СО2 лазеры с внутрирезонаторным электронным управлением параметрами излучения

СО2лазеры с внутрирезонаторным электронным управлением параметрами излучения опыт и перспективы разработки Дан ретроспективный обзор разработок модельного ряда СО2 лазеров,активная среда которых возбуждается высокочастотным электромагнитным полем.Исследования и разработки выполнены за последние 30 лет в Воронежскомгосударственном техническом университете совместно с НКТБ Феррит г. Воронеж . В представленный ряд включены модели лазеров с излучающейголовкой цельнометаллического типа. Излагаются принципы построения цельнометаллическихСО2 лазеров с ВЧ накачкой.

В подобных лазерах излучательодновременно выполняет несколько функций, являясь резонатором, настроенным на частоту накачки и нагруженным на плазму активной среды несущей конструкцией оптического резонатора резервуаром, сохраняющим рабочую газовую смесь.Излучатель имеет конфигурацию вытянутого полого квазистационарногоН-резонатора, в емкостной части объема которого, где напряженностьвысокочастотного ВЧ поля накачки максимальна, поддерживается ВЧ- разряд игенерируется активная среда в форме плазменного шнура или плазменного полотна.Рассматриваются конкретные варианты конструкции цельнометаллического СО2лазера, в которых решались отдельные задачи, например миниатюризацииизлучателя, формирования щелевой геометрии активной зоны, формирование каналовактивной среды для многопучковой генерации излучения, дисперсионного сжатия ВЧимпульсов накачки для возбуждения газовой среды высокого давления, стабилизациичастоты и мощности излучения ОГЭ- методом и другие.

Приводятся техническиехарактеристики лазеров одночастотного стабилизированного, щелевого повышенноймощности с цифровым управлением, облегченного с повышенными удельнымиэнергетическими параметрами, перестраиваемого электромеханическое управление савтоматическим поиском, захватом и удержанием требуемой центральной линии.Созданные модели СО2 лазеров предназначены для медицины, экологии,контроля технологических процессов, обработки материалов, записи информации.

Описаны принцип внутрирезонаторного немеханического управленияспектральными, пространственными, поляризационными характеристиками излученияСО2 лазера.

В основу управления положен эффект одновременноговоздействия на активную среду ВЧ поля накачки и дополнительных электрическихполей, нарушающих баланс скоростей рождения и гибели свободных электронов вплазме ВЧ разряда.Действие принципа иллюстрируется на примере СО2лазеров с внутрирезонаторным сканированием излучения и внутрирезонаторнойэлектронной ВРЭ перестройкой излучаемой длины волны.

Особенностью ВРЭ-перестройки является изменение длины волны генерируемого лазером излученияпрограммным способом под контролем компьютера по любому закону следованияспектральных линий, включая псевдослучайный. Описывается режим скольжения гасящего потенциала дополнительного электрического поля по щелевому рабочему каналулазера, позволивший значительно увеличить набор волн, в пределах котороговозможна перестройка.Сообщаются технические параметры лазера для режимаодновременной генерации излучения на длинах волн, соответствующих разнымспектральным линиям.

Независимая перестройка каждого из двух излученийпозволяет в широком диапазоне изменять их разностную частоту. Подобныеисточники когерентного излучения требуются для реализации нелинейной лазернойоптико-акустической спектроскопии комбинационного рассеяния в молекулярныхгазах. Рассматриваются модели СО2 лазера с неустойчиво-устойчивымоптическим резонатором.Устойчивый в целом данный резонатор имеет неустойчивуюцентральную часть его объема.

Благодаря этому высокие энергетическиехарактеристики лазера сочетаются с высококачественными пространственнымипоказателями излучения.Описываются варианты дисковой модели СО2лазера, в котором неустойчиво-устойчивый оптический резонатор характеризуетсяочень большим числом Френеля одномодовый стабилизированный, одномодовыйперестраиваемый, двухволновый с перестройкой разностной частоты.Обсуждаются перспективные модели СО2 лазеров с полнооборотнымсканированием направления излучения, многопучковые, с изменяемой поляризациейизлучения, составные в виде системы соосных конфокальных дифракционно связанныхдисковых излучателей.

Автор В.И. Юдин.