Лазер на парах стронция с ионизационным и рекомбинационным механизмами формирования инверсии

Лазер на парах стронция с ионизационным и рекомбинационным
механизмами формирования инверсии

Г.Д. Чеботарев, А.Н. Солдатов, Е.Л. Латуш, Ю.П. Полунин,
А.С. Шумейко, Н.А. Юдин

Проведены экспериментальные и численные исследования многоволнового лазера на парах стронция, одновременно излучающего на ИК самоограниченных переходах атома и иона стронция (λ=6,456 мкм SrI, λ~3 мкм SrI и λ~1 мкм SrII) и на видимом рекомбинационном переходе иона стронция (λ=0,4305 мкм SrII). Установлен ряд закономерностей, позволяющих осуществлять целенаправленный выбор оптимальных условий возбуждения многоволновых лазеров на парах стронция.

Ключевые слова: лазер на парах стронция, многоволновая генерация, самоограниченный переход, рекомбинационный переход, математическое моделирование.

Саморазогревной импульсно-периодический лазер на парах стронция является эффективным источником когерентного излучения в ИК диапазоне спектра на самоограниченных переходах атома и иона стронция (λ=6,456 мкм SrI, λ~3 мкм SrI и λ~1 мкм SrII) [1-6]. Кроме того, лазер на парах стронция излучает с высокими энергетическими характеристиками в видимом диапазоне спектра на рекомбинационных переходах иона стронция (λ=0,4305 и 0,4162 мкм SrII) [1-2, 5-11]. При этом существует возможность реализации одновременной ИК и видимой генерации в широком спектральном диапазоне за счет как ионизационного, так и рекомбинационного механизмов формирования инверсии [1-2, 12]. В данном случае лазер на парах стронция может использоваться в качестве источника многоволнового излучения для прикладных и научных целей. При этом реализация рекомбинационного режима генерации обеспечивает визуализацию ИК-излучения в лазере на парах стронция [12].

При исследованиях лазеров на парах металлов наряду с экспериментальными методами исследований широко применяется метод математического моделирования, с помощью которого могут быть решены задачи поиска оптимальных условий возбуждения активных сред, определения достижимых параметров генерации, выявления физических механизмов, определяющих наблюдаемые экспериментально закономерности [5, 10-11, 13-15].

В настоящей работе проведены экспериментальные и численные исследования лазера на парах стронция, направленные на поиск условий возбуждения, обеспечивающих эффективную многоволновую генерацию на ИК самоограниченных и видимых рекомбинационных переходах в спектрах атома и иона стронция.

В экспериментах по исследованию многоволновой генерации нами использовалась саморазогревная лазерная трубка, разрядный канал которой был изготовлен из BeO-керамической трубки длиной l=50 см и внутренним диаметром d=1,5 см. На торцах разрядного канала в «холодных» буферных зонах трубки располагались электроды. Выходные окна лазерной трубки были изготовлены из фторида кальция. В качестве «глухого» зеркала резонатора использовалось зеркало с алюминиевым покрытием, а в качестве выходного – плоскопараллельная пластина из фторида кальция или кварцевая пластина с диэлектрическим покрытием на область λ~0,43 мкм. Регистрация импульсов тока и генерации проводилась с помощью токового шунта и коаксиального фотоэлемента ФЭК-24, соответственно. Регистрируемые датчиками сигналы подавались на осциллограф Tektronix TDS-3032. Средняя мощность генерации контролировалась измерителем мощности OPHIR (Nova-II). Для выделения различных спектральных составляющих генерации при измерениях мощности использовались светофильтры – СЗС-20, пропускающий излучение в области λ~1 мкм, и СЗС-8, пропускающий излучение в области λ~3 мкм.

В результате проведенных исследований была получена одновременная многоволновая ИК и фиолетовая генерация на девяти переходах SrI и SrII. В частности, генерация осуществлялась на переходах (см. упрощенную схему лазерных переходов в SrI и SrII на рис. 1): λ=6,456 мкм (5s5p1P˚1 – 5s4d1D2 SrI); 3,066 мкм (5s4d3D1 – 5s5p3P˚2 SrI); 3,011 мкм (5s4d3D2 – 5s5p3P˚2 SrI); 2,92 мкм (5s4d3D3 – 5s5p3P˚2 SrI); 2,69 мкм (5s4d3D2 – 5s5p3P˚1 SrI); 2,6 мкм (5s4d3D1 – 5s5p3P˚0 SrI); 1,033 мкм (4p65p2P˚3/2 – 4p64d2D5/2 SrII); 1,091 мкм (4p65p2P˚1/2 – 4p64d2D3/2 SrII) и 0,4305 мкм (4p66s2S1/2 – 4p65p2P˚3/2 SrII).