Как заработать свои первые деньги?
Слушайте больше на Подкасте Михалыча для молодежи
, , A. Ю. Козлов,
, ,
Физический институт им. РАН, Москва
синхронизация мод в импульсном
электроионизационном CO-лазере
Электроразрядный CO-лазер способен эффективно действовать в спектральном диапазоне от 5 до 6 мкм. Излучение такого лазера может быть использовано, например, при решении задачи удержания релятивистских ионов на заданной траектории в накопителе (коллайдере) [1]. Но, чтобы решить такую задачу, импульсы излучения CO-лазера, действующего на одной спектральной линии (длина волны ~5,3 мкм), должны следовать с частотой порядка 10 МГц и иметь длительность менее 10 нс.
Для изучения возможности осуществления такого импульсно-периодического режима генерации СО лазера была разработана специальная схема лазерного резонатора. За один полный обход резонатора длиной 15 м излучение четыре раза проходило через активную среду лазера, которая располагалась почти в середине лазерного резонатора (V-образная схема). Внутри лазерного резонатора, вблизи плоского выходного зеркала, располагался германиевый акусто-оптический модулятор (световой диаметр 8 мм) с частотой модуляции оптических потерь 10 МГц. В качестве заднего «глухого» зеркала резонатора применялось либо плоское (кварцевая подложка с золотым напылением) зеркало для многочастотного режима излучения, либо дифракционная решетка (Au:Cu, 240 штр./мм) для частотно-селективного режима. Накачка активной среды криогенного CO-лазера длиной 1.2 м осуществлялась импульсным электроионизационным (ЭИ) разрядом длительностью 40 мкс. Состав рабочей лазерной смеси CO:N2=1:9. Температура газа ~120 К, плотность газа 0.2 Амага. Временная динамика лазерного излучения измерялась Hg-Cd-Zn-Te фотодетекторами с временным разрешением ~10-9 с.
В наших экспериментах удельный энергосъем в многочастотном режиме работы СО лазера с активной синхронизацией мод достигал 20 Дж/(л Амага) при КПД до 3,5%. При этом спектр лазерного излучения состоял из ~20 колебательно-вращательных переходов, лежащих в диапазоне от 5,0 до 5,6 мкм. Длительность лазерных импульсов по половине высоты составляла в этом режиме 15–20 нс. Полная длительность генерации излучения в CO-лазере с таким резонатором составляла более 500 мкс.
Рис.1. Частотно-селективный режим
генерации импульсного ЭИ СО-лазера
с активной синхронизацией мод.
Переход 10®9 Р(7).
Удельный энерговклад 165 Дж/(л Амага)
Впервые была осуществлена активная синхронизация мод CO-лазера, действующего на одной колебательно-вращательной линии в частотно-селективном режиме генерации излучения. Временная динамика лазерного излучения на колебательно-вращательном переходе 10®9 Р(7) с длиной волны 5.313 мкм представлена на рис.1. Длительность импульсов лазерного излучения (полная ширина на половине высоты) составляла от 5 до 10 нс.
При анализе фурье-спектра временной динамики сигнала было обнаружено, что профиль огибающей спектральных компонент, кратных 10 МГц, был близок к гауссовскому, причем ширина спектра по половине высоты составляла ~100 МГц. Отметим, что ширина фурье-спектра была почти на порядок величины меньше ширины контура усиления (~1 ГГц) излучения на рабочем колебательно-вращательном переходе.
Таким образом, экспериментально показано, что CO-лазер, действующий на одной спектральной линии, например, с длиной волны ~5,3 мкм, может работать в режиме активной синхронизации мод с частотой следования импульсов 10 МГц при длительности импульсов менее 10 нс. Такой режим излучения CO-лазера может быть использован для оптико-стохастического охлаждения релятивистских частиц [1], а также при изучении скорости колебательно-вращательной релаксации молекул, например молекулы NO [2].
Работа поддержана РФФИ (проект 0) и Программой поддержки молодежи Учебно-научного комплекса ФИАН.
Список литературы
1. Babzien I., Ben-Zvi I., Pavlishin I., et al.// Phys. Rev. ST Accel. Beams, 7, 012
2. Andrusenko R. P., Ionin A. A., Klimachev Yu. M. et al.// Proc. SPIE, 6729, 672