7.2 Формирование излучения с узкой спектральной линии в селективном резонаторе.

Для формирования излучения с узкой спектральной линией генерации использовалась оптическая схема изображенная на Рис.28. Дифракционная решетка 2400 штрих/мм устанавливалась под углом автоколлимации θ≈17⁰27 для отражения в первом порядке. Для расширения падающего на решетку пучка до размера 10 мм и увеличения таким образом разрешающей способности перед ней размещался призменный телескоп с 5-кратным линейным увеличением по одной координате.

Сделаем оценочный расчет данной оптической схемы:

Для резонатора с призменным телескопом и дифракционной решеткой:

Где, -ширина линии пропускания резонатора

-длина волны излучения

-радиус гауссовой диафрагмы(₀=1мм)

X-увеличение телескопа

-угол падения

A-угол, при вершине призмы

Для призмы с малой дисперсией:



Приведем табличные значения n и  для нахождения dn и d:

=308 nm;

n=1,488;

dn/d=24.6*10^-5 nm^-1

=24,6*10^-5*10⁹tg30=24,6*10^-5*10⁹*0,577=1.4*10⁵

==0,00210⁹ = 1,810⁶

Отсюда:

(54)

Для нахождения tg используем соотношения для дифракционной решетки:

Запишем уравнения для дифракционной решетки, учитывая то, что при автоколлимационной установке решетки ( ) :

2sin= (55)

m- номер спектрального порядка.

d- период решетки

Угловая дисперсия решетки:

D_реш=(56)

Для автоколлимационной схемы:

D_реш=

2tg=D_реш (57)

Подставляя численные значения в формулу (55) найдем sin:

m=2

=30810^-9 м

d=10^-3/2400 м

sin==369600*10^-6=0,7392

=arcsin=21⁰69(47⁰66)

Для нахождения угловой дисперсии решетки, вычислим cos:

cos===0,67

Подставляя значение косинуса, найдем угловую дисперсию решетки из (56):

D_реш==3,5610⁶

Найдем tg из (4):

=D_реш*=3,56*10⁶*308*10^-9=1,096

=0,548

=28⁰72

Найдем увеличение призменного телескопа X:

Увеличение одной призмы

X₁====1,491.5

Увеличения четырех призм (телескопа):

X= X₁⁴=1,5⁴5

Подставляя найденные значения в исходную формулу (54), получим:

=(м)

Итак, в настоящей работе получена генерация XeCl-лазера с шириной спектра 5 пм (энергия в импульсе ~0.1мДж) в схеме со щелевымн диафрагмами размером 2мм, решеткой 2400 штрих/мм в автокоялнмационном режиме и четырехпрнзменным телесколом.

Фотография Интерференционная картина и распределение интенсивности интерференционных колец показана на Рис 29. Известно, что расстояние между интерференционными кольцами составляет ∆λ = λ²/2T, где Т – база эталона, в нашем случае использовался воздушный эталон с базой 2 мм. Расстояние между двумя соседними максимумами интенсивности составляет 3 мм. Измеренная ширина полосы на полувысоте интенсивности составляет 1 мм. Таким образом, расстояние в длинах волн между соседними кольцами составлет: ∆λ = λ²/2T = (3.08×10^-7)²/2×2×10^-3 = 23.7 пм. Искомое значение ширины спектральной линии составляет δλ = 8 пм.

Спектр генерации контролировался с помощью воздушного интерферометра Фабри —Перо (рас­стояние между зеркалами 2 мм, коэффициент отражения зеркал 80%) на Рис.30. Экспериментально измеренная ширина спектральной линии на полу­высоте составила 5+/-0.2 пм. Неизменность поло­жения колец на интерферограммах в течение длительного времени свидетельствовала о доста­точно высокой стабильности частоты генерации лазера. Энергия в импульсе со­ставляла —0.1 мДж, что примерно в 4 раза меньше энергии генерации в таком же резонаторе, без дисперсионных элементов. Это объясняется потерями энергии на дисперсионных элементах.

Отличие экспериментально полученной ширины спектральной линии от теоретической оценки можно предположительно объяснить увеличением селективности резонатора за счет нескольких обходов резонатора формирующимся излучением.

Временная форма данного лазерного импульса показана на рис 31.

Рис.28 - Полная оптическая схема: 1-АЗ излучателя; 2-диаграфмы предназначенных для сужения углового спектра излучения; 3-глухое зеркало; 4-призменный телескоп; 5-Дифракционная решетка;6-кварцевая пластина; 7-8-полупроводниковый активный элемент; 9-ФЭК; 10-спектрография; 11-положительная линза; 12-эталон Фабри - Перо; 13-фотоаппарат.

Рис.29 - Фотография интерференционной картины

полученной после эталона ИТ-28-30.

Рис.30. Распределение интенсивности интерференционных полос.

Рис.31 - Временная форма лазерного импульса получен в дисп. Р-ре

Заключение

В настоящей работе рассмотрен ряд вопросов, посвященных процессов происходящих в рабочей смеси, обзору кинетики возбуждения и способов ввода энергии, возбуждение эксимерного лазера импульсным разрядом, формированию качественного излучения в электроразрядном XeCl лазере работающего в импульсно-периодическом режиме.

Основные результаты и выводы работы можно сформулировать следующим образом:

1. Показано что, при удельной мощности накачки 3.1 МВт/см³ реализуется однородный объемный разряд, при этом генерация XeCl лазера продолжается на трех полупериодах колебаний разрядного тока в течении 150 нс.

2. В электроразрядном XeCl лазере реализована рекордная плотность мощности выходного излучения 10 МВт/см² при полном КПД лазера 2.3 % и КПД от энергии запасенной в разрядной емкости 3.7 %.

3. В электроразрядном XeCl лазере с длительностью импульса накачки 30 нс сформировано излучение с расходимостью близкой к дифракционному пределу и шириной спектральной линии 0.08 Å.