Багато проблем лазерної хімії, хімічного аналізу, лазерних мікротехнологій та екології в даний час можуть бути успішно вирішені із застосуванням ТЕА-лазерів, що працюють в УФ-та ближній ІЧ-областях спектра. Одним з головних вимог, що пред'являються до такого роду джерел випромінювання, є забезпечення достатньо високого ресурсу. Серед безлічі активних середовищ, які забезпечують ефективну генерацію лазерного випромінювання в УФ і ближньої ІК-областях спектра, найбільш прийнятними з цієї точки зору є молекулярний азот і суміші інертних газів, які не піддаються хімічним перетворенням в плазмі газового розряду. Основним недоліком ТЕА-лазерів на сумішах цих газів є низькі частоти повторення імпульсів та рівні середньої потужності випромінювання.
У даній роботі наводяться результати систематичних досліджень, спрямованих на створення відпаяти варіантів ТЕА-лазерів на сумішах N2: He (l = 337 нм) і Ar: He, Kr: He, Xe: He (l = 1-5 мкм) при робочих тисках до 1.5 Атм з підвищеними значеннями середньої потужності випромінювання.
Дослідження проводилися з двома типами ТЕА-лазерів:
1. Малогабаритними відпаяти ТЕА-лазерами з поперечною прокачуванням газових сумішей "електричним вітром" і порушуваними активними обсягами Va = 18 * 0.8 * 0.8 см3, Va = 18 * 1.2 * 0.4 см3, Va = 20 * 1.2 * 0.3 см3 і Va = 22 * 0.8 * 0.3 см3. В якості оболонок активних елементів застосовувалася кераміка на основі окису алюмінію (22ХС). Частоти повторення імпульсів становили 20-120 Гц.
2. ТЕА-лазери з швидкісної прокачуванням робочих сумішей (Vпрок <50 м * с-1) через розрядний проміжок і частотами повторення імпульсів 0.5-5 кГц. Оболонки активних елементів цього типу лазерів виконувалися з дюралюмінію або нержавіючої сталі. Накачування здійснювалася в активних обсягах Va = 28 * 2 * 0.5 см3 і Va = 45 * 2.5 * 0.6 см3.
Дослідження включали в себе встановлення природи "макро-" і "мікронеоднорідною" плазми об'ємного розряду та їх взаємозв'язків із стійкістю об'ємного розряду на підвищених частотах повторення імпульсів, визначення граничних значень частоти запалювання об'ємного розряду, відпрацювання ефективних методів накачування і вивчення генераційних характеристик ТЕА-лазерів на сумішах N2: He, Ar: He, Kr: He і Xe: He.
Дослідження показали, що визначальними чинниками в обмеженні частоти запалювання об'ємного розряду з високою просторовою однорідністю і рівня середньої потужності випромінювання є "макро-" і "мікронеоднорідною" плазми об'ємного розряду, параметри генератора накачування і ступінь його узгодження з плазмою об'ємного розряду. "Макронеоднородності" плазми об'ємного розряду та пов'язані з ними перерозподіл щільності струму накачування, зниження загального коефіцієнта посилення активного середовища і подальший перехід об'ємного розряду в локальний і зрив генерації викликаються неточностями виготовлення та встановлення основних електродів (d> 20 мкм), термічними деформаціями електродів, застосуванням предіонізаторов, викликають температурні градієнти в газовому потоці або на поверхні основних електродів. Основною причиною утворення "мікронеоднорідною" є наявність на розрядному проміжку після протікання струму накачування напруг неузгодженості.
Максимальне значення частоти запалювання об'ємного розряду в щільних газах визначається співвідношенням: Fmax = a * B (L * C * U) -1, де L, C, U-індуктивність розрядного контуру, ємність накопичувального конденсатора і напруга його заряду; а-коефіцієнт температуропровідності матеріалу електродів для запалювання об'ємного розряду; По-константа, обумовлена родом газу і параметрами генератора накачування.
Максимальні параметри лазерного випромінювання, досягнуті в результаті проведених досліджень, складають, відповідно, для ТЕА-лазерів на сумішах N2: He з "електричним вітром" і швидкісний прокачуванням газових сумішей:
Wmax = 3 мДж, t = 3-5 нс, частота повторення імпульсів 120 Гц, середня потужність випромінювання 360 мВт;
Wmax = 7.5-8.4 мДж, t = 3-5 нс, частота повторення імпульсів 2.6 кГц, середня потужність випромінювання 18-24Вт.
При використанні сумішей Xe: He в ТЕА-лазерах з "електричним вітром":
Wmax = 1-2 мДж, t = 50 нс ("пік") і t <3 мкс ("хвіст"), максимальна годину-тота повторення імпульсів 200 Гц, середня потужність випромінювання 120 мВт;
Wmax = 6.4 мДж, t = 50 нс ("пік") і t <3 мкс ("хвіст"), максимальна частота повторення імпульсів 5 кГц, середня потужність випромінювання 28-32 Вт
Максимальні середні потужності випромінювання ТЕА-лазерів, які працювали на сумішах Ar: He і Kr: He, складають, відповідно, 0.5 і 3 Вт.
Автори Б.A. Козлов, Р.І. Ашурков