Vol. 31, issue 03, article # 6

Abstract:

Electro-physical processes in the discharge circuit of a pulsed metal vapor laser are analyzed. The greatest attention is paid to the initial period of the discharge development and conditions for the inversion formation. It is shown that the limitation of the frequency-energy characteristics (FEC) of lasing is due to the process of population of the metastable levels of metal atoms on the excitation pulse front and redistribution of the rates of population of the laser levels in favor of metastable ones with an increase in the prepulse electron density. Which of the processes plays a decisive role in limiting the lasing FEC depends on the electro-physical process in the discharge circuit of the laser, the development of which is significantly influenced by the arrangement of electrodes in the gas-discharge tube (GDT). The arrangement of the electrodes in the GDT also determines the conditions for the inversion formation and the choice of the optimum pumping parameters. Technical solutions are discussed which allow the copper vapor laser pumping efficiency to attain ~ 10%.

Keywords:

self-terminating lasers, metal vapor lasers, pulsed-periodic gas discharge

References:

1. Eleckij A.V., Zemcov Ju.K., Rodin A.B., Starostin A.I. Optimal'nye harakteristiki lazera na parah metallov vysokogo davlenija // Dokl. AN SSSR. 1975. V. 220, N 2. P. 318–321.
2. Piotrovskij Ju.A., Reutova N.M., Tolmachev Ju.A. O roli stupenchatoj ionizacii v processah formirovanija inversnoj zaselennosti v lazerah na samoogranichennyh perehodah // Optika i spektroskopija. 1984. V. 7, iss. 1. P. 99–104.
3. Judin N.A., Klimkin V.M., Prokop'ev V.E. Optogal'vanicheskij jeffekt v lazere na samoogranichennyh perehodah atoma medi // Kvant. jelektron. 1999. V. 28, N 3. P. 273–276.
4. Isaev A.A., Mihkel'soo V.T., Petrash G.G., Pejet V.Je., Ponomarev I.V., Treshhalov A.B. Kinetika vozbuzhdenija rabochih urovnej lazera na parah medi v rezhime sdvoennyh impul'sov // Kvant. jelektron. 1988. V. 15, N 12. P. 2510–2513.
5. Bohan P.A., Gerasimov V.A., Solomonov V.I., Shheglov V.B. O mehanizme generacii lazera na parah medi // Kvant. jelektron. 1978. V. 5, N 10. P. 2162–2173.
6. Judin N.A., Tret'jakova M.R., Judin N.N. Relaksacija metastabil'nyh sostojanij v lazerah na samoogranichennyh perehodah // Optika atmosf. i okeana. 2012. V. 25, N 3. P. 254–259.
7. Judin N.A., Suhanov V.B., Gubarev F.A., Evtushenko G.S. O prirode fantomnyh tokov v aktivnoj srede lazerov na samoogranichennyh perehodah atomov metallov // Kvant. jelektron. 2008. V. 38, N 1. P. 23–29.
8. Judin N.A., Judin N.N. O mehanizme ogranichenija chastotno-jenergeticheskih harakteristik lazerov na samoogranichennyh perehodah atomov metallov // Izv. vuzov. Fizika. 2015. V. 58, N 12. P. 105–112.
9. Judin N.A., Judin N.N. Jeffektivnost' nakachki aktivnoj sredy lazerov na parah metallov: gazorazrjadnye trubki s jelektrodami v gorjachej zone razrjadnogo kanala // Izv. vuzov. Fizika. 2016. V. 59, N 6. P. 49–56.
10. Batenin V.M., Buchanov V.V., Kazarjan M.A., Klimovskij I.I., Molodyh Je.I. Lazery na samoogranichennyh perehodah atomov metallov. M.: Nauch. kniga, 1998. 544 p.
11. Bohan P.A., Gerasimov V.A. Optimizacija uslovij vozbuzhdenija v lazerah na parah medi // Kvant. jelektron. 1979. V. 6, N 3. P. 451–455.
12. Bohan P.A., Zakrevskij D.Je., Lavruhin M.A. Issledovanie gazorazrjadnogo lazera na samoogranichennom perehode tallija // Kvant. jelektron. 2009. V. 39, N 10. P. 911–916.
13. Judin N.A. Nestabil'nost' srabatyvanija tiratronov v istochnikah pitanija lazerov na parah metallov // Pribory i tehn. jeksperim. 2015. N 1. P. 57–62.
14. Jenciklopedija nizkotemperaturnoj plazmy Vvodnyj tom. Kn. 4 / pod red. V.E.  Fortova. M.: Nauka, 2000. P. 446–459.
15. Isaev A.A., Kazarjan M.A., Petrash G.G. Jeffektivnyj impul'snyj lazer na parah medi s vysokoj srednej moshhnost'ju generacii // Pis'ma v ZhJeTF. 1972. V. 16, iss. 1. P. 40–42.
16. Litlle C.E. Metal Vapour Lasers. Physics, Engineering and Application. New York: John Wiley & Sons, 1999. 62 p.
17. Zemskov K.I., Isaev A.A., Petrash G.G. Razvitie razrjada v impul'snyh lazerah na parah metallov // Kvant. jelektron. 1999. V. 27, N 2. P. 183–188.
18. Soldatov A.N., Fedorov V.F., Judin N.A. Jeffektivnost' lazera na parah medi s chastichnym razrjadom nakopitel'noj emkosti // Kvant. jelektron. 1994. V. 21, N 8. P. 733–734.
19. Soldatov A.N., Suhanov V.B., Fedorov V.F., Judin N.A. Issledovanie lazera na parah medi s povyshennym KPD // Optika atmosf. i okeana. 1995. V. 8, N 11. P. 1626–1636.
20. Hogan G.P., Webb C.E. Pre-ionization and discharge breakdown in the copper vapour laser: The phantom current // Opt. Commun. 1995. V. 117. P. 570–579.
21. Bohan P.A., Zakrevskij Dm.Je., Lavruhin M.A., Ljabin N.A., Chursin A.D. Vozbuzhdenie i relaksacija metastabil'nyh sostojanij atomov v aktivnoj srede impul'sno-periodicheskogo lazera na parah medi // Kvant. jelektron. 2016. V. 46, N 2. P. 100–105.
22. Carman R.J., Brown D.J.W., Piper J.A. A self-consistent model for the discharge kinetics in a high-repetition-rate copper-vapor laser // IEEE J. Quantum Electron. 1994. V. 30, N 8. P. 1876–1895.
23. Bohan P.A., Zakrevskij Dm.Je. Vlijanie soglasovanija generatora nakachki s lazernoj trubkoj i uslovij nakachki na relaksaciju metastabil'nyh sostojanij i chastotno-jenergeticheskie harakteristiki lazera na parah medi // Kvant. jelektron. 2002. V. 32, N 7. P. 602–608.
24. Bohan P.A., Gugin P.P., Zakrevskij D.Je., Lavruhin M.A., Kazarjan M.A., Ljabin N.A. Vlijanie umen'shenija dlitel'nosti fronta impul'sa naprjazhenija na chastotu sledovanija impul'sov generacii lazera na parah medi // Kvant. jelektron. 2013. V. 43, N 8. P. 715–719.