Đóng góp cho lý thuyết về các phóng điện thể tích không tự duy trì trong khí phân tử và khí quý

Journal of Russian Laser Research - Tập 5 - Trang 603-646 - 1984
V. V. Aleksandrov, E. P. Glotov, V. A. Danilychev, V. N. Koterov, A. M. Soroka

Tóm tắt

Các kết quả được trình bày từ các cuộc điều tra về các phóng điện thể tích không tự duy trì (NV). Cấu trúc của NV được nghiên cứu và các đặc tính dòng điện - điện áp được vẽ cho các phóng điện NV trong khí phân tử. Thời gian đặc trưng của các quá trình quá độ trong lớp catot của phóng điện điều khiển bằng chùm electron không ổn định (EBC) được xác định. Đề xuất sử dụng phóng điện NV như một phần tử phi tuyến trong laser dao động thư giãn. Các kết quả được trình bày từ các thí nghiệm máy tính với laser như vậy. Ảnh hưởng của chuyển động thủy động của hỗn hợp lên các đặc tính của lớp catot trong laser EBC liên tục mở được khám phá. Kết quả cho thấy rằng sự phát xạ cực tím của các phân tử excimer thay đổi một cách căn bản cấu trúc của lớp catot trong phóng điện EBC trong khí quý, cụ thể là hiệu ứng quang học mạnh trên catot dẫn đến sự xuất hiện của một độ sụt điện thế catot âm. Phóng điện quang tự duy trì và phóng điện EBC trong khí quý được xem xét; trong các phóng điện này, mật độ plasma được duy trì bằng ion hóa tạp chất hoặc bằng kích thích electron của các nguyên tử thông qua phát xạ từ các phân tử excimer.

Từ khóa

#phóng điện thể tích không tự duy trì #số liệu quan sát #laser dao động thư giãn #plasma #khí quý

Tài liệu tham khảo

N. G. Basov, É. M. Belenov, A. F. Suchkov, and V. A. Danilychev, “Pulsed CO2 laser with high gas-mixture pressure,” Kvantovaya Elektron. (Moscow), No. 3, 121–122 (1971). C. A. Fenstermacher, M. J. Nutter, J. P. Rink, and K. Boyer, “Electron-beam initiation of large-volume electrical discharge in CO2-laser media,” Bull. Am. Phys. Soc., Ser. II,16, No. 1, 42 (1971). E. P. Velikov, I. V. Novobrantsev, V. D. Pis'mennyi, et al., “Concerning combined pumping of gas lasers,” Dokl. Akad. Nauk SSSR,205, No. 6, 1328–1331 (1972). N. G. Basov, É. M. Belenov, V. A. Danilychev, and A. F. Suchkov, “Compressed carbon dioxide electron-beam controlled lasers,” Usp. Fiz. Nauk,114, No. 2, 213–247 (1974). E. P. Velikhov, V. D. Pis'mennyi, and A. T. Rakhimov, “Non-self-maintaining gas-dis-charge exciting cw CO2 lasers,” Usp. Fiz. Nauk,122, No. 3, 419–448 (1977). B. M. Koval'chuk, V. V. Kremnev, and G. A. Mesyats, “Avalanche discharge in a gas and generation of high-current nano- and subnanosecond pulses,” Dokl. Akad. Nauk SSSR,191, No. 1, 76–78 (1970). V. A. Danilychev, O. M. Kerimov, and I. B. Kovsh, “Molecular high-pressure gas lasers,” Radiotekhnika, VINITI, Moscow, Vol. 12 (1977). N. G. Basov, V. A. Danilychev, and I. B. Kovsh, “Present status of research into the electroionization method of excitation,” Tr. FIAN,116, 3–6 (1980). V. M. Andriyakhin, E. P. Velikhov, V. V. Vasil'tsov, et al., “High-pressure gas laser preionized with a reactor,” Pis'ma Zh. Eksp. Theor. Fiz.,15, No. 11, 637–639 (1972). L. P. Menakhin, E. K. Eroshenkov, I. O. Sibiryak, and K. N. Ul'yanov, “Glow discharge in nitrogen with gas ionization by an electron beam,” Zh. Tekh. Fiz.,46, No. 11, 2429–2432 (1976). L. P. Menakhin, E. K. Eroshenkov, K. N. Ul'yanov, and L. P. Shanturin, “Non-self-maintaining glow discharge in nitrogen,” Zh. Tekh. Fiz.,45, No. 1, 148–151 (1975). G. A. Bytyrbekov, V. A. Danilychev, I. B. Kovsh, et al., “Electron-beam controlled CO2 laser operating in the active zone of a stationary nuclear reactor,” Kvantovaya Elektron. (Moscow),4, No. 8, 1761–1764 (1977). N. O. Blinov, I. A. Leont'ev, V. K. Orlov, and N. V. Cheburkin, “Electron-beam-controlled closed-cycle pulse-periodic CO2 laser,” Kvantovaya Elektron. (Moscow),4, No. 8, 1808–1809 (1977). M. J. W. Boness and R. E. Center, “High-pressure pulsed electrical CO laser,” J. Appl. Phys.,48, No. 7, 2765–2771 (1977). E. Hoag, H. Pease, J. Staal, and J. Zar, “Performance characteristics of a 10-kW industrial CO2 laser system,” J. Appl. Opt.,13, No. 8, 1959–1964 (1974). N. G. Basov, I. K. Babaev, V. A. Danilychev, et al., “Electron-beam-controlled closed-cycle cw CO2 laser,” Kvantovaya Elektron. (Moscow),6, No. 4, 772–781 (1979). A. V. Eletskii and B. M. Smirnov, “Single-pulse CO2 laser,” Dokl. Akad. Nauk SSSR,190, No. 4, 809–812 (1970). J. J. Thomson and G. P. Thomson, Conduction of Electricity through Gases, Vol. 1, Cambridge Univ. Press, London (1928). B. B. Rossi and H. H. Staub, Ionization Chambers and Counters, McGraw-Hill, New York (1949). E. P. Blotov, V. A. Danilychev, and I. V. Kholin, “Adhesion and recombination in an electron-beam-excited discharge plasma,” Trudy FIAN116, 188–201 (1980). V. V. Aleksandrov, V. N. Koterov, V. V. Pustovalov, et al., “Space-time evolution of cathode layer in electron-beam controlled lasers,” Kvantovaya Elektron. (Moscow),5, No. 1, 114–121 (1978). E. R. Pugh, J. Wallace, J. H. Jacob, et al. “Optical quality of pulsed electron-beam-sustained lasers,” J. Appl. Opt.,13, No. 11, 2512–2527 (1974). V. V. Aleksandrov, V. N. Koterov, and A. M. Soroka, “Asymptotic analysis of the structure of a non-self-maintaining volume gas discharge,” Zh. Vychisl. Mat. Mat. Fiz., No. 5, 1214–1229 (1978). A. P. Averin, V. V. Aleksandrov, E. P. Glotov, et al., “Non-self-maintained discharges in nonelectronegative gases (theory and experiment),” Zh. Tekh. Fiz.,51, No. 6, 1172–1178 (1981). V. V. Zakharov, A. A. Karpikov, and E. V. Chekhunov, “Gas discharge in nitrogen with stationary external ionization,” Zh. Tekh. Phys.,46, No. 9, 1846–1856 (1976). S. A. Golubev, A. S. Kovalev, I. A. Loginov, et al., “Cathode potential drop in a stationary non-self-maintaining electron-beam-controlled discharge,” Fiz. Plazmy,3, No. 5, 1011–1016 (1977). E. P. Velikhov, S. A. Golubev, Yu. K. Zemtsov, et al., “Non-self-maintaining stationary gas discharge in CO2∶N2 mixtures at atmospheric pressure with ionization by an electron beam,” Zh. Eksp. Teor. Fiz.,65, No. 2, 543–549 (1973). V. V. Aleksandrov, V. A. Danilychev, V. N. Koterov, et al., “To the theory of electroionized discharge,” J. Phys.,40, No. 7, 7357–7358 (1979). V. V. Aleksandrov, V. N. Koterov, V. V. Pustovalov, and A. M. Soroka, “Space-charge oscillations in the cathode layer of a non-self-maintaining gas discharge,” Dokl. Akad. Nauk SSSR,241, No. 5, 1050–1053 (1978). V. V. Aleksandrov, E. P. Glotov, V. A. Danilychev, et al., “Relaxation oscillator using non-self-maintaining volume gas discharge (computer experiment),” Dokl. Akad. Nauk SSSR,258, No. 1, 63–68 (1981). J. A. Mangano and J. H. Jacob, “Electron-beam-controlled discharge pumping of the KrF laser,” Appl. Phys. Lett.,27, No. 9, 495–497 (1975). E. W. McDaniel, Collision Phenomena in Ionized Gases, Wiley, New York (1964). A. D. McDonald, Microwave Breakdown in Gases, Wiley, New York (1966). I. I. Sobel'man, Introduction to the Theory of Atomic Spectra, Pergamon Press, Oxford (1973). Ya. B. Zel'dovich and Yu. P. Raizer, Physics of Shock Waves and High-Temperature Hydrodynamic Phenomena, Academic Press, New York, (1966, 1967). A. Engel and M. Steenbeck, Physics and Technology of Electric Discharge in Gases [Russian translation], IL, Moscow-Leningrad (1936). S. C. Brown, Basic Data of Plasma Physics, MIT Press, Cambridge, Mass. (1959). I. E. Tamm, Principles of Electricity Theory [in Russian], Nauka, Moscow (1976). I. P. Shkarofsky, T. W. Johnston, and M. P. Bachynskii, The Particle Kinetics of Plasmas, Addison-Wesley, Reading, Pa. (1966). L. B. Leob, Fundamental Processes of Electrical Discharges in Gases, Wiley, New York (1939). E. P. Glotov, V. A. Danilychev, V. N. Koterov, and A. M. Soroka, “Effect of negative cathode potential drop of electron-beam-controlled discharge,” Pis'ma Zh. Tekh. Fiz.,5, No. 16, 972–975 (1979). E. P. Glotov, V. A. Danilychev, A. I. Milanich, and A. M. Soroka, “Self-maintaining discharge with volume photoionization of impurities in noble gases,” Kvantovaya Elektron. (Moscow),6, No. 11, 2469–2471 (1979). V. A. Danilychev, E. P. Glotov, A. I. Milanich, and A. M. Soroka, “The theory of a volume high-pressure discharge with photoionization of the electron-excited particles for pumping the lasers on electron transitions,” IEEE,QE-15, No. 2, 154–159 (1980). V. A. Godyak and A. A. Kuzovnikov, “Rectifying properties of rf discharges,” Fiz. Plazmy,1, No. 3, 496–503 (1975). E. V. Chekhunov, “Current-voltage characteristics of a discharge in an externally ionized gas,” Zh. Prikl. Mekh. Tekh. Fiz., No. 4, 16–19 (1979). J. L. Neuringer, “Analysis of the cathode fall in high-voltage low-current gas discharges,” J. Appl. Phys.49, No. 2, 590–592 (1978). H. Raether, Electron Valanches and Breakdown in Gases, Butterworths, London (1964). A. J. Davies, C. J. Evans, and F. L. Jones, “Electrical breakdown of gases: the spatio-temporal growth of ionization field distorted by space charge,” Proc. R. Soc.,281A, No. 1385, 164–183 (1964). Yu. P. Raizer, Fundamentals of Modern Physics of Gas-Discharge Processes [in Russian], Nauka, Moscow (1980). A. P. Avrin, E. P. Glotov, V. A. Danilychev, et al., “Negative differential conductivity of an electron-beam-controlled discharge in nitrogen,” Pis'ma Zh. Tekh. Phys.,6, No. 9, 405–408 (1980). S. V. Starodubtsev and A. M. Romanov, Passage of Active Particles Through Matter [in Russian], Izd. Akad. Nauk Uzb. SSR, Tashkent (1962). R. C. Smith, “Computed secondary electron and electric field distribution in an electron-beam-controlled gas-discharge laser,” Appl. Phys. Lett.,21, No. 8, 352–355 (1972). A. F. Vitshas and K. N. Ul'yanov, “Ionization instability of non-self-sustained discharge in molecular gases,” Zh. Tekh. Fiz.,46, No. 4, 896–899 (1976). J. D. Cole, Perturbation Methods in Applied Mathematics, Xerox College (1968). N. N. Bogolyubov and N. N. Mitropol'skii, Asymptotic Methods in the Theory of Nonlinear Oscillations, Gordon and Breach, New York (1964). N. V. Butenin, Yu. I. Neimark, and N. A. Fufaev, Introduction to the Theory of Nonlinear Oscillations [in Russian], Nauka, Moscow (1976). S. G. Kalashnikov, Electricity [in Russian], Nauka, Moscow (1977). A. F. Volkov and Sh. M. Kogan, “Physical phenomena in semiconductors with negative differential conductivity,” Usp. Fiz. Nauk,96, No. 4, 633–672 (1968). G. B. Lopantseva, A. F. Pal', I. G. Persiantsev, et al., “Instability of non-self-maintaining discharge in mixtures of argon with molecular gases,” Fiz. Plazmy,5, No. 6, 1370–1379 (1979). Shih-I Pai, Fluid Dynamics of Jets, Van Nostrand, New York (1954). H. Schlichting, Boundary Layer Theory, McGraw-Hill, New York (1968). L. I. Dobretsov and M. V. Gomoyunova, Emission Electronics [in Russian], Nauka, Moscow (1966). F. Kacmarek, Introduction of Laser Physics [Russian translation], Mir, Moscow (1981). B. L. Borovich, V. S. Zuev, V. A. Katulin, et al., “High-current emitting discharges and optically pumped gas lasers,” Radiotekhnika, Vol. 15, VINITI, Moscow (1978). E. P. Glotov and I. I. Divnov, “Brightness of shock waves in argon in the vacuum-ultraviolet region,” Zh. Prikl. Mekh. Tekh. Fiz., No. 5, 132–136 (1975). V. Yu. Baranov, V. M. Borisov, and Yu. Yu. Stepanov, “XeF laser with 2-nsec generation pulse and with divergence close to the diffraction limit,” Kvantovaya Elektron. (Moscow),8, No. 10, 2271–2274 (1981). V. Hasson, C. M. Lee, R. Exberger, et al., “Gain and fluorescence measurements in photoionization-stabilized XeF discharge lasers operating at high-energy loadings,” Appl. Phys. Lett.,31, No. 3, 167–169 (1977). A. T. Rakhimov and N. V. Suetin, “Effect of intrinsic radiation on the development of ionization instability of a non-self-maintaining discharge that excites excimer lasers,” Kvantovaya Elektron. (Moscow),6, No. 4, 859–863 (1979). Yu. P. Raizer, Laser-Induced Discharge Phenomena, Plenum Publ., New York (1977). S. Chandrasekhar, Radiative Transfer, Clarendon Press, Oxford (1950). G. I. Marchuk, Theory and Methods for Nuclear Reactor Calculations, Plenum Publ. (1964). V. V. Aleksandrov, E. P. Glotov, V. A. Danilychev, et al., “Conditions for burning of a self-maintaining volume photoionization discharge,” Dokl. Akad. Nauk SSSR,224, No. 4, 840–843 (1979). N. G. Basov, E. P. Glotov, A. I. Milanich, and A. M. Soroka, “Pumping of high-power gas lasers by a self-sustaining electrophotoionization discharge,” Pis'ma Zh. Tekh. Fiz.,5, No. 8, 449–453 (1979). E. P. Glotov, V. A. Danilychev, A. I. Milanich, and A. M. Soroka, “Self-maintaining electrophotoionization discharge in ternary mixtures containing noble gases and halidecontaining molecules,” Kvantovaya Elektron. (Moscow),6, No. 9, 2000–2008 (1979). L. A. Bessonov, Theoretical Foundations of Electrical Engineering [in Russian], Vysshaya Shkola, Moscow (1978). N. G. Basov, L. A. Vasil'ev, V. N. Volkov, et al., “Electron-beam-controlled lasers based on inert-gas halides,” Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Fiz.,43, No. 2, 240–245 (1979).