лейкосапфира [4-6]. По существующим данным лучшим материалом для полых диэлектрических волноводов СО2 - ВГЛ считается керамика ВеО [9, 11].

Кроме собственных волноводных потерь и потерь на вывод излучения из лазера наиболее значительную роль играют потери связи, обусловленные дифракцией излучения на торце волновода при отражении от зеркал, дифракционных решеток и других оптических элементов образующих резонатор лазера [10, 12 - 23]. <

Потери связи между элементами резонатора, служащими элементами обратной связи возникают в связи с тем , что электромагнитное поле, распространяющееся в волноводах, достигая торца волновода и излучаясь в свободное пространство, трансформируется в некоторую совокупность гауссовых мод ТЕМто. При этом выходящий из волновода гауссов пучок на расстоянии г от торца волновода имеет радиус кривизны волнового фронта Я* равный:

Я* -ъ + В2 /г, где В = п у/оУХ, \уо- параметр гауссова пучка.

Очевидно, что оптимальная связь с внешним зеркалом, расположенным на расстояний г от торца, будет выполнятся в том случае, если радиусы кривизны зеркала Я и падающего на него излучения Я* совпадают. В ряде экспериментальных работ [1, 12- 14, 19] , было показано, что выходное излучение СОг - ВГЛ почти полностью соответствует основной гауссовой моде ТЕМоо. При этом, например, 95.1% моды ЕНп преобразуется в моду ТЕМоо и 87% моды ЕН12 - в моду ТЕМю. С точки зрения минимальных потерь на согласование, интерес представляют три возможных случая [16]:

1. г=0, К=оо, фазовый набег равен 0 и плоское зеркало, расположенное вблизи торца волновода, не вносит потерь на согласование;

2. г/ В -> оо, фазовый набег равен п, потери на согласование минимальны для любой конфигурации зеркала ;

3. 2=В, тогда Я=2В, фазовый набег для п -ой моды равен (2п+1)л /2, и все четные моды возвращаются в волновод в одной фазе.

Первый случай особенно важен, когда резонатор работает на моде ЕНп , обладающей наименьшими волноводными потерями. При этом оказывается, что, если плоское зеркало расположено вблизи торца волновода, то при г/ В < 0.11 потери на согласование меньше 2%, и аналитическое выражение для потерь в этом случае имеет вид: с2 = 0.57(г/В)3/2.

В случае, если поле внутри резонатора представляет собой не просто моду ЕНп, а более сложную комбинацию мод, радиусы кривизны зеркал и расстояния их оптимального расположения существенно изменяются. Тем не менее, численные методы матричного формализма и в этом случае, позволяют выполнять оценки для потерь связи [19 - 24]. Решение вопроса о минимизации собственных волноводных потерь и потерь на согласование мод волноводного резонатора, напрямую связано с проблемами управления спектром излучения ВГЛ. Можно выделить следующие основные аспекты этой проблемы:

- расширение и непрерывное заполнение диапазона частот в пределах области возможного диапазона усиления в активной среде. СО2 -ВГЛ и преобразование излучения с требуемыми энергетическими, пространственными и временными характеристиками;

- управление структурой и шириной спектра излучения, а также разработка методов дискретной либо плавной перестройки частоты излучения по заданному закону, и с заданной скоростью.

Существующие методы управления спектром излучения условно можно разделить на две группы :

- 1) управление условиями формирования спектра лазерного излучения подбором или изменением спектральных характеристик активной среды либо резонатора; 7

- 2) преобразование "готового" лазерного излучения (внутри или вне резонатора) с помощью подходящей нелинейной среды.

Преобразование частоты света методами нелинейной оптики подробно освещены в литературе [25-27]. Однако данные методы не получили широкого применения в конструировании СО2 -ВГЛ.

Представляет интерес первый случай, связанный непосредственно с проблемами получения одночастотной генерации и перестройки частоты излучения непосредственно самого лазерного источника. Известно [28-32], что для перестройки частоты СО2 - ВГЛ в одночастотном режиме генерации необходимо выделить участок спектра, соответствующий одной колебательно- вращательной линии лазерного перехода, и участок, соответствующий одной продольной моде лазерного резонатора в пределах возможного диапазона перестройки. Первая задача наиболее эффективно решена при помощи дисперсионных элементов, дифракционных решеток, призм, а также их комбинацией с другими оптическими элементами [33-37]. Для решения второй применяются методы селекции продольных мод [30 - 32, 38, 39, 43, 50].

При низком давлении активной среды СО2 - ВГЛ (~Ю мм рт.ст.), перестройка частоты излучения возможна только в малой области вблизи максимума отдельной линии, причем с большим затягиванием длины волны излучения, затем происходит скачкообразное смещение генерации на соседнюю линию. Для такой перестройки достаточно дисперсии дифракционной решетки , установленной по автоколлимационной схеме.

Для расширения диапазона плавной перестройки в СО2 - ВГЛ давление рабочей смеси повышают до значений 50 - 200 мм рт.ст., в результате чего линии активной среды уширяются. При этом, между ними сохраняются провалы, составляющие десятки процентов от интенсивности в максимуме, одновременно уменьшаются и коэффициенты усиления [40, 41]. Поэтому дисперсионные резонаторы, использующие в качестве отражательных элементов дифракционные решетки или призмы, 8 должны обладать, с одной стороны, высокой избирательностью для сужения и плавной перестройки частоты генерации (без учета модовых скачков), в том числе и в провалах полосы усиления, а с другой - достаточно малыми неселективными потерями, чтобы такая генерация была не только возможной , но и достаточно эффективной. Для сужения полосы пропускания резонатора с дифракционной решеткой применяют призменные или линзовые телескопы, а для повышения однопроходового усиления используют лазеры с большим объемом активной среды и высоким к.п.д. накачки [41]. Кроме того, для сужения полосы пропускания и повышения селективности достаточно эффективно используются неустойчивые резонаторы [43] в сочетании с дисперсионными и согласующими элементами. При этом для подавления модовых скачков и получения одночастотной генерации достаточно эффективно используются эталоны Фабри - Перо, интерферометры Майкельсона и Фокса-Смита, селекторы Троицкого и ряд других [8, 39, 43 - 50 ].

Интерферометрические селекторы и, в первую очередь, эталоны Фабри - Перо, являются наиболее универсальными дисперсионными элементами, успешно применяемыми во всех современных типах перестраиваемых лазеров, при любых режимах генерации и условиях работы. Ширина полосы пропускания эталона может достигать нескольких межмо-довых интервалов, и они являются наиболее употребительными элементами в одночастотных перестраиваемых лазерах. Основной недостаток эталонов - сравнительно большие неселективные потери. Однако при необходимости они могут быть снижены до 10 % и менее. Весьма эффективными с точки зрения уменьшения неселективных потерь являются дифракционные и пленочные селекторы Троицкого [30, 32, 50, 51], Тем не менее, широкому применению селекторов Троицкого препятствует ограниченная лучевая стойкость поглощающей или рассеивающей металлической пленки.

Эффективность работы СО2 - ВГЛ определяется не только 9 свойствами волноводного резонатора, но и свойствами активной среды лазера. Наиболее распространенным способом возбуждения активной среды лазера, является электроразрядный. Его широкое применение для возбуждения СО2 - ВГЛ обусловлено относительно высоким электро- оптическим к. п. д. (от 10 до 30%) и очевидной конструктивной компактностью приборов с электроразрядным способом возбуждения. Конструктивную компактность СО2 - ВГЛ обеспечивает возможность его возбуждения разрядами различного типа, например, продольным, поперечным разрядом постоянного, высокочастотного (ВЧ) или импульсного токов, или их различными сочетаниями. При этом управляющие этим разрядом напряжения, оказываются сравнительно низкими даже при давлениях рабочего газа в газоразрядном волноводном канале около 100 мм рт.ст. Поскольку в качестве волноводов обычно используют керамические или металло-керамические направляющие структуры, у которых характерный размер канала, заполняемый плазмой разряда, для СОг - ВГЛ составляет 1.5-3 мм, то такие разряды проявляют особые свойства по сравнению с разрядами используемыми для возбуждения лазеров с открытым типом оптического резонатора. Малые поперечные размеры плазменного шнура разряда, высокая теплопроводность стенок материала волноводного канала обеспечивают за счет теплопроводности высокую устойчивость разряда по отношению к ионизационно- тепловым флуктуациям при существенно больших, чем в лазерах с открытым типом резонатора, давлениях газа и уровнях мощности накачки. В настоящее время для СОг -ВГЛ достигнут уровень мощности накачки, превышающий в непрерывном режиме 100 Вт /см3, и плотности тока, достижимой в каналах СОг -ВГЛ 100 мА /см3), при характерных давлениях рабочей смеси газов 60-100 мм рт.ст. [52]. Столь мощная накачка обеспечивает высокую степень колебательного возбуждения молекул, практически сравнимую со степенью возбуждения традиционных импульсных лазеров. Данное

10 обстоятельство способствует возникновению дополнительных каналов энергопередачи в плазме разряда . К примеру, это и потери колебательных квантов через верхние колебательные уровни, что связано с ангармо-низмом колебательных мод молекул СО2, это и релаксация как СО2, так и N2 на продуктах плазмохимических превращений, в частности на кислороде. Эти особенности стимулируют дальнейшие исследования электроразрядного способа возбуждения по направлениям, связанным с распределением мощности накачки по степеням свободы компонентов плазмы разряда, стабилизацией состава рабочей смеси, отысканием оптимальных конструктивных решений с целью эффективной трансформации энергии разряда в лазерное излучение.

Первые действующие модели CO2 - ВГЛ [53, 54] возбуждались разрядом постоянного тока (РПТ). Выбор такого способа возбуждения определялся логикой развития физики газоразрядных лазеров, поскольку многие принципиальные вопросы физики тлеющего разряда были к этому времени уже решены. Однако в процессе развития работ по СО2 - ВГЛ с РПТ были выявлены существенные недостатки таких приборов, обусловленные выборам этого типа разряда [55].

К примеру, если для СО2 - ВГЛ характерная плотность частиц газа N~10l8cm 3, то основной параметр возбуждающего разряда: - отношение E/N, где Е - напряженность поля в области положительного столба, определяющий эффективность энерговклада в колебательные степени свободы активной среды лазера, должен превышать уровень 1х1016 В см2. Следовательно, для стационарного режима горения самостоятельного разряда в диапазоне давлений рабочей смеси СО2 - ВГЛ 50 -150 мм рт.ст. требуются поля порядка 0.5- 1.5 kB/см. Поскольку мощность генерации растет линейно с длиной усиливающей среды, то для ее увеличения требуется параллельное секционирование по питанию линейно расположенных участков разряда. В этом случае возникают трудности с синхронным поджигом нескольких секций, и приходится усложнять высоковольтные источники питания РПТ. В результате чего ухудшаются надежность и массогабаритные характеристики лазера. Кроме того, РПТ имеет отрицательный импеданс, т.е. его вольт- амперная характеристика (ВАХ) падающая. Следовательно, для обеспечения устойчивости плазмы такого разряда необходимо последовательно с газоразрядной секцией включать балластное сопротивление, значение которого на единицу sj длинны разряда превышает 100 кОм/см. При этом наличие балластного сопротивления в цепи разряда снижает общую эффективность ВГЛ.

Значительного снижения величины питающего напряжения можно достичь, создавая поперечный непрерывный секционированный РПТ или поперечный импульсно- периодический разряд [56]. Однако, в том случае возрастает продольная неоднородность разряда в продольном направлении, и, кроме того, здесь не затрагиваются принципиальные вопросы, связанные с наличием электродов в разрядном промежутке. Поскольку эмиссионные характеристики материалов, обычно используемых в качестве электродов (W, Mo, Ni, ТаС, нержавеющая сталь и др.), незначительны, то вблизи электродов формируются области пространственного заряда, электрические поля в которых значительно превышают 1 поле в положительном столбе разряда. Несмотря на то, что протяженность приэлектродных областей невелика (0.1- 1 мм), влияние их на эффективность работы лазера оказывается существенным. Это влияние проявляется в том, что на этих областях наблюдается падение напряжения (-400 - 600 В) снижающее электрооптический к. п. д. лазера, повышающее степень диссоциации рабочих молекул и приводящее к эрозии материала электродов [57- 59]. Такие процессы приводят к сокращению срока службы СО2 - ВГЛ.

Термодинамически неравновесную стационарную слабоинизиро-ванную плазму ( тлеющий разряд) можно поддерживать не только постоянным, но и переменным полем [60]. Существуют различные способы введения мощности переменного электрического поля в объем разряда.

В зависимости от структуры силовых линий электрического поля в плазме разряда (замкнуты они или не замкнуты) возбуждающее поле может быть, соответственно, вихревьш или потенциальным. В первом случае реализуется индукционный метод возбуждения [61]. При этом способе возбуждения отсутствуют электроды, наличие которых в разрядах ПТ, как отмечалось, рождает массу проблем со сроком службы рабочего газа разряда. Однако индукционный способ поддержания разряда имеет весьма серьезные недостатки. Прежде всего, таким способом невозможно обеспечить однородность возбуждающего разряда заметной протяженности. Кроме того, переход в область токов более высокой частоты обуславливает снижение эффективности передачи мощности возбуждения из-за роста индуктивного сопротивления цепи питания разряда.

Более интересен способ получения разряда под действием переменного поля, электрические линии которого являются потенциальными. Примером такого поля является высокочастотный емкостный разряд (ВЧЕР) [13, 55, 62-66] . ВЧЕР в диапазоне частот (1-200 МГц) широко используется в настоящее время для накачки газовых лазеров с различными рабочими средами. Сейчас за рубежом серийно выпускается свыше 50 типов СОг -лазеров с ВЧ - накачкой, в том числе и ВГЛ, в диапазоне мощностей от 1 Вт до 5 кВт [7]. Газовые лазеры с ВЧ - возбуждением обладают целым рядом преимуществ по сравнению с лазерами, в которых для накачки рабочей среды применяется самостоятельный тлеющий разряд постоянного тока. В частности, их конструкция и технология изготовления проще, а надежность, ресурс работы, удельные характеристики существенно выше, чем у лазеров с накачкой постоянным током.

Наиболее употребительной геометрией передачи ВЧ - мощности плазме газового разряда, обеспечивающей потенциальный характер возбуждающего поля, являются два параллельных электрода, расположенные вдоль волноводной трубки. Электроды при этом могут соприкасаться с плазмой разряда и быть изолированными от нее слоем

13 диэлектрика. Тем не менее, в обоих случаях может быть реализован "безэлектродный" разряд [ 52 ]. Это становится возможным в том случае, если за характерное время возбуждающего поля дрейфовые смещения электронов в плазме не превышают поперечный размер направляющего канала й, т.е.: 2 хмах «<!, где хМах- максимальное смещение электронной компоненты относительно положения равновесия под действием возбуждающего поля. По существу, это неравенство определяет нижнюю границу 1мин диапазона возможных частот внешнего ВЧ - поля. В работе [52] показано, что при типичных параметрах СО2 - ВГЛ (<1 = 2 мм, р=100 мм рт.ст) ограничением на Гмин является требование Гмин > 11 МГц.

Ограничение по максимальной частоте возбуждающего ПОЛЯ £шах можно получить из представлений о свойствах ВЧ - разряда. Так, если конструкция ВЧЕР образована парой параллельных электродов, то она представляет собой разомкнутую на концах линию передачи. Следовательно, при подключении к такой конструкции источника ВЧ мощности вдоль направляющей структуры может формироваться стоячая волна, и для обеспечения продольной однородности ВЧЕР необходимо потребовать, чтобы длина волны возбуждающего поля была больше , чем длина электродной конструкции, т.е. X > Ь [67]. Как показывает опыт, достаточно однородным получается распределение поля при соотношении А, / Ь ~4. Отсюда 1тах> с/ 4Ь, и, если для типичных конструкций СО2 - ВГЛ (Ь ~ 300 -500 мм), получим Гтах < 350 МГц.

Сегодня известно большое количество различных конструкций газовых лазеров с ВЧ -возбуждением [7]. Но в основе всего многообразия конструктивных решений лежит специфика пространственной структуры ВЧЕР, которая в большинстве случаев удачно совпадает с требованиями, предъявляемыми к активной среде лазера.

В типичных условиях работы СО2 -ВГЛ критическое значение электрической мощности, при которой происходит шнурование разряда, значительно превосходит удельную электрическую мощность, подводимую к плазме, соответствующую оптимальному тепловому режиму. Т.е. скорость охлаждения активной среды является основным процессом, ограничивающим сверху величину удельной электрической мощности, вводимой в плазму. Поэтому, если не принимать во внимание особенности пространственной структуры ВЧЕР и возможности существования качественно различных форм горения такого типа разряда [66, 68, 69], то применение ВЧЕР для накачки СОг -ВГЛ не только не обещало никаких преимуществ (за исключением возможности размещения электродов вне разрядной камеры), но и требовало для возбуждения ВЧЕР более сложных источников питания. Тем не менее, экспериментальные работы, посвященные СО2 -ВГЛ в трубках с накачкой ВЧЕР, свидетельствовали о серьезных достоинствах возбуждения рабочей среды ВЧЕР. Первое и наиболее часто цитируемое достоинство газового лазера с поперечным ВЧ -возбуждением заключается в резком снижении (в 10-100 раз) питающего разряд напряжения. Но эта положительная черта не является следствием применения ВЧЕР, а возникает благодаря малой величине межэлектродного зазора. Очевидно, что и в разрядах постоянного тока при малых межэлектродных расстояниях напряжение на электродах будет невелико. Специфика ВЧ -возбуждения заключается в том, что в условиях поперечного возбуждения разряда, то есть при небольших напряжениях на электродах, малый зазор можно заполнить эффективно активной средой СО2 -ВГЛ [70, 71]. Второе преимущество связано с возможностью управления параметрами плазмы. В частности, путем изменения частоты приложенного напряжения можно изменять концентрацию электронов в плазме разряда при прочих одинаковых условиях. Эта зависимость определяется существенным различием ВЧЕР от РПТ и проявляется в явлении стратификации или появлении проводящего скин - слоя [70], препятствующего проникновению поля в плазму газового разряда. Проявление данного явления в поперечном направлении плазмы ВЧЕР обусловлено комплексным характером импеданса разряда. Эффект стратификации плазмы вносит в цепь питания разряда дополнительную емкость, величина которой при фиксированном давлении рабочей смеси зависит от вкладываемой в плазму мощности и частоты возбуждающего поля. В следствии этого, наблюдается существенное влияние частоты, как параметра, способного управлять проводимостью плазмы и влиять на процесс оптимизации условий инверсной населенности уровней в СОг- ВГЛ [64, 70]. В настоящее время в литературе накоплен значительный материал, охватывающий широкий диапазон значений частоты возбуждающего поля [55, 68, 72], однако этот материал имеет фрагментарный характер, оставляя тем самым возможность для дальнейших исследований ВЧЕР.

Несмотря на перечисленные достоинства возбуждения )СС>2 - ВГЛ при помощи ВЧЕР , накачка лазеров с помощью РПТ не исчерпала своих возможностей. Параметры СО2 - ВГЛ с РПТ - возбуждением повышаются за счет совершенствования конструкции и технологии изготовления электродов, катализаторов и регенераторов рабочей смеси [73 -76]. Интерес к возбуждению РПТ обусловлен простотой достижения стабильного тлеющего разряда между разнополярными электродами, отсутствием вредных для организма человека электромагнитных излучений. Тем не менее, в последние годы наметилась тенденция преобладающего развития СОг - ВГЛ с ВЧ - возбуждением разряда. Последние достижения в исследовании физических явлений, происходящих в плазме ВЧ - разряда, создают предпосылки для дальнейшего улучшения показателя усиления, мощности и других параметров излучения СОг - ВГЛ непрерывного действия.

Благодаря увеличению скорости диффузионного охлаждения и скорости возбуждения молекул в СО2 - ВГЛ удалось существенно повысить давление газовой смеси в разрядном канале, что привело к увеличению линейной мощности излучения с 0.1 до 0.5 Вт / см. Повышение давления газовой смеси в 3 - 5 раз при сохранении высокой скорости

16 возбуждения рабочих молекул привело, в свою очередь, к увеличению ширины контура усиления лазерных переходов со 100 до 1500 МГц и, соответственно, расширило возможности плавной перестройки частоты излучения в области генерации отдельных колебательно- вращательных линий. Расширение области плавной перестройки частоты позволило создать СО2 лазеры непрерывного действия, перестраиваемые в большом диапазоне длин волн. Так, в работе [29] сообщается о получении генерации с диапазоном плавной перестройки частоты излучения более 1.5 ГГц.

Набор частот, генерируемых СОг лазером может быть значительно увеличен при использовании изотопов молекул СО2. Например, в работе [83] сообщается о результатах исследований волноводных СО2 лазеров на смеси изотопов СО2. Генерация была получена на многих линиях молекулы С12 О216 для колебательных переходов 00° 1-10°0 и 00° 1 - 02°0, молекулы С12 О218 на переходе 00° 1-10°0 и молекулы С13 О216 на переходе 00° 1-10°0. В этих и последующих экспериментах [77, 84] был дискретно перекрыт диапазон длин волн от 0.9 до 11.4 мкм.

Благодаря проявлению ангармонизма высоколежащих колебательных состояний в молекуле СО2, увеличение числа генерируемых линий достигается и при использовании нетрадиционных лазерных переходов в СО2 лазере : полос секвенции ( переходы типа: [00°2 -10°1,00°1- 02°1] - вторая полоса секвенции, [00°3 -10°2,000 3- 02°2] - третья полоса секвенции), и горячей полосы молекулы СО2 (переходы типа -[01Ч- НЮ, 014 - 03'0]) [85-89] . При этом значительное усиление на секвенциальных и горячей полосах может быть получено только в том случае, когда генерация на основной полосе подавлена. Первоначально, в СО2 лазерах непрерывного действия, эффективный способ получения генерации на секвенциальных переходах состоял в том, что внутри резонатора помещали ячейку с горячим СО2 [87, 90]. Это позволяло превратить обычный лазер в систему, генерирующую только на секвенциальных линиях. При этом, помещенная в резонаторе ячейка с горячим СО2 вносила значи

17 тельные потери для линий основных полос и пренебрежимо малые потери для линий секвенциальных полос ( хотя эти линии имеют почти одинаковые частоты). Метод внутрирезонаторной ячейки с горячим СО2 с успехом был применен также для получения генерации на линиях горячих полос [89]. Кроме приведенного выше способа с внутрирезонаторной поглощающей ячейкой генерация на полосах секвенции и горячей полосе СО2 может быть осуществлена при использовании селективных элементов (отражающих интерферометров, эталонов и т. д) с целью подавления генерации на основной полосе. В этом случае для уменьшения потерь связи необходимо применять дополнительные внут-рирезонаторные согласующие элементы. А это, в свою очередь, вызывает рост неселективных потерь и усложняет конструкцию резонатора ВГЛ. Тем не менее, применение в селекторов Троицкого позволило осуществить генерацию на полосах секвенции СО2 - ВГЛ [91].

Как уже отмечалось, в настоящее время СО2- ВГЛ широко применяются в различных областях науки техники, изыскиваются устойчивые области их применения. Но несомненно главной областью применения перестраиваемых по частоте излучения СО2- ВГЛ является лазерная спекос) троскопия, все методы которых основаны на селективном взаимодействии излучения с веществом. Состоянию развития этого вопроса посвящен ряд обзоров и монографий [28, 92, 93]. В практическом приложении лазеры с таким диапазоном перестройки представляют значительный интерес для доплеровской локации, молекулярной спектроскопии сверхвысокого разрешения, фотохимии, лазерного мониторинга окружающей среды, могут успешно применятся для оптической накачки лазеров субмиллиметрового диапазона [77-83, 95, 96].

Однако несмотря на большое количество выпускаемых СО2- ВГЛ, до сих пор многие принципиальные вопросы, связанные с плазмой газового разряда, механизмом селективной накачки рабочих уровней, проблемой расширения числа генерируемых частот и перестройки частоты излу

18 излучения, остаются открытым.

Исходя из выше изложенного цель диссертационной работы была сформулирована следующим образом.

Цель работы заключалась в оптимизаций параметров СО2 -ВГЛ с различными типами возбуждения и волноводных резонаторов, расширении диапазона частот генерации за счет нетрадиционных лазерных переходов, разработке и совершенствовании! методов и приборов для спектроскопических исследований на основе СО2 -ВГЛ.

Для достижения сформулированной цели в работе решались следующие задачи:

1. Разработка метода математического моделирования формирования лазерного излучения в СОг -ВГЛ непрерывного действия, с целью оптимизации параметров ВГЛ на минимальный уровень его неселективных потерь и повышения его селективности по отношению к выделяемой частоте излучения.

2. Исследование эффективности накачки СОг -ВГЛ с различными типами электроразрядного возбуждения активной среды при помощи высокочастотного емкостного разряда, высоковольтного разряда постоянного тока, а также их комбинацией.

3. Исследование! условий возбуждения и генерации СОг -ВГЛ на нетрадиционных лазерных переходах (полосах секвенции молекулы СОг) с целью увеличения набора генерируемых частот.

4. Разработка экспериментальной модели газоанализатора на основе метода оптико- акустического детектирования загрязняющих атмосферу газов, на базе СОг -ВГЛ с перестройкой частоты излучения.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

Заключение диссертации по теме «Оптика», Реушев, Михаил Юрьевич

4.4. Выводы.

В результате проведенных исследований была создана экспериментальная модель лазерного оптико- акустического газоанализатора на основе волноводного СОг лазера.

Модель содержала следующие основные блоки:

- волноводный СОг лазер, возбуждаемый высоковольтным разрядом постоянного тока, перестраиваемый по частоте излучения в диапазоне длин волн от 9.4 - 10.8 мкм с дискретным шагом по частоте излучения ~ 2 см1 и областью плавной перестройки частоты вблизи отдельного колебательно - вращательного перехода ~ 500 МГц;

- модулятор лазерного излучения на основе электрооптического эффекта в кристалле ваАэ с глубиной модуляции > 90%;

- оптико - акустическую ячейку нерезонансного типа с электретным микрофоном с чувствительностью ~ 10"8 см-1/Вт Гц.;

- блок регистрации, включающий стандартный измеритель длины волны ИДВ-2, синхродетектор на основе стандартного вольтметра отношений В6-8 и регистрирующее устройство на основе стандартного самописца Н307;

В ходе исследований определены режимы проведения газоанализа, где область рабочих давлений лежит в пределах от 75 мм рт.ст до 350 мм рт.ст и частота модуляции лазерного излучения мощностью ~ 1 Вт в пределах от 20 Гц до 200 Гц.

Измерения ОА - сигнала в зависимости от парциального состава

97 газовой смеси для трех газов 1ЧНз, СО2 и паров ацетона, растворенных в азоте, позволили определить концентрацию исследуемых газов в соотношении 1/ 107, 1/ 106 и 1/ 106 , соответственно, что составляет величины ниже уровня норм ПДК атмосферного воздуха в зоне рабочих помещений принятых в нашей стране. Снижение уровня шумов предварительного усилителя ОА - ячейки позволит в дальнейшем регистрировать более низкие уровни концентрации'газов.

Проведенные исследования могут быть использованы для разработки приборов контроля атмосферных загрязнений в рабочей зоне промышленных предприятий.

Результаты разработки экспериментальной модели лазерного газоанализатора, представленные в настоящей работе, были ранее опубликованы в следующих работах : [99, 100, 102, 122].

98

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Приведенные в данной диссертации результаты показывают, что перестраиваемые по частоте излучения волноводные СО2 лазеры по-прежнему являются интересным объектами для физических исследований в области газовых лазеров и приборов на их основе.

Сформулируем основные результаты и выводы работы.

1. Разработан метод численного моделирования формирования поля излучения в резонаторе волноводного газового лазера. При расчетах был использован стандартный метод интегральных уравнений на базе скалярной теории дифракции Киргофа. Процедура расчета предполагает последовательную трансформацию поля излучения на отдельных участках резонатора с учетом зависимости интенсивности излучения от усиления активной среды. Такая процедура позволяет оптимизировать резонатор лазера на минимум полных потерь для выделяемой частоты излучения по изменению профиля рапределения интенсивности поля излучения при различных параметрах резонатора.

2. Результаты проведенных экспериментальных исследований СО2 -ВГЛ и ВУ с комбинированным возбуждением при помощи высоковольтного РПТ и ВЧЕР позволяют сделать вывод о том, что:

- в процессе возбуждения активной среды, РПТ и ВЧЕР существуют в комбинированном разряде совместно, не изменяя существенно друг друга;

- использование комбинированного разряда позволяет управлять напряжением на электродах и, соответственно, температурой электронов

99 в разряде, что позволяет оптимизировать характеристики СО2 -ВГЛ с высоким давлением активной среды.

-применение комбинированного разряда способствует повышению энерговклада, приводит к увеличению коэффициента усиления ВУ и, соответственно мощности генерации ВГЛ;

3. Проведен сравнительный анализ двух способов выделения генерации СОг -ВГЛ на первой полосе секвенции при помощи внутри-резонаторной поглощающей ячейки и дифракционного отражающего интерферометра. Экспериментальные исследования показали, что выбор способа получения генерации на полосе секвенции в СО2 ВГЛ может зависеть от конкретных конструктивных и технических требований, но в целом, оба данных способа позволяют увеличить набор длин волн излучения, генерируемых лазером.

4. На основе перестраиваемого по частоте излучения СО2 -ВГЛ была создана компактная экспериментальная модель лазерного ОА- газоанализатора. Проведенные исследования могут быть использованы для разработки приборов оперативного контроля атмосферных загрязнений в рабочей зоне промышленных предприятий.

Диссертационная работа была выполнена на кафедре квантовой электроники Красноярского государственного университета. Личный вклад автора в работу является значительным и заключается в формулировке задач исследования, проведении методических разработок, необходимых для их экспериментальной реализации, активном участии I организации и выполнении экспериментов, проведении расчетов и ана лизе полученных экспериментальных данных.

100

Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю д.ф.-м.н. A.C. Проворову за постоянное руководство и помощь в проведении работы. Также автор считает приятным долгом выразить благодарность к.ф.-м.н. А.Г.Сизых, к.ф. -м.н. В.В.Салмину, к.ф.-м.н. А.В.Сорокину, научному сотруднику А.А.Некрасову за многолетнее сотрудничество в проведении экспериментальных исследований и анализе полученных результатов.

101

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Реушев, Михаил Юрьевич, 1999 год

1. Smith P.W.A. Waveguide gas laser.- Appl. Phys. Leters. Vol.9, № 9, 1971, p. 132- 134.

2. Marcatili E.A.J., Schmeltzer R.A. Hollow metallic and dielectric waveguides for long distance transmission and lasers. Bell Syst. Techn. J. 1964. Vol. 43, p. 1783 -1809.

3. Abrams R.L., Bridges W. В. Characteritics of sealed off waveguide CO2 laser. -IEEE, J. Quant. Electron. 1973. Vol. 9, № 9, p. 940- 946.

4. A.E. Белянко, H. И. Липатов, Г.В. Бугин. Спектры ИК- отражения и КР света монокристаллов и керамики для полых волноводов среднего ИК - диапазона.: - Препринт ИОФАН № 177, М., 1983, с. 32.

5. А.Е. Белянко,Н. И. Липатов, П.П. Пашинин. О потерях в волноводах из керамики ВеО в области 10.6 мкм.- Квантовая электрон., 1984, т.11, № 3, с.543 -551.

6. A.M. Бердичевский, Л.И. Дронова, А .Я. Паюров, В.Л. Степанов, С.П. Тимофеева. Отпаянные волноводные молекулярные СОг лазеры непрерывного действия за рубежом: в кн. "Обзоры по электронной технике, серия II, Вып. 5 (1284), М.: ЦНИИ " Электроника" , 1974.

7. J.J. Degnan. The waveguide laser.: A review Appl.Phys. 1976, vol.11, №1, p. 1-33.

8. P.C. Conder, J.R. Redding, R.M. Jenkins. Novel technology and performance of high power CO2 waveguide lasers.- Infrared Phys., 1985, Vol.25, №12, p. 61-67.

9. R.L. Abrams. Waveguide laser. Laser handbook. Ed. M.L. Stich.-N.Y.: Springer, 1979, p. 41- 88.

10. E.G. Burchardt, T.J. Bridges, P.W. Smith. BeO capillary CO2 waveguide laser. Opt. Commun. 1972, Vol. № 2, p. 193 -195.

11. Abrams R.L. Coupling losses in hollow waveguide lasers. Appl. Phys. Lett. 1972. Vol. 21, № 11, p. 838-843.102

12. J.J. Degnan. The waveguide laser. A review Appl. Phys. Lett. 1976. Vol. 11, № 1, p. 1 -33.

13. Grenn J.P. Optical theory of gaussian beam transmission through hollow circular dielectric waveguide . Appl. Opt. 1982. Vol. 21, № 24, p. 4533 - 4541; Idem. Erratum. 1983. Vol. 22, № 10, p. 1426.

14. Christopher H.A., Denis H.R. Coupling loss theory of single-mode waveguide resonators.- Appl. Opt. 1985. Vol. 24. № 9, p. 1283 1290.

15. Hill C.A., Hall D.R. Waveguide laser resonators with tilted mirror.-IEEE J. Quant. Electron. 1986. Vol. 22, № 7, p. 1078 1087.

16. Abrams R.L. , Chester A.N. Resonator theory for hollow waveguide lasers.- Appl. Opt. 1974. Vol. 13, №5, p. 541 546.

17. Abrams R.L. Laser Handbook. Vol. 3, № 43, 1979.

18. А.А. Ионин, И.Б. Ковш, В.А. Соболев. Электроразрядные инфракрасные лазеры высокого давления и их применения. Под ред. Р.Г.Мириманова. -М.: Сер.Радиотехника, 1984, т.32, с. 300.

19. Roullard F.P., Bass М. Transverse mode control in high gain, millimeter bore, waveguide lasers. IEEE J. Quant. Electron. 1977. Vol.13, № 10, p. 813-819.

20. Tacke M. The influence of losses of hollow dielectric waveguides on the mode shape. IEEE J.Quant.Electron. 1982. Vol. 18, № 12, p. 2022- 2026.

21. A.C. Проворов. Исследование непрерывных перестраиваемых СОг лазеров высокого давления. Диссерт. на соискание уч.степ. к.ф.-м.н. Новосибирск, СО АН СССР, институт физики полупроводников, 1974.

22. Gerlach R., Wey D., Amer N.M. Coupling efficiency of waveguide laser resonators formed by flat mirrors: analysis and experiment. Ibid. № 8, 1984, p. 948-964.

23. Mansfield D.K., Jones K.J., Johnson L.C., Semet A. Theory of the roottop resonator resonant frequencies and eigenpolarization. Ibid. 1983. Vol.22, №5, p. 662 - 665.

24. C.A. Ахманов, Н.И. Коротеев. Спектроскопия рассеяния света и103нелинейная оптика, нелинейно оптические методы активной спектроскопии комбинационного и рэлеевского рассеяния. - УФН, 1977, т. 123, вып. 3, с. 406-471.

25. Dunning F.B. Tunable ultraviolet generation by sum frequency mixing. Laser Focus, 1978, № 5, p. 72 - 76.

26. Э.С. Воронин, В.А. Стрижевский. Параметрическое преобразование инфракрасного излучения с повышением частоты и его применение. УФН, 1979, т. 127, вып. 1, с. 99-133.

27. С.П. Анохов, Т.Я. Марусий, М.С. Соскин. Перестраиваемые лазеры. Под ред. проф.М.С. Соскина. М.: "Радио и Связь", 1982, с. 360.

28. А.Е.Бакарев, А.А.Ковалев, А.С.Проворов. Непрерывные перестраиваемые СОг-лазеры с волноводным резонатором. Лазерные системы. Инст.Тепл. СО АН СССР, Новосибирск, 1982.

29. Ю.В. Троицкий. Одночастотная генерация в газовых лазерах. -Новосибирск, Наука, 1975.

30. В.Н. Очкин. Волноводные газовые лазеры. М.: Знание, сер. "Физика", № 1, 1988.

31. В.Н. Бельтюгов, A.A. Кузнецов, В.Н. Очкин, Н.Н.Соболев, Ю.В.Троицкий. Волноводные газовые лазеры с частотно- селективными резонаторами. Препринт 251, Москва, ФИАН, 1988.

32. Moeller G., Rigden J.D. Observation of laser action in the R branch of CO2 and N2O vibrational spectra. - Appl. Phys. Lett., 1966, v.8, № 3, p. 69.

33. В.И.Воронцов, В.И. Кравченко, Ю.Н. Пархоменко. Несиме-тричные дисперсионные резонаторы с дифракционной решеткой. Препринт ИФ АН УССР, № 20, Киев, 1979.

34. М.С. Соскин, В.И. Кравченко, О.Н. Погорелый и др. Дисперсионные резонаторы для перестройки частоты генерации. УФЖ, 1968, т. 13, №1, с. 28-37.

35. В.Н.Бельтюгин, A.A. Кузнецов, В.Н.Очкин. Частотная селективность и потери резонатора волноводного лазера с дифракционной104fрешеткой. Квант, электрон. 1986, т. 13, № 7, с. 1342 - 1351.

36. Holohan A.M., Prunty S.L. Line selection in carbon dioxide waveguide lasers using diffraction grating.- Infr.Phys., 1983, Vol.23, № 3, p. 149.

37. Hanes G.R., Dobrovolsky J. A. An intracavity interference filter laser wavelength selection. Appl. Opt., 1969, v. 8, № 2, p. 482 -483.

38. Ф.В. Карпушко, A.C. Рубанов. Влияние интерферометра селектора на спектр собственных частот дисперсионного резонатора. -ДАН БССР, 1972, т. 16, № 7, с. 600- 603.

39. В.Н.Багратишвили, И.Н. Князев, B.C. Летохов и др. Исследование СОг лазера высокого давления с плавной перестройкой частоты. -Квантовая электроника, 1976, т. 3, № 5, с. 1011 1026.

40. Ю.И.Бычков, Г.А.Месяц, В.М. Орловский и др. Мощный импульсный СОг-лазер с широким диапазоном плавной перестройки частоты излучения. -Квантовая электроника, 1978, т.5, №7, с. 1525- 1529.

41. Ю.В. Троицкий. Многолучевые интерферометры отраженного света. Новосибирск : Наука, 1985.

42. Ю.А. Ананьев, Н.И.Гришманова, И.М.Петрова. Спектральная селекция излучения лазеров с неустойчивыми резонаторами. Квантовая электроника, 1975, т. 2, № 4, с. 738 -741.

43. Л.К. Михайлов, А.А. Соловьев. Расчет и оптимизация параметров внутрирезонаторного интерферометра Фабри Перо. - ЖПС, 1981, т.34, вып. 5, с. 898-908.

44. К.Ф.Фулинская, М.П. Чайка. Пропускание интерферометра Фабри Перо с неодинаковыми зеркалами. - Оптика и спектроскопия, 1967, т.22, вып.5, с. 231.

45. А.Ф. Королев, М.П. Гринь, В.П. Короленко. Потери резонатора ОКГ с наклонным эталоном Фабри Перо в качестве селектора частоты. - ЖПС, 1976, т. 25, вып. 6, с. 990 -994.

46. Leeb W.R. Losses introduced by tilting intracavity etalons.- Appl. Phys., 1975, v. 6, n. 2, p. 267 -272.105р

47. Ю.Н. Громов, В.П. Тычинский, Н.Ш. Хайкин. Внутренняя селекция частот СОг лазера при помощи интерферометра Фабри Перо. -ПТЭ, 1971, № 3, с. 183 -186.

48. В.Н. Бельтюгов, А.А Кузнецов, В.Н. Очкин. Применение комбинированных резонаторов для расширения полосы непрерывной перестройки частоты генерации газовых лазеров. Квантовая электроника, 1986, т. 13, №5, с. 932 -936.

49. A.A. Ковалев, A.C. Проворов, А.В.Шишаев. Селекция продольных мод СО2 лазера высокого давления , работающего в непрерывном режиме. - Квантовая электроника, 1975, т. 2, № 1, с. 143 - 145.

50. Ю.В. Троицкий. Тонкослойная дифракционная решетка в оптическом резонаторе стоячей волны.- Оптика и спектроскопия, 1969, т. 27, вып. 3, с. 492-496.

51. Н. И. Липатов, П.П. Пашинин, А.М. Прохоров, В.Ю. Юров. Особенности капиллярных разрядов волноводных газовых лазеров.: В сб. тр. ИОФАН, М.: Наука, т. 17, 1989, с. 53- 145.

52. A.C. Проворов, В.П. Чеботаев. Непрерывно действующие лазеры высокого давления на двуокиси углерода. Квантовая электроника, 1975, т. 2, № 4, с. 744 - 753.

53. А.С.Проворов, В.П. Чеботаев. Газовые лазеры. Новосибирск: Наука, 1977.

54. В.И. Мыщенков, H.A. Яценко. Перспективы использования высокочастотного емкостного разряда в лазерной технике. Квантовая электроника. 1981, т. 8, № 10, с. 2121 - 2129.

55. A.B. Бондаренко. Перспективы использования разряда переменного тока для накачки технологических быстротечных СОг лазеров замкнутого цикла. - Квантовая электроника. 1980, т. 7, № 4, с.775.

56. В.Н. Очкин. Исследование физико химических свойств плазмы СОг - лазера. - Тр. ФИАН; М.: Наука, 1974, т. 8, с.З -59.

57. В.И. Волчек, В.Н. Комаров, В.Н. Очкин. Нейтральный хими106ческий состав плазмы волноводных СОг и СО лазеров : Препр. ФИ АН № 235, М., 1981, с. 18.

58. С.С. Воронцов, А.И. Иванченко, Р.И. Солоухин. Оптические методы диагностики активной среды газовых лазеров. Газовые лазеры. Новосибирск: Наука, 1977, с. 341 -347.

59. В.В. Антюхов, А.Ф. Глова, O.P. Качурин, Ф.В. Лебедев, В.П. Ярцев. Волноводный лазер на СОг возбуждаемый емкостным разрядом переменного тока. Препринт ИАЭ - 3935. М., 1984.

60. Patel C.K.W. Continuous wave action on vibrational-rotational transitions of CO2. Phys. Rev. A.Gen.Phys.Lett. 1978, vol.32, № 10, p.652-653.

61. He D. and Hall D. R. A 30 W radio frequency CO2 wave - guide laser. - Appl.Phys.Lett., 1983, v. 43, № 8, p. 726.

62. Vidand P., He D., Hall D. High efficiency rf excited CO2 laser. -Opt.Commun. 1985.Vol 56, № 3, p. 185 -190.

63. Hall D.R. A frequency stabilized CW Waveguide carbon dioxide laser. - J. Phys D: Appl.Phys. 1978, vol. 11, p. 869 -869.

64. Claudio G.Parazzoli, Kuei-Ru Chin. Numerical Analysis of CW RF Pumped CO2 Waveguide laser. IEEE J. of QE, 1986, vol.22, №3, p.429 -488.

65. П.П. Витрук, H.А. Яценко. Щелевые технологические лазеры с ВЧ возбуждением : Препринт № 402. М.: ИПМ АН СССР, 1989.

66. Не D., Hall D.R. Longitudinal voltage distribution in transverse rf discharge waveguide laser. J. Appl.Phys. 1983, v. 54, № 8, p. 4367 -4373.

67. В.И. Мышенков, H.А. Яценко. Исследование контракции емкостного ВЧ разряда и устойчивость комбинированного разряда, поддерживаемого постоянным и ВЧ - электрическими полями.: Препр. ИПМ АН СССР, № 167. М., 1980, с. 36.

68. В.И. МСышенков, Н.А. Яценко. Исследование устойчивости комбинированного разряда, поддерживаемого постоянным и высокочастотным электрическим полями. 1,11. Физика плазмы, 1982, т.8 , № 3, с .543.

69. С.П. Вольская. Исследование усиления на длине волны 10.6 мкм в107разрядах углекислого газа с гелием и азотом при ВЧ емкостном возбуждении. - Журн. Прикл. спектрос. 1981, т.34, вып.2, с. 204 -208.

70. GriffihG.A.Transverse rf Plasma Discharge Characterization for COi Waveguide Laser. SPIE CO2 laser Devices and Applications. 1980, p. 6-11.

71. He D., Hall D.R. Frequency dependence in rf discharge excited waveguide CO2 lasers. -IEEE J.Quant.Electron. 1984. Vol. 20, №5, p. 509-514.

72. А. П. Коржавый, C.H. Файфер. Материалы для долговечных катодов газовых лазеров. Обзоры по электронной технике: Материалы.1979. Вып. 6 (658), с. 394-399.

73. А.Н. Петров, Н.И. Липатов, П.П. Пашинин. О перспективности оксидов Lni-xSrxCo03 (Ln : La, Nd) для катодов волноводных СО2 лазеров. - Письма в ЖТФ. 1986.Т. 12, № 10, с. 622 - 627.

74. А.Н. Петров, Н.И. Липатов, Д.Н. Зыбин. Свойства лантантан-стронциевых кобальтидов как материалов катодов газоразрядных лазеров. Изв. АН СССР. Неорган, материалы. 1988. Т.24, №2, с. 94-98.

75. Nakamura Т., Misono М., Yoneda Y. Catalytic properties of perovskite -type mixed oxides Lni-xSrxCo03. Bull. Chem.Soc.Jap.1982. Vol. 55, № 2, p. 394-399.

76. Beterov T.M., Chebotaev V.P., Provorov A.S. CW high- pressure tunable CO2 laser using a mixture of CO2 isotopes. IEEE J. Quant. Electron., 1974, QE-10, № 2, p. 245-247.

77. McElroy J.H., McAvoy N., Johnson E.H. CO2 laser communication systems for near-earth applications. Proc.IEEE, 1977,v. 65, № 2, p. 221-251.

78. At Ecosa: heterodyne CO2 rengefinders and radars. Laser Focus,1980, № 12, p. 12-16.

79. Evans D.E., Prunty S.L., Sexton M.C. A boron nitrid CW carbon dioxide waveguide laser for optically pumping heavy water . Infrared Physics , v. 20, №1, p. 21-27.

80. Hughes to Roenter RF Waveguide RF Waveguide CO2 Commercial Market. Laser Focus. 1983, vol. 19, № 10, p. 24.

81. Advances in Commercial Lasers 1985-1986. Laser Focus. 1986, Vol. 22, №1, p. 101.

82. Beterov T.M., Chebotaev VP., Provorov A.S. High precision spec-troscoy of SFe with CW high- pressure tunable CO2 laser. Optics Communication. 1973, vol. 7, № 4, p. 410-411.

83. A.E. Бакарев, А.С.Проворов. Волноводные лазеры на смеси изотопов СО2. Препринт № 656Ф. Красноярск, ИФ им. JI.B. Киренского АН СССР. 1990.

84. Reid J., Siemsen К. New СО2 laser bands in the 9 -11 wavelength region. Appl.Phys.Letters, 1976, v. 29, № 4, p. 250 -252.

85. И.М. Бертель. Непрерывный отпаянный CO2 лазер перестраиваемый по линиям первых 2 полос секвенции. Письма в ЖТФ, 1980, т. 6, вып. 26, с. 1501-1503.

86. А.С. Солодухин, Б.И. Степанов, С.А. Трушин. Отпаянный СОг лазер, генерирующий в области 4.3 мкм. Квантовая электроника. 1986, т. 13, №4, с. 845- 847.

87. F.O. Shimizu, Т. Fujisawa. J. Rotational temperature, inversion den-city and Absolute population density for the CO2 (00°2) sequence band laser. -Appl. Phhys. Vol. 31, 1992. Part. 1, № 2a, p. 274- 280.

88. V.V.Churakov, V.A. Gorobets, V.O. Petukhov. Effective oscillation of a CW CO2 lasers in the range of 11 цт (011- ПЮ). Infrared Phys. 1989, v. 29, №2. P. 339.

89. В. Виттеман. СОг лазер. Под ред. Н.Н. Соболев. М.: Мир. 1990, с. 135-143.

90. C.B. Кухлевский, А.С. Проворов, М.Ю. Реушев. Волноводный СОг- лазер на полосах секвенции с поперечным возбуждением через диэлектрик. Квантовая электроника, 1989, т. 16, № 3, с. 465-468.

91. Лазерная спектроскопия атомов и молекул. Под ред. Г. Вальтера.-М.:, Мир, 1979. .

92. А.С. Проворов, А.Г. Сизых, А.В. Сорокин. Применение лазеров в109науке, технике и технологии: Учеб. пособие Краен. ГУ. Красноярск,1988, с. 84.

93. Райзер Ю. П. Основы современной физики газоразрядных процессов. М.: Наука, 1980, с. 238.

94. А.СПроворов,М.Ю.Реушев, С.А.Фень. Волноводный C02 лазер с ВЧ возбуждением. 4 Всесоюзная конференция по спектроскопии комбинационного рассеяния света. Ужгород, Тезисы докладов. Часть 2.,1989, с. 202- 203.

95. А.С. Проворов, А.Л.Добривский, Н.Н. Соболев. Оптимизация параметров волноводного СО2 лазера на полосах секвенции. Препринт № 1 , изд. КрасГУ, Красноярск, 1993.

96. A.S. Provorov, S.V. Kukhlevsky, M.Yu.Reushev. Waveguide Gas Laser and Applications. Proc. Int.School Lasers and Applications. Krasnoyarsk, 1991, part 1, p. 149- 173.

97. A.S. Provorov, A.F.Maximenko, M.Yu. Reushev, S.A.Fen. A waveguide CO2 laser with the unform dc and rf excitation. Reports of first Russian-Chinese seminar on laser physics and laser technology, Krasnoyarsk, 1993, p. 86- 89.

98. А.С.Проворов, В.В.Патрин, М.Ю.Реушев, В.В.Салмин, С.А.Фень. Разработка волноводных газовых лазеров для целей лазерной110диагностики в ИК и УФ диапазонах. - В кн.Лазерная физика. Вып.2, Санкт-Петербург, 1992, с. 14.

99. А.С. Проворов, А.Ф. Максименко, М.Ю.Реушев, С.А.Фень. Волноводный СОг лазер с комбинированным возбуждением разрядом постоянного тока и поперечным ВЧ разрядом емкостного типа. Квантовая электроника, вып. 21, № 9, 1994, с. 827-828.

100. A.S.Provorov, M.Yu.Reushev, S.A. Fen. The waveguide CO2 -amplifier with combined exitation. Technical Digest of 8-th Laser Optics Conference. June27-July, 1995, 1, St, Peterburg, Russia, vol. 1, p. 166-167.

101. Adams M. Introduction in the theory optical waveguides. Moscow, "Mir". 1988.

102. Towizo Kurosava. Estimation of small signal Gain and saturation intensity in a waveguide CO2 laser by a curve fitting technique . Jap. J. of Appl. Phys. V. 26, № 2 1987, p. 306.

103. Rigrod W.W. Saturation effect in a high gain lasers. J. Appl. Phys. 1965, v. 36, p. 2487.

104. B.K. Конюхов. Подобные газовые разряды для СОг лазеров. -ЖТФ.1970,т. 11, №8, с. 1649-1655.

105. О.В. Ачасов, Е.И. Левинская, Н.А. Фомин. Резонансное поглощение в углекислом газе: Препринт № 8. Минск, Институт тепло и массообмена, АН БССР, 1987.

106. Лазерный контроль атмосферы. Под ред. Э.Д. Хинкли. -М.: Мир, 1979. '

107. Спектроскопия атмосферных газов. Новосибирск, Наука, 1982.1.l

108. Лазерное зондирование тропосферы и подстилающей поверхности. Новосибирск: Наука, 1987.

109. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе и воде .- ГИПХ. Л.: Химия, 1972.

110. G. Jungclaus, S. Swanson, and P. Gorman. // ^identification and Analysis of Organic Pollutants in Air. Edited by L.H. Keith. Butterwors, Boston 1984, p. 425-442.

111. P. Hanst. Advances in Environmental Science and Technology /edited by J.N: Pitts. Wiley, New York. 1971, vol. 2, p. 91-123.

112. В.И. Буткевич, B.E. Привалов. Применение лазеров в презициiонных измерениях. ЖПС, т. 48, № 1, 1988, с. 7 -26.

113. Сверхчувствительная лазерная спектроскопия. -Под ред. Д. Клайджера. М.: Мир, 1986.

114. В.П. Жаров, А.С. Летохов. Лазерная оптико акустическая спектроскопия. - М.: Наука. 1984.

115. Звелто О. Принципы лазеров . М.: Мир, 1990.

116. А.С. Проворов, А.Г.Сизых, Ю.Ю. Телков, М.Ю. Реушев, В.Ф.Шабанов. Разработка лазерного газонализатора для регистрации экологически вредных газов. В кн. Лазерная физика, вып. 2., Санкт- Петербург, 1992, с. 77.