Использование переменных полей для возбуждения ГЛ

Известно, что энергию переменных полей удобно запасать в колебательном контуре, поэтому воздействовать на рабочую среду ГЛ можно, помещая ее либо в конденсатор (рис. 14) — и это будет

Е-разряд (его называют также линейным ГР или емкостным ГР), либо в катушку (рис. 15) — и это будет Н-разряд (его называют также кольцевым ГР или индукционным ГР).

Рис. 14 Рис. 15

Энергия в обоих случаях подводится бесконтактным способом, а цепь разрядного тока замыкается с помощью тока смещения (Е-разряд) или тока индукции (Н-разряда). Ток индукции замыкается на себя.

Рассмотрим эти способы, предполагая, что энергия возбуждения рабочей среды ГЛ достаточна для создания инверсии населенностей на лазерном переходе, т.е. при возбуждении среда становится активной.

Е-разряд

Здесь ионизация газа происходит в результате столкновения нейтральных частиц с электронами, ускоренными в переменном электрическом поле, поэтому на электрон оказывается два воздействия - со стороны внешнего поля и со стороны сталкивающихся с ним нейтральных частиц. При этом внешнее поле воздействует со своей частотой в, а нейтральные частицы — с частотой столкновений w . Отсюда следует, что характер взаимодействия переменного поля с рабочей средой ГЛ будет зависеть от соотношения частот w и w . Рассмотрим два крайних случая:

1. Если w<<w , то в течение полупериода действия внешнего поля его напряженность будет иметь постоянное направление, следовательно, сила, действующая со стороны поля на электрон, также будет иметь постоянное направление. С другой стороны, за это время сила, как и напряженность поля и энергия электрона, изменяют свои величины от нуля до максимального значения и вновь до нуля. В этом случае говорят, что электрон отслеживает поле. Но за это время происходит большое число актов столкновения электрона с частицами, в результате которых будут ионизоваться только те из них, которые столкнутся с электроном с достаточной для этого энергией. Последнее возможно только в области максимальных значений осцилляции поля (рис. 16,а), поэтому разряд в газе со временем будет чередоваться от несамостоятельного к самостоятельному и обратно, а ток — осциллировать. Отсюда следует, что инверсия населенностей на лазерном переходе будет также осциллировать.

(напряженность поля)
(энергия электрона)	eU	eU
скорость ионизации)
(ток ГР)

а б

Рис. 16

2. Если w>w , то с помощью тех же рассуждений, что и в предыдущем случае, можно показать, что электрон не успевает отслеживать поле. Между двумя последовательными актами столкновений электрона с нейтральными частицами он, под действием внешнего поля, несколько раз изменяет направление своего движения. При этом он осциллирует в некотором очень малом объеме газа, не доходя до электродов разрядной трубки.

Если в предыдущем случае частицы, сталкивающиеся с электроном, как бы прощупывали его энергию во времени, и каждая из них подвергалась со стороны электрона удару с разной энергией, то в данном случае энергия таких столкновений становится случайной и практически равновероятной в пределах изменения своей величины. В результате электрон воспринимает воздействие со стороны поля, как воздействие с некоторым средним (или, как говорят, эффективным) значением энергии, поэтому его энергия будет также практически постоянна во времени (рис. 16,б). Это означает, что скорость ионизации газа и ток ГР будут постоянны. Следовательно, значение инверсии на лазерном переходе в этом случае будет также характеризоваться постоянной величиной.

Поскольку электроны практически не доходят до электродов разрядной трубки, то разрядная цепь замыкается током смещения, который протекает через емкость С которая образована пластиной электрода (конденсатора) и ионизованным газом. Поэтому, вообще говоря, разрядная схема имеет вид представленный на рис. 17:

Рис.17 Рис. 18

Н-разряд

Переменное магнитное поле (по правилу "буравчика" наводит в газе переменное электрическое поле, силовые линии которого будут замкнуты на себя (кольцо). Ток будет вихревой и тоже замкнут на себя (рис. 18). Если ЭДС этого поля достаточна для ионизации газа, то на лазерном переходе ГЛ можно получить инверсию среды. Величина тока зависит от сопротивления разрядной цепи, которое мало. Поэтому значение тока велико. Благодаря этому в кольцевом разряде можно реализовать большую плотность энергии, высокую степень ионизации и высокую температуру газа. Именно это привлекает внимание ученых, занимающихся проблемой термоядерного синтеза. Они используют тороидальную разрядную камеру и получают практически полную ионизацию газа. Этот разряд привлекателен и тем, что в нем нет диффузии электронов на стенки, а значит, отсутствуют потери.