Ломоносовская премия - 1975: Е.П.Велихов, В.Д.Письменный, А.Т.Рахимов

С 1967 г. в лаборатории физики плазмы НИИЯФ велись исследования, направленные на создание непрерывных газовых лазеров на основе СО2, возбуждаемых несамостоятельным разрядом. Первый такой лазер был создан в лаборатории в 1968 г. Давление газовой смеси в нём было около 10 торр, а возбуждение среды осуществлялось продольным несамостоятельным разрядом. В качестве внешнего источника ионизации использовался стационарный пучок энергичных протонов. В этих первых экспериментах было показано, что несамостоятельный разряд по сравнению с использовавшимся ранее самоподдерживающимся разрядом обладает принципиальным достоинством, которое заключается в возможности независимого контролирования концентрации электронов в плазме и их средней энергии. Это обстоятельство позволяет оптимизировать условия возбуждения активных молекул, приблизившись к ситуации, когда почти вся энергия газового разряда переходит в возбуждение верхнего лазерного уровня молекул СО2.

Практически важным преимуществом такого способа накачки является возможность эффективного перехода к поперечному газовому разряду для возбуждения генерации в больших объёмах при высоком газовом давлении, т.к. использование внешнего ионизирующего источника существенно стабилизирует однородное горение газового разряда. Это обстоятельство было продемонстрировано в ряде лабораторий мира (1971–1972), когда использование мощных источников ионизации позволило создать импульсные лазеры на основе СО2, действующие при давлении газа порядка атмосферного.

Однако длительность однородного горения газового разряда и длительность генерации в этих лазерах не превышала величину порядка нескольких микросекунд, что обуславливалось высоким уровнем электрических мощностей, развиваемых в используемых разрядах. Оставалось неясным, насколько нужно и возможно ли принципиально понижать уровень развиваемых в газовом разряде удельных мощностей, чтобы обеспечить минимально необходимое возбуждение активной среды и перейти в непрерывный режим работы.

Нужно было ответить на ряд вопросов, связанных с физикой стационарного горения несамостоятельных разрядов в газах высокого давления, с оптическими характеристиками возбуждаемой среды, а так же вопросы технологического характера, связанные с возможностью реального создания стационарных источников внешней ионизации с необходимым уровнем мощности. Необходимо было найти газовые компоненты, которые не уступая по своим полезным характеристикам обычно используемым смесям, обладали бы большей доступностью.

Для экспериментального ответа на вопросы физического характера в лаборатории был создан ряд физических установок, работающих в режиме квазистационарного несамостоятельного разряда. Длительность излучения в этих лазерах составляла величину порядка сотен микросекунд. Такие разряды (в отличие от микросекундных) полностью моделируют физические условия, реализующиеся в непрерывных СО2-лазерах и не требуют больших расходов газа и трудоёмкой работы по созданию газодинамического контура.