Лазер с оптической накачкой на метастабильных атомах инертных газов

В настоящее время активно ведутся поиски новых принципов построения мощных лазеров, в которых бы сочетались высокая эффективность, масштабируемость и дифракционное качество излучения, что определяет актуальность предлагаемого проекта. Магистральным направлением является преобразование излучения диодных лазеров с помощью различных твердотельных и газовых сред. Уже существуют высокоэффективные диодные лазеры и линейки на их основе с мощностью излучения более 10 кВт, но качество их излучения заметно хуже дифракционного. Используя возбуждённые состояния атомов инертных газов возможно создание высокоэффективного газового лазера с оптической накачкой диодными лазерами. Предлагается провести исследование новой лазерной среды – из смеси инертных газов с оптической накачкой. Работы предполагается проводить в тесном сотрудничестве с ведущим учёным профессором Майклом Хэвеном из Университета Эмори, США, автором концепции этого лазера. Лазер работает по трёхуровневой схеме, нижним лазерным уровнем является низший по энергии метастабильный уровень атома инертного газа. Заселение верхнего лазерного уровня осуществляется в ходе столкновительной релаксации с уровня накачки. Работоспособность такого лазера была продемонстрирована как в импульсном, так и в непрерывном режимах. Авторами настоящего проекта впервые были проделаны теоретические оценки эффективности и оптимальных параметров лазерной среды в смеси Ar/He. Оценки показали, что возможен удельный энергосъём лазерного излучения порядка сотен ватт с кубического сантиметра активной среды. Необходимая удельная мощность разряда при этом составляет десятки Вт/см(3). Коэффициент усиления слабого сигнала оказывается порядка единиц см(-1), а общий КПД с учётом мощности разряда может достигать ~60%. Такая лазерная среда представляет большой практический интерес и требует внимательного изучения. Метастабильные атомы Ar* и Kr* будут нарабатываться в смесях инертных газов в плазме создаваемой барьерным разрядом при давлении порядка атмосферного. Применение барьерного разряда обусловлено его повышенной устойчивостью, а также повышенной энергией электронов при больших давлениях и энерговкладах, что необходимо для эффективной наработки метастабильных атомов. Измерение концентраций Ar* и Kr* в He будет производиться с помощью абсорбционной спектроскопии линий Ar и Kr с длинами волн 811.5 и 811.3 nm соответственно.. Для этого будет использован спектрометр на основе диодного лазера с внешним резонатором. После измерения концентраций Ar* и Kr* в барьерном разряде будут проведены эксперименты по получению лазерной генерации с непрерывной диодной накачкой и перестраиваемым импульсным лазером на красителе. Впервые будут получены систематические экспериментальные данные о концентрациях метастабильных атомов [Ar*] и [Kr*] в смесях с He в барьерном разряде для условий активной среды лазера на инертных газах в зависимости от параметров разрядной системы, составов смесей и давления. Впервые будут получены экспериментальные зависимости выходных характеристик лазера с оптической накачкой на инертных газах с барьерным разрядом.