(Досвід і перспективи розробки)
Дан ретроспективний огляд розробок модельного ряду СО2 лазерів, активне середовище яких порушується високочастотним електромагнітним полем. Дослідження та розробки виконані за останні 30 років у Воронезькому державному технічному університеті спільно з НКТБ "Ферит" (м. Воронеж). У представлений ряд включені моделі лазерів з випромінюючої головкою суцільнометалевого типу. Викладаються принципи побудови суцільнометалевих СО2 лазерів з ВЧ накачкою. У подібних лазерах випромінювач одночасно виконує кілька функцій, будучи:
резонатором, налаштованим на частоту накачування і навантаженим на плазму активного середовища; несучою конструкцією оптичного резонатора; резервуаром, що зберігає робочу газову суміш.Випромінювач має конфігурацію витягнутого полого квазістаціонарного Н-резонатора, в ємнісний частині обсягу якого, де напруженість високочастотного (ВЧ) поля накачування максимальна, підтримується ВЧ-розряд і генерується активне середовище у формі плазмового шнура або плазмового полотна. Розглядаються конкретні варіанти конструкції суцільнометалевого СО2 лазера, в яких вирішувалися окремі завдання, наприклад: мініатюризації випромінювача, формування щілинної геометрії активної зони, формування каналів активного середовища для багатопучкових генерації випромінювання, дисперсійного стиснення ВЧ імпульсів накачування для порушення газового середовища високого тиску, стабілізації частоти та потужності випромінювання ОГЕ-методом та інші. Наводяться технічні характеристики лазерів: одночастотного стабілізованого, щілинного підвищеної потужності з цифровим керуванням, полегшеного з підвищеними питомими енергетичними параметрами, перебудованого (електромеханічне управління) з автоматичним пошуком, захопленням і утриманням необхідної центральної лінії. Створені моделі СО2 лазерів призначені для медицини, екології, контролю технологічних процесів, обробки матеріалів, запису інформації.
Описано принцип внутрірезонаторними немеханічного управління спектральними, просторовими, поляризаційними характеристиками випромінювання СО2 лазера. В основу управління покладено ефект одночасного впливу на активне середовище ВЧ поля накачування і додаткових електричних полів, що порушують баланс швидкостей народження та загибелі вільних електронів в плазмі ВЧ розряду. Дія принципу ілюструється на прикладі СО2 лазерів з внутрірезонаторними скануванням випромінювання та внутрірезонаторними електронній (ВРЕ) перебудовою випромінюваної довжини хвилі. Особливістю ВРЕ-перебудови є зміна довжини хвилі генерується лазером випромінювання програмним способом (під контролем комп'ютера) за будь-якого закону прямування спектральних ліній, включаючи псевдовипадковий. Описується режим ковзання "гасить" потенціалу додаткового електричного поля по щілинному робочому каналу лазера, що дозволив значно збільшити набір хвиль, в межах якого можлива перебудова. Повідомляються технічні параметри лазера для режиму одночасної генерації випромінювання на довжинах хвиль, що відповідають різним спектральним лініям. Незалежна перебудова кожного з двох випромінювань дозволяє в широкому діапазоні змінювати їх різницеву частоту. Подібні джерела когерентного випромінювання потрібні для реалізації нелінійної лазерної оптико-акустичної спектроскопії комбінаційного розсіяння в молекулярних газах.
Розглядаються моделі СО2 лазера з нестійкий-стійким оптичним резонатором. Стійкий в цілому даний резонатор має нестійку центральну частину його обсягу. Завдяки цьому високі енергетичні характеристики лазера поєднуються з високоякісними просторовими показниками випромінювання. Описуються варіанти дискової моделі СО2 лазера, в якому нестійкий-стійкий оптичний резонатор характеризується дуже великим числом Френеля: одномодовий стабілізований, одномодовий перестроюваний, двохвильовий з перебудовою різницевої частоти.
Обговорюються перспективні моделі СО2 лазерів: з полнооборотним скануванням напряму випромінювання, багатопучкових, із змінною поляризацією випромінювання, складові у вигляді системи співвісних конфокальний дифракційної пов'язаних дискових випромінювачів.
Автор В.І. Юдін