Вы здесь

Оптична діагностика активних середовищ електророзрядних джерел випромінювання на атомах інертних газів та їх галогенідах

Автор: 
Шуаібов Олександр Камілович
Тип работы: 
Дис. докт. наук
Год: 
2004
Артикул:
3504U000159
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РОЗДІЛ 2
ПОПЕРЕЧНИЙ РОЗРЯД З ДОПРОБІЙНИМ РОЗМНОЖЕННЯМ ЕЛЕКТРОНІВ І СИЛЬНОСТРУМОВИЙ ОБ'ЄМНИЙ РОЗРЯД В РОБОЧИХ СЕРЕДОВИЩАХ ЕЛЕКТРОРОЗРЯДНИХ ДЖЕРЕЛ ВИПРОМІНЮВАННЯ НА Не*, Nе*, S2*, НF(v) ТА N2(С)
В даному розділі коротко розглянемо стан експериментальних досліджень ПОР в типових робочих середовищах плазмових джерел випромінювання на атомах легких інертних газів з розселенням нижніх енер-гетичних станів в хімічних реакціях та на молекулах S2, HF(v) і N2(С). Збудження даних джерел випромінювання здійснюється в ПОР з допробійним іонізаційним розмноженням електронів (ДІР) та сильнострумовому ПОР.
Саме цей аналіз і націлив нас на необхідність дослідження таких питань як: умови існування та характеристики ПОР на робочих сумішах Не/Nе/SF6(F2, НСl), Не/N2/SF6 і SF6/Н2 в режимі ДІР; умови запалювання та характеристики поперечного розряду в сильнострумовому режимі (СCР) на сумішах Не та Nе з молекулами елегазу. При цьому, особливий інтерес був викликаний найбільш вірогідними механізмами запалювання ПОР з допробійним іонізаційним розмноженням електронів в цих плазмових середовищах.

2.1. Стан питання по діагностиці плазми поперечного об'ємного розряду в плазмохімічних джерелах випромінювання на атомах легких інертних газів, молекулах S2(В), НF(v) і N2(С)
Плазма ПОР середнього та високого тиску в робочих середовищах лазерних джерел випромінювання існує лише на протязі коротких проміжків часу 5-1000 нс [2, 4]. Значна кількість збуджених атомів та молекул характеризуються також малими ефективними часами життя t ? 10-1000 нс. Тому дослідження випромінювання такої нерівноважної плазми з наносекундним часовим розділенням є ефективним безконтактним методом її діагностики. Він доповнює методи поглинання, що дозволяють досліджувати, в основному, збуджені частинки плазми, які знаходяться на низько розташованих енергетичних рівнях і не дозволяє вивчати динаміку заселення високо розташованих станів.
Плазма короткотривалих ПОР характеризується низьким ступенем іонізації, високою густиною холодного газу і значним впливом непружних атомно-молекулярних зіткнень на її характеристики [170]. Труднощі, які пов'язані з низькою інтенсивністю випромінювання на неробочих переходах атомів або молекул, наявність паразитного випромінювання від системи передіонізації розряду зумовило широке застосування фотографічних методів дослідження випромінювання плазми ПОР, які при цьому мають і суттєві недоліки [171, 172].
В роботі наведені результати систематичного дослідження електричних характеристик наносекундного та субмікросекундного ПОР, спектрів випромінювання в області 130-1000 нм та часових характеристик випромінювання збуджених частинок плазми [71, 76-78, 114, 121].
Одержання потужної лазерної генерації в видимій області спектру на 3s-3р переходах NеІ при накачуванні робочих середовищ типу Не/Nе/Н2(Аr,Кr) пучками електронів високої енергії [173] стимулювало роботи по діагностиці лазерів на NеІ(3s-3р) і НеІ(33S-23P) з більш простими електророзрядними системами накачування. Введення до складу робочого середовища NeІ(3s-3р)- лазера молекул NF3 (Р?4 кПа) дозволило збільшити енергію генерації на порядок, що досягалося за рахунок розселення 3s, 3s' станів NеІ в реакціях Пеннінгівської іонізації та кращим узгодження системи живлення з плазмою ПОР [174]. Заселення верхніх лазерних станів відбувалося, при цьому, прямим електронним ударом і тривалість генерації не перевищувала 10-20 нс.
В працях [2, 8] було встановлено, що при збудженні газових сумішей типу Не/Кr(Хе)/F2(НСl) в самостійному об'ємному розряді між сферичними електродами на стадії ДІР спостерігався стійкий просторово-однорідний розряд з густиною струму 1-2 А/см3 та питомим енергетичним внеском в плазмове середовище об'ємом ? 6 см3 на рівні ? 40 кВт/см3 . Такий енергетичний внесок був достатнім для одержання інверсії на КrF(В-Х), але об'єм та форма активного середовища не були придатними для лазерних застосувань. Можливості отримання ПОР в режимі з допробійним іонізаційним розмноженням електронів залишались не реалізованими.
Виходячи з малоагресивності елегазу, його здатності до збільшення активного опору плазми [175], а також використання молекул SF6 в плазмовому NеІ(3s-3р) лазері низького тиску [176], ми для формування ПОР в режимі з допробійним іонізаційним розмноженням також застосували молекули SF6. В плазмі на подібних газових сумішах спостерігається також вимушене випромінювання на В-Х переходах молекул сірки [177]. Тому для дослідження можливостей розробки широкодіапазонного джерела спонтанного або вимушеного випромінювання на молекулах S2 було проведено дослідження і сильнострумової стадії ПОР в сумішах типу Не(Nе)/SF6. Крім цього, молекули елегазу успішно застосовуються для збільшення енергетичних характеристик і тривалості імпульсів генерації N2(С-В) джерела випромінювання [175] (одна з наших ранніх праць) та широко використовуються в робочих середовищах хімічних НF(v) - лазерів на неланцюгових реакціях [178].
Дослідження ПОР в режимі з допробійним іонізаційним розмноженням на суміші Не/N2/SF6 може використовуватися при розробці електророзрядного варіанту квазістаціонарного лазерного джерела випромінювання з електронно- пучковим збудженням типу, описаного в працях [179, 180]. В такій лазерній системі досягнуто тривалість генерації t ? 1, 3 мкс на 358 нм N2(С-В) при часові життя N2(С) - 41 нс [181, 182].
Найбільш повне дослідження електричних та просторових характеристик об'ємного розряду в елегазі та робочому середовищі HF-лазерів на неланцюгових реакціях (суміш Ne/SF6/C6H14) було проведено лише в останній час і його результати наведено в праці [183]. В ній показано, що зростання вмісту SF6 або зменшення вмісту молекул C6H12 приводить до прискореного проростання плазмових каналів з електродів розряду та зменшенню питомого енергетичного внеску в плазму. В стадії однорідного розряду при густині струму ? 400-500 А?см-2 формуються катодні плями напівсферичної форми з характерним розміром ~ 0,1 см. Пр