Том 34, номер 08, статья № 10

Аннотация:

Представлен метод оценки сечений передачи возбуждения в столкновениях с участием атомов редкоземельных металлов (РЗМ). Рассмотрены случаи передачи возбуждения в столкновениях атомов РЗМ в резонансных неэкранированных 6s6p-состояниях с атомами РЗМ в основном состоянии, а также атомов РЗМ в резонансных экранированных 5d6s²-состояниях с атомами инертных газов. Определение сечений основано на факте столкновительного заселения верхних лазерных уровней от близкорасположенных резонансных уровней, заселяемых электронным ударом в разряде, в лазерах на парах РЗМ. Требуемые для расчета сечений величины определяются из параметров лазерной среды и средней мощности лазерного излучения. Обсуждаются преимущества и недостатки данного метода в сравнении с методами, основанными на оптическом возбуждении атомов металлов и регистрации нерезонансной спонтанной флуоресценции.

Ключевые слова:

столкновительная передача возбуждения, сечение, редкоземельные металл, лазер на парах металлов

Список литературы:

1. Петраш Г.Г. Столкновительные лазеры на атомных переходах // Квант. электрон. 2009. Т. 39, № 2. С. 111–124.
2. Krause L. Collisional excitation transfer between the ²P_1/2 and ²P_3/2 levels in alkali atoms // Appl. Opt. 1966. V. 5, N 9. P. 1375–1382.
3. Pitre J., Krause L. Sensitized fluorescence in vapors of alkali metals: IX. Energy transfer in collisions between sodium and inert gas atoms // Can. J. Phys. 1967. V. 45, N 8. P. 2671–2681.
4. Reid R.H.G, Dalgarno A. Fine-structure transitions and shape resonances // Phys. Rev. Lett. 1969. V. 22, N 20. P. 1029–1030.
5. Münster P., Marek J. Determination of cross sections of excitation transfer between the fine-structure components of Cs (7²P), Rb (6²P) and Rb (7²P) induced by collisions with rare-gas atoms // J. Phys. B: Atom. Mol. Phys. 1981. V. 14, N 6. P. 1009–1018.
6. Huennekens L., Gallagher A. Self-broadening of the sodium resonance lines and excitation transfer between the ³P_3/2 and ³P_1/2 levels // Phys. Rev. A. 1983. V. 27, N 4. P. 1851–1864.
7. DeVries P.L. A quantum calculation of multipole relaxation and transfer cross sections in collisions of Na with Xe // J. Chem. Phys. 1984. V. 80, N 1. P. 186–194.
8. Sharma A.D., Schuessler H.A., Hill, Jr. R.H. Laser-induced-fluorescence detection of collisional excitation transfer in atomic rubidium vapor during collisions with noble-gas and rubidium atoms // Phys. Rev. A. 1988. V. 37, N 12. P. 4649–4655.
9. Konefal Z., Ignaciuk M.Z. Observation of collision-induced amplified emission in Na-noble gas system // Phys. D – Atoms, Molecules and Clusters. 1993. V. 27, N 1. P. 49–54.
10. Сенсибилизированная флуоресценция смесей паров металлов: cб. 1 / под ред. Э.К. Краулини. Рига: Изд-во Латвийского госуниверситета, 1968. 132 с.
11. Сенсибилизированная флуоресценция смесей паров металлов: cб. 2 / под ред. Э.К. Краулини. Рига: Изд-во Латвийского госуниверситета, 1969. 154 с.
12. Столкновительные и радиационные процессы с участием возбужденных частиц: Сб. научн. труд. / под ред. Э.К. Краулини. Рига: Изд-во Латвийского госуниверситета, 1987. 168 с.
13. Gerasimov V.A., Gerasimov V.V., Pavlinskiy A.V. Peculiarities of collisional excitation transfer with excited screened energy levels of atoms // Phys. Rev. A. 2007. V. 76, N 3. P. 034701.
14. Александров Е.Б., Веденин В.Д., Кулясов В.Н. Уширение и сдвиг резонансных линий тулия гелием // Опт. и спектроскоп. 1984. Т. 56, № 4. С. 596–600.
15. Веденин В.Д., Кулясов В.Н. Столкновительные возмущения f–d-переходов в атомах самария и тулия // Опт. и спектроскоп. 1985. Т. 59, № 5. С. 1004–1007.
16. Веденин В.Д. Уширение и сдвиг криптоном резонансных линий тулия и самария // Опт. и спектроскоп. 1987. Т. 63, № 6. С. 1198–1201.
17. Веденин В.Д. Неон: уширение и сдвиг атомных линий тулия и самария // Оптика и спектроскопия. 1991. Т. 70, № 5. С. 956–962.
18. Martin W.C., Zalubas R., Hagan L. Atomic energy levels – the rare-earth elements // Natl. Stand. Ref. Data Ser. (U.S., Natl. Bur. Stand.). 1978. V. 60. 422 p.
19. Александров Е.Б., Попов В.И., Прилипко В.К., Хрящев Л.Ю. Сечения переходов между возбужденными состояниями Tm при столкновениях с атомами Ne и Xe // Оптика Опт. и спектроскоп. 1986. Т. 60, № 5. С. 881–882.
20. Cahuzac Ph. Emissions laser infrarouges dans les vapeurs de thulium et d'ytterbium // Phys. Lett. A. 1968. V. 27, N 8. P. 473–474.
21. Cahuzac Ph. Emissions laser infrarouges dans les vapeurs de terres rares // Phys. Lett. A. 1970. V. 31, N 10. P. 541–542.
22. Герасимов В.А. Газоразрядный импульсный лазер на парах гольмия // Опт. и спектроскоп. 1999. Т. 87, № 1. С. 156–158.
23. Герасимов В.А., Старкова Л.Н. Генерация импульсного лазерного излучения в парах диспрозия // Опт. и спектроскоп. 2002. Т. 92, № 2. С. 335–337.
24. Герасимов В.А., Павлинский А.В. Генерация лазерного излучения на атомарном переходе эрбия в смеси Er + Tm + He // Письма в ЖТФ. 2003. Т. 29, № 23. С. 51–55.
25. Климкин В.М. Исследование газового лазера на парах иттербия // Квант. электрон. 1975. Т. 2, № 3. С. 579–584.
26. Климкин В.М., Прокопьев В.Е., Соковиков В.Г. Исследование зависимости мощности генерации на ИК-линиях иттербия от частоты следования импульсов накачки // Квант. электрон. 1981. Т. 8, № 4. С. 722–725.
27. Герасимов В.А., Юнжаков Б.П. Исследование лазера на парах тулия // Квант. электрон. 1989. Т. 16, № 12. С. 2386–2393.
28. Gerasimov V.A. Metal vapor lasers with indirect excitation of upper laser levels via intermediate states // Proc. SPIE. International Conference on Atomic and Molecular Pulsed Lasers II. 1998. V. 3403. P. 165–174.
29. Герасимов В.А., Герасимов В.В., Павлинский А.В. Оптимальные частоты следования импульсов возбуждения в лазере на парах тулия // Квант. электрон. 2011. Т. 41, № 1. С. 8–12.
30. Gerasimov V.A., Gerasimov V.V. Cross sections of collisional excitation transfer in collisions of rare-earth metal atoms in screened excited states with atoms of inert gases // J. Phys. B. 2011. V. 44, N 19. P. 195201.
31. Фриш С.Э. Оптические спектры атомов. М.; Л.: Гос. изд-во физ.-мат. лит., 1963. 640 с.
32. Сошников В.Н. Функция распределения электронов, населенность и скорость ионизации в плазме импульсного разряда в парах меди, содержащих неон // ЖТФ. 1977. Т. 47, № 7. С. 1501–1505.
33. Герасимов В.А., Старкова Л.Н. Условия эффективной работы лазеров на парах металлов с косвенным возбуждением верхних лазерных уровней // Оптика атмосф. и океана. 2000. Т. 13, № 3. С. 250–253; Gerasimov V.A., Starkova L.N. Conditions for efficient operation of metal-vapor lasers with indirect excitation of the upper lasing levels // Atmos. Ocean. Opt. 2000. V. 13, N 3. P. 227–229.
34. Павлинский А.В. Исследование лазеров с косвенным возбуждением верхних лазерных уровней: дисс. ... канд. физ.-мат. наук. Институт оптики атмосферы СО РАН. Томск, 2003. 115 с.
35. Smirnov Yu.M. Electron-impact excitation of UV lines of DyI // Phys. Scripta. 1994. V. 49, N 6. P. 689–695.
36. Smirnov Yu.M. Excitation of dysprosium atom levels belonging to even 4f⁹6s²6p and 4f¹⁰6p² configurations // Eur. Phys. J. D. 2015. V. 69, N 1. P. 15.
37. Smirnov Yu.M. Excitation of 6snp levels of dysprosium atom by electron impact (n = 6, 7) // J. Phys. B. 2019. V. 52, N 2. P. 025205.
38. Смирнов Ю.М. Возбуждение переходов атомов тулия, оканчивающихся на уровнях 4f¹²(³H)5d6s² (6, 3/2) // Оптика и спектроскопия. 2008. Т. 104, № 5. С. 760–765.
39. Смирнов Ю.М. Сечения возбуждение переходов атома тулия, оканчивающихся на уровнях 4f¹³(²F°)6s6p(³P°) (7/2, J₂) с J₂ = 0, 1 // Опт. и спектроскоп. 2010. Т. 109, № 3. С. 366–371.
40. Смирнов Ю.М. Возбуждение резонансных переходов атома тулия медленными электронами // Опт. и спектроскоп. 2003. Т. 95, № 6. С. 938–944.
41. Герасимов В.В. Метод определения сечений передачи возбуждения в столкновениях с атомами редкоземельных металлов. 2. Применение метода // Оптика атмосф. и океана. 2021. Т. 34, № 8. С. 647–660.
42. Вайнштейн Л.А., Собельман И.И., Юков Е.А. Возбуждение атомов и уширение спектральных линий. М.: Наука, 1979. 320 с.
43. 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.
44. Дэшман С. Научные основы вакуумной техники. М.: Мир, 1964. 716 c.
45. Gerasimov V.A., Gerasimov V.V., Pavlinskiy A.V. Temperature range and conditions of stable operation of gasdischarge rare-earth metal vapor lasers // Appl. Phys. B. 2008. V. 92, N 2. P. 225–227.
46. Климкин В.М. Металлизация кювет в импульсно-периодических лазерах. Причины и следствия // Оптика атмосферы и океана. 2000. Т. 13, № 12. С. 1103–1106; Klimkin V.M. Metallization of cells in pulsed lasers. Causes and effects // Atmos. Ocean. Opt. 2000. V. 13, N 12. P. 1020–1023.