МОЩНЫЕ ИСТОЧНИКИ КОГЕРЕНТНОГО И СПОНТАННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ИХ НАКАЧКИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИМЕНЕНИЙ

Объектом исследования являются импульсные источники когерентного и спонтанного излучения, а также изучение принципов создания таких источников и систем для их возбуждения. Целью работы является получение новых фундаментальных знаний в области создания импульсных источников когерентного и спонтанного излучения, условий их накачки, а также их применений. Наиболее важные результаты по двум основным направлениям: Экспериментально определены скорости продвижения положительного и отрицательного стримеров в воздухе атмосферного давления при пробое промежутка игла-плоскость наносекундными импульсами напряжения. Получены данные об изменении скорости стримера, в том числе при различных амплитудах импульсов напряжения. Установлено, что форма стримера у плоского электрода зависит от амплитуды импульса напряжения. Подтверждено, что скорость стримера изменяется по мере его продвижения и имеет наибольшие значения вблизи электрода с малым радиусом кривизны и по мере приближения к плоскому электроду. Создана новая конструкция излучателя эксилампы на димерах ксенона, которая изготовлена из одной кварцевой трубки и в ней отсутствует внутренний металлический электрод. Это позволило получить срок службы излучателя эксилампы с длиной волны излучения ≈172 нм, изготовленного из сравнительно дешёвого кварца, более 2 тысяч часов. Кроме того, данная эксилампа имеет сравнительно простую технологию изготовления. Продолжено изучение отдельных аспектов процесса инициации переходных световых явлений в атмосфере Земли с помощью апокампического разряда. Для этого в экспериментальную установку для получения апокампического разряда вводились различные физические факторы, характерные для реальной атмосферы, что позволило уточнить представления о механизмах развития транзиентов, а именно: Установлено влияние электрического поля на апокампический разряд в воздухе при давлениях 180-260 Торр и показано, что формирование отрицательно заряженной зоны, расположенной над каналом импульсно-периодического разряда с положительным потенциалом, приводит как к инициированию, так и к удлинению стартующих от канала апокампов, а также снижает амплитуду напряжения, необходимую для их формирования. Представляются результаты исследования возможности сокращения длительности импульса излучения второй гармоники (ВГ) из стартового комплекса лазерной системы THL-100 за счет преобразования слабо чирпированного импульса излучения основной частоты. Чирп основной гармоники с центральной длиной волны 945 нм и спектрально ограниченной длительностью 70 фс задавался выходным компрессором комплекса. Показывается, что обеспечение небольшой избыточной дисперсии групповых скоростей (± 3200–4000 фс2) для излучения основной частоты увеличивает ширину спектра ВГ в 1.5–2 раза. Компенсация избыточной дисперсии излучения с уширенным спектром позволяет сократить длительность импульса ВГ примерно пропорционально величине уширения спектра и получить минимальную длительность 35 фс. Представлены результаты исследований по формированию узкополосного излучения в электроразрядном ArF-лазере. Показана возможность использования активной среды одномодульного лазера для создания задающего генератора и однопроходного усилителя. Получена ширина спектральной линии выходного излучения 2 пм, с возможностью перестройки длины волны в пределах 1 нм. Изучено поглощение ВУФ узкополосного излучения (193 нм) молекулами кислорода в воздухе. Разработана модель электроразрядного ArF-лазера с однородным разрядом накачки. Модель позволяет работать в разных соотношениях компонентов рабочей смеси, которая может содержать такие газы как He, Ne, Ar и F2 и любыми схемами замещения электрических систем возбуждения, которые используется в лазерных установках. В результате моделирования работы лазера для разных начальных условий, была показана перспективность схемы LC-инвертор по сравнению с обычными двухконтурными схемами. Кроме того, были определены значения элементов электрической схемы, которые обеспечивают лучшие условия для передачи запасенной энергии в разряд. На основе 0D модели проведено численное исследования влияния парциального давления F2 на энергию генерации KrF-лазера. Показано, что при одновременном увеличении давления F2 и мощности накачки, растет удельная энергия излучения лазера. В связи с тем, что в желаемом диапазоне мощностей, разряд накачки является принципиально неустойчивым, были проведено численное исследование поведения разряда накачки с несколькими каналами. В результате был определен основной механизм перехватывания тока разряда более крупными каналами, который наряду с процессами на поверхности катода определяет плотность катодных пятен и соответственно устойчивость разряда. Проведены исследования параметров объемного разряда и лазерного излучения в газовых смесях инертных газов с F2 высокого давления при накачке от генератора с индуктивным накопителем энергии (ИНЭ) и полупроводниковым прерывателем тока на основе SOS-диодов. Показано, что высоковольтный предымпульс, формируемый ИНЭ, в течение ~ 10 нс создает объемную плотную плазму, что обеспечивает быстрое достижение порога генерации и условия для эффективного возбуждения активной среды от накопительного конденсатора. Данный предымпульс и резкое увеличение тока разряда позволяет формировать стабильный объемный разряд большой длительности. В результате было достигнуто увеличение длительности импульса и(или) выходной энергии излучения на молекулах ArF*, KrF* и XeCl*.