Modeling of the ion recombination calcium vapor laser

G.D. Chebotarev; O.O. Prutsakov; E.L. Latush

Modeling of the ion recombination calcium vapor laser

G.D. Chebotarev¹, O.O. Prutsakov², E.L. Latush³

research article Pages: 51-55

¹ д.ф.-м.н., профессор, кафедра «Квантовая радиофизика», физический факультет, Южный федеральный университет (ЮФУ)
² к.ф.-м.н., ст. науч. сотрудник ФГУП «РНИИРС»
³ д.ф.-м.н., профессор, зав. кафедрой «Квантовая радиофизика», физический факультет, Южный федеральный университет (ЮФУ)

Keywords: the recombination He-Ca+ laser mathematical modeling

Abstract

This work is devoted to numerical modeling of the active medium of the He-Ca+ laser by means of the developed self-consistent mathematical model including the basic physical processes in plasma of the pulsed-periodic discharge, responsible for a pumping and inversion in a wide range of an active medium pressure (up to atmospheric). The He-Ca+ laser is a source of coherent radiation in the UV region of spectrum (=370,6 and 373,7 nm СаII) with high enough average power that does it attractive to practical applications. The model of the He-Ca+ laser includes the joint description of an electric pumping circuit, plasma of the pulsed-periodic discharge, and laser radiation. With this model, one can calculate plasma parameters and laser characteristics in pulsed-periodic regime and also carry out numerical optimization of the laser. To test the model, the comparison of numerical modeling results and the experimental data was carried out for He-Ca+ lasers with the various geometrical sizes. The results of modeling have shown that under a wide range of conditions the model represents well the main trends in the behavior of the active medium characteristics. The model may be used as a convenient instrument to study the kinetics of the active medium of the He-Ca+ laser, and also the model may predict optimum excitation parameters and the laser characteristics of active elements of the various geometrical sizes.

How to cite

Чеботарев Г.Д., Пруцаков О.О., Латуш Е.Л. Моделирование ионного рекомбинационного лазера на парах кальция // Электромагнитные волны и электронные системы. 2012. № 6. С. 51–55.

References

Латуш Е.Л., Сэм М.Ф.Рекомбинационные лазерные переходы в CaII и SrII // ЖЭТФ. 1973. Т. 64. №6. С. 2017-2019.
Латуш Е.Л., Сэм М.Ф.Генерация на ионных переходах щелочно-земельных металлов // Квантовая электроника. 1973. Т. 15. №3. С. 66-71.
Иванов И.Г., Латуш Е.Л., Сэм М.Ф. Ионные лазеры на парах металлов. М.: Энергоатомиздат. 1990.
Ivanov I.G., Latush E.L., Sem M.F. Metal Vapour Ion Lasers: Kinetic Processes and Gas Discharges. Chichester, New York: John Willey & Sons. 1996.
Little C.E. Metal Vapour Lasers: Physics, Engineering and Applications. Chichester, New York: John Willey & Sons, 1999.
Энциклопедия низкотемпературной плазмы / Под ред. В.Е. Фортова. Т. XI-4. Газовые и плазменные лазеры. М.: Физматлит. 2005.
Бабенко С.М., Яковленко С.И.Анализ кинетики процессов в He-Sr лазере // Препринт ИАЭ №3192. Москва. 1979.
Букшпун Л.М., Латуш Е.Л.Математическое моделирование газоразрядного рекомбинационного стронций-гелиевого лазера // Деп. ВИНИТИ. №6298-В87. 1987.
Carman R.J. A self-consistent model for a longitudinal discharge excited He-Sr recombination laser // IEEE J. Quant. Electron. 1990. V. 26. №9. P. 1588-1608.
Carman R.J. A time-depended two electron group model for a discharge excited He-Sr recombination laser // J. Phys. D. 1991. V. 24. P. 1803-1810.
Карелин А.В., Яковленко С.И.Кинетика активных сред лазеров высокого давления на парах металлов (обзор) // Квантовая электроника. 1993. Т. 20. №7. С. 631-651.
Karelin A.V., Yakovlenko S.I. Numerical modeling of active media of high-pressure group-II-metal lasers // Sov. J. of Laser Research. 1994. V. 15. №1. P. 1-9.
Карелин А.В., Широков Р.В. Кинетическая модель Xe-Sr-H2 лазера (430,5 нм) с накачкой жестким ионизирующим излучением // Квантовая электроника. 1997. Т. 24. №5. С. 419-422.
Karelin A.V, Tarasenko V.F., Yakovlenko S.I.High-Pressure Atom and Atomic Ion Lasers (review) // Laser Physics. 2000. V. 10. №4. P. 827-844.
Chebotarev G.D., Prutsakov O.O., Latush E.L.Mathematical modeling of ion recombination strontium vapour laser // Proc. SPIE. 2004. V. 5483. P. 83-103.
Чеботарев Г.Д., Латуш Е.Л., Пруцаков О.О., Фесенко А.А. Кинетика активной среды рекомбинационного He-Sr⁺ лазера. I. Пространственно-временные характеристики // Квантовая электроника. 2008. Т. 38. №4. С. 299-308.
Чеботарев Г.Д., Латуш Е.Л., Фесенко А.А. Кинетика активной среды рекомбинационного He-Sr⁺ лазера. II. Достижимые энергетические характеристики // Квантовая электроника. 2008. Т. 38. №4. С. 309-318.
Chen L., Mao B.N., Wang Y.B., Wang L.M., Pan B.L. A kinetic model for alternate oscillation of self-terminating and recombination lasers in strontium ions // Optics Communication. 2008. V. 281. №5. P. 1211-1216.
Тарасов Л.В. Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения. М.: Радио и связь. 1981.
Физические величины. Справочник / под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат. 1991.
Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. М.: Мир. 1975.
McLucas C.W., McIntosh A.J. Investigation of laser emission in Sr⁺ and Ca⁺ // J. Phys. D. 1987. V. 20. №5. P. 591-596.

[1] Латуш Е.Л., Сэм М.Ф.Рекомбинационные лазерные переходы в CaII и SrII // ЖЭТФ. 1973. Т. 64. №6. С. 2017-2019.

[2] Латуш Е.Л., Сэм М.Ф.Генерация на ионных переходах щелочно-земельных металлов // Квантовая электроника. 1973. Т. 15. №3. С. 66-71.

[3] Иванов И.Г., Латуш Е.Л., Сэм М.Ф. Ионные лазеры на парах металлов. М.: Энергоатомиздат. 1990.

[4] Ivanov I.G., Latush E.L., Sem M.F. Metal Vapour Ion Lasers: Kinetic Processes and Gas Discharges. Chichester, New York: John Willey & Sons. 1996.

[5] Little C.E. Metal Vapour Lasers: Physics, Engineering and Applications. Chichester, New York: John Willey & Sons, 1999.

[6] Энциклопедия низкотемпературной плазмы / Под ред. В.Е. Фортова. Т. XI-4. Газовые и плазменные лазеры. М.: Физматлит. 2005.

[7] Бабенко С.М., Яковленко С.И.Анализ кинетики процессов в He-Sr лазере // Препринт ИАЭ №3192. Москва. 1979.

[8] Букшпун Л.М., Латуш Е.Л.Математическое моделирование газоразрядного рекомбинационного стронций-гелиевого лазера // Деп. ВИНИТИ. №6298-В87. 1987.

[9] Carman R.J. A self-consistent model for a longitudinal discharge excited He-Sr recombination laser // IEEE J. Quant. Electron. 1990. V. 26. №9. P. 1588-1608.

[10] Carman R.J. A time-depended two electron group model for a discharge excited He-Sr recombination laser // J. Phys. D. 1991. V. 24. P. 1803-1810.

[11] Карелин А.В., Яковленко С.И.Кинетика активных сред лазеров высокого давления на парах металлов (обзор) // Квантовая электроника. 1993. Т. 20. №7. С. 631-651.

[12] Karelin A.V., Yakovlenko S.I. Numerical modeling of active media of high-pressure group-II-metal lasers // Sov. J. of Laser Research. 1994. V. 15. №1. P. 1-9.

[13] Карелин А.В., Широков Р.В. Кинетическая модель Xe-Sr-H2 лазера (430,5 нм) с накачкой жестким ионизирующим излучением // Квантовая электроника. 1997. Т. 24. №5. С. 419-422.

[14] Karelin A.V, Tarasenko V.F., Yakovlenko S.I.High-Pressure Atom and Atomic Ion Lasers (review) // Laser Physics. 2000. V. 10. №4. P. 827-844.

[15] Chebotarev G.D., Prutsakov O.O., Latush E.L.Mathematical modeling of ion recombination strontium vapour laser // Proc. SPIE. 2004. V. 5483. P. 83-103.

[16] Чеботарев Г.Д., Латуш Е.Л., Пруцаков О.О., Фесенко А.А. Кинетика активной среды рекомбинационного He-Sr⁺ лазера. I. Пространственно-временные характеристики // Квантовая электроника. 2008. Т. 38. №4. С. 299-308.

[17] Чеботарев Г.Д., Латуш Е.Л., Фесенко А.А. Кинетика активной среды рекомбинационного He-Sr⁺ лазера. II. Достижимые энергетические характеристики // Квантовая электроника. 2008. Т. 38. №4. С. 309-318.

[18] Chen L., Mao B.N., Wang Y.B., Wang L.M., Pan B.L. A kinetic model for alternate oscillation of self-terminating and recombination lasers in strontium ions // Optics Communication. 2008. V. 281. №5. P. 1211-1216.

[19] Тарасов Л.В. Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения. М.: Радио и связь. 1981.

[20] Физические величины. Справочник / под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат. 1991.

[21] Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. М.: Мир. 1975.

[22] McLucas C.W., McIntosh A.J. Investigation of laser emission in Sr⁺ and Ca⁺ // J. Phys. D. 1987. V. 20. №5. P. 591-596.

Abstract

How to cite

Related articles