3.3.2.5. Вычисление скорости накачки

Если известны сечение взаимодействия с электроном а_е, распределение электронной энергии НЕ) и плотность числа электронов N_lf, то нетрудно вычислить величину W_P. Из (3,35) и (3.39) получаем следующее выражение:

где, как отмечалось выше» выражение в квадратных скобках зависит лишь от отношения Ж/р. Заметим, что, поскольку вели­чина Ш (почти) постоянна для данного газового разряда, изме­нение скорости накачки может быть достигнуто лишь изме­нением плотности тока /. Вычислив W_Pi общий результат рас­чета можно представить в наводящей на размышления форме, если, как и в случае оптической накачки, определить КПД на­качки г\р в виде отношения минимальной мощности накачки, необходимой для достижения данной скорости накачки W_Pf к фактической электрической мощности Р, подведенной к разря­ду. Эта минимальная мощность может быть записана как (W_pyN_ghv_pj где (W_p}— усредненное по объему разряда V зна­чение Wo и hv_p — разность энергий между верхним и основным лазерными уровнями. Таким образом, можно написать

_Цр = (W_p) VNghVpjP. (3.43)

Заметим, что с хорошей точностью КПД электрической накач­ки % не зависит от плотности тока разряда, поскольку как W_p [см. (3.42) ], так и Р пропорциональны плотности тока.

В качестве особенно наглядного примера вычисления %, рассмотрим опять случай С0₂-лазера. На рис. 3.25 представле­ны результаты численного расчета для двух газовых смесей СОг: N2 : Не — 1 : 2 : 3 и 1 ; 0,25 : 3. На рисунке представлена доля полной мощности накачки, идущей в различные каналы возбуждения, как функция отношения Sjp. Кривые / представ­ляют мощность накачки, затрачиваемой на упругие столкнове­ния, на возбуждение вращательных уровней основного состоя­ния молекул N₂ и С0₂, а также на возбуждение нижних коле­бательных уровней СОг- Кривые /// и IV определяют мощность, идущую соответственно на электронное возбуждение и иониза­цию, а кривые // — мощность накачки соответственно верх­него (001) лазерного уровня молекулы СО2 и первых пяти коле­бательных уровней молекулы N₂. Если передача энергии между молекулами N₂ и С0₂ происходит с достаточной эффектив­ностью, то всю эту мощность накачки можно рассматривать как полезную. Таким образом, кривая // дает КПД накачки Заметим, что, как упоминалось выше при рассмотрении элект­ронной температуры (которая в данном случае не имеет смысла, поскольку распределение электронов далеко не максвеллов-ское), существует оптимальное значение &1р. При слишком малых Ж/р мощность накачки в большой степени теряется на

упругие столкновения и возбуждение нижних колебательных уровней молекулы СО_а. При очень больших значениях Sjp преобладающим каналом возбуждения становится электронное возбуждение. Заметим также, что при оптимальной величине <Г/р могут быть получены большие значения % (около 80 % для смеси 1 : 2 : 3).

Если величина х\_р известна, то из (3.43) имеем

Р

(3.44)

VN_gny_p •

Таким образом, мы получили очень простое выражение для W_p, которым будем пользоваться в последующих главах. Безуслов-

но, как и в случае оптической накачки, пригодность этого вы­ражения зависит от того обстоятельства, будет ли кем-нибудь предварительно выполнено вычисление величины ц_р.