Использование Сопла Лаваля для непрерывных лазеров на самоограниченных переходах
Введение
Лазеры на самоограниченных переходах широко применяются в различных областях науки и технике [14],[12]. Они характеризуются высоким квантовым выходом до 50% и высоким к.п.д. до 1%. Верхний лазерный уровень (или группа уровней) является резонансным связанным с основным уровнем дипольным переходом с коэффициентом Эйнштейна A20 ~108с-1и эффективно заселяется в разряде электронным ударом. Обратные переходы на основной уровень при достаточной концентрации активных центров и объеме активной среды затруднены вследствие самопоглощения. Поэтому происходит лазерный переход на метастабильный нижний лазерный уровень (или группу уровней) с коэффициентом Эйнштейна A21 ~107–105с-1. Время жизни инверсии за которое нижний лазерный уровень заселяется ~ 0.1–10 мкс, а импульс генерации ~ 10–100 нс и поэтому лазеры на самоограниченных переходах способны работать в импульсном режиме.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение…………………………………………………………………………...3
Гл.1. Конструкция лазера и основная теория квантовых генераторов...............5
Гл.2. Расчет вероятностей переходов ………………………….........................12
Гл.3.Сопло Лаваля………………………………………………………….…....22
Гл.4.Расчет параметров плазмы ВЧ-емкостного разряда……………………...28
Гл.5.Столкновение электронов с атомами……………………………...………37
Гл.6.Кинетика инверсной заселенности…………………………………..……40
Заключение……………………………………………………………………….42
Программы расчета……………………………………………………...………43
Список литературы……………………………………………………………....48
Список литературы
О. Звелто Принципы лазеров. - 3-е изд. - Москва: Мир, 1990. - 558 с.
И.И. Собельман Введение в теорию атомных спектров. - Москва: Наука, 1977. - 319 с.
Л.А. Вайнштейн, И.И. Собельман, Е.А. Юков Возбуждение атомов и уширение спектральных линий. - Москва: Наука, 197. - 319 с.
Ю.П. Райзер, М.Н. Шнейдер, Н.А. Яценко Высокочастотный емкостный разряд. - Москва: Мир, 1995. - 313 с.
Батенин В.М. ,Бучанов В.В. , Бойченко А.М. Лазеры на самоограниченных переходах атомов металлов. - Москва: Наука, 2009.
С. Дэшман Научные основы вакуумной техники. - Москва: иностранной литературы, 1950. - 364 с.
J.E. Sansonetti, W.C. Martin. Handbook of Basic Atomic spectroscopic Data – Nation Institute of Standarts and Technology,Gaitsburg,Maryland , American Institute of Physics - 2005
Афанасьев В.П., Ю.М. Смирнов, Д.А. Жиляев Неупругие процессы в газоразрядной плазме инертных газов // Теплофизика высоких температур. - 2018. - №5
Райзер Ю.П. Физика газового разряда. 2-е изд. М.: Наука, 1991
Оулет Р., Барбье М. и др. Технологическое применение низкотемпературной плазмы. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 144 с.
Коновалов, В.И. Техническая термодинамика/ В.И. Коновалов. - Изд.2-е. – Иваново: [б,и.] 2005. - 620 с
В.В. Бирюк, Е.В. Благин, Д.А. Угланов, Ю.И. Цыбизов. Течение сжимаемых сред: учеб. пособие –Самара: Изд-во Самарского университета, 2018. – 212 с.: ил
Лосев, Сталий Андреевич. Газодинамические лазеры / С.А. Лосев. - Москва : Наука, 1977. - 335 с.
Смирнов Б.М. . Физика слабоионизованного газа . - Москва : Наука, 1972.
Drawin H.W. // Z.Phys. 1961 Bd 164 №4
Котельников И.А., Ступаков Г.В. Лекции по физике плазмы: Учеб. Пособие для студентов физического факультета НГУ - Новосибирск : Наука, 1996.
Я. И. Алихашкин, А. П. Фаворский, П. И. Чушин. О расчете течения в плоском сопле Лаваля. Ж. вычисл. матем. и матем. физ., 1963, 3, № 6,1130-1134
Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. – М.: Дрофа, 2003. – 840 с.
Однако для его численного вычисления и обеспечения сходимости в программе для вычисления сил осцилляторов было положено условие при котором все члены с равны нулю.Вычисление силы осциллятора производилось с помощью численного интегрирования малыми прямоугольниками, и обрывалось на условном выходе электрона в континуум. Листинг программы приведен в приложении Для рассмотренияя возможности создания лазеров на парах металлов было решено начать со спектров меди Cu и золота Au ввиду известности использования данных элементов как лазеров на парах металлов. Данные элементы относятся скорее к щелочным и имеют в основном состоянии один s-электрон. Однако в отличии от спектра серебра, где в электронном остатке остается заполненная 4d оболочка, атому меди и золота предшествует Ni и Pt соответственно с электронной формулой . Ввиду последнего обстоятельства энергия связи s- и d-электронов приблизительно равны, откуда следует возможное возбуждение и того и другого. То есть возбужденные состояния s- электрона Cu и Au соответствуют системы термов щелочных металлов, а при возбуждении d электрона возможны новые. Так же необходимо заметить, что тонкая структура термов данных элементов описывается приближением LS связи, когда спин-орбитальное взаимодействие меньше электростатического.Лазеры на парах Cu и Au работают на следующих термах. Внешний s электрон закидывается на верхний p уровень через разрешенный дипольный переход, откуда быстро релаксируют на термы , , переходы из которых в основное состояние запрещены в дипольном приближении. Генерация на парах меди и золота в основном осуществляется в видимом диапазоне т.к. ультрафиолетовый переход Au заканчивается на состоянии , которое значительно заселено при рабочей температуре.