Коллективная монография, написанная ведущими американскими специалистами и посвящённая актуальным проблемам физики газовых лазеров. Главное внимание уделено вопросам повышения кпд, мощности и улучшению других параметров этих лазеров. Даётся подробный анализ влияния отрицательных ионов на характеристики активных сред. Излагаются теория неравновесного состояния газа, лежащая в основе кинетической модели СО-лазера и широкого класса химических лазеров, а также теории ион-ионной и электрон-ионной рекомбинаций. Описываются физические аспекты мощных лазерных усилителей на СО₂. Большое внимание уделено эксимерным лазерам и связанным с ними вопросам (спектроскопии эксимерных молекул, модельным представлениям механизмов образования и разрушения верхнего лазерного уровня, экспериментальным исследованиям электроразрядных лазеров, процессам поглощения УФ излучения, разрядам высокого давления с предыонизацией, анализу устойчивости разрядов, используемых для накачки).

Справочное руководство для научных работников и инженеров, специализирующихся в области атомной и молекулярной физики, квантовой электроники и спектроскопии, а также для студентов и аспирантов.

В 1985 г. мировая научная общественность отметила 25-летний юбилей создания лазеров. За это время лазер превратился из уникального лабораторного устройства в мощный инструмент для научных исследований и послужил основой для возникновения ряда новых направлений науки и техники. Теперь можно без преувеличения утверждать, что создание лазеров является одним из крупнейших достижений научной мысли XX века, последнюю четверть которого можно назвать эпохой лазерной технологии.

В настоящее время среди широкого спектра различных лазеров два класса занимают доминирующее положение в области практических применений — это лазеры на кристаллах и стёклах и газовые лазеры. Именно с создания лазеров этих двух классов — рубинового и гелий-неонового — началось развитие лазерной техники.

В последние годы в связи с развитием волоконно-оптических систем связи резко выросла также роль инжекционных полупроводниковых гетеролазеров.

На сегодняшний день газовые лазеры перекрывают весь спектральный диапазон излучения — от вакуумного ультрафиолета до дальнего инфракрасного и субмиллиметрового. Они обладают рекордными энергетическими характеристиками; мощность их излучения в непрерывном режиме достигает сотен киловатт, энергия в импульсе — десятков килоджоулей, а импульсная мощность — десятков тераватт. В литературе уже обсуждаются проекты лазерных установок для лазерного управляемого термоядерного синтеза с энергиями в импульсе 1—10 мегаджоулей и средней мощностью излучения в десятки мегаватт.

Газовые лазеры малой мощности, но с предельной стабильностью частоты излучения, используемые в качестве стандартов частоты, длины и времени, имеют рекордную степень когерентности излучения.

Это лишь два примера, которые иллюстрируют замечательные характеристики газовых лазеров, нашедших широкое применение в физике, электронике, биологии, медицине, связи, химии и ряде других областей, в том числе в машиностроении.

Основой успеха в разработке и создании этого класса лазеров послужило детальное изучение элементарных процессов физики атомных и молекулярных столкновений. В свою очередь бурное развитие лазерной техники резко ускорило исследования в этой области физики. Интенсивному экспериментальному и теоретическому анализу были подвергнуты процессы колебательной, вращательной и V-Т-релаксации, процессы прилипания, ион-ионной и электрон-ионной рекомбинации, а также процессы электронного возбуждения атомных и молекулярных уровней. Новый этап начался в исследованиях кинетики химических реакций. За последние десять лет развернулись работы по изучению кинетики молекулярных объектов, до этого вообще не известных науке, — эксимерных и эксиплексных молекул. Известно, что эксимерные лазеры в настоящее время являются очень перспективным направлением как благодаря возможности создания перестраиваемых источников излучения в ультрафиолетовой и видимой областях спектра, так и в связи с тем, что эти системы могут потенциально обеспечивать очень высокий кпд.

Перечисленный круг вопросов и составляет содержание предлагаемой читателю коллективной монографии, написанной рядом крупных американских специалистов, продолжающих интенсивно работать в области газовых лазеров. Основное достоинство книги, помимо того обширного и конкретного материала, который в ней содержится, состоит в том, что авторы стремились дать обзор самых последних результатов и полно представить литературу. Удачным можно считать и охват различных вопросов проблемы — от рассмотрения фундаментальных кинетических процессов до анализа работы конкретных типов газовых лазеров.

Учитывая быстрые темпы развития работ в данном направлении, следует отметить те новые успехи, которые были достигнуты в области газовых лазеров после того, как было опубликовано американское издание книги. Например, необходимо упомянуть о волноводных СО₂-лазерах, использующих капиллярные разряды; эта область в настоящее время развивается очень активно. Весьма большой интерес сейчас представляет разработка плазменных рекомбинационных лазеров, рассмотрение принципа действия и основных процессов которых было бы естественным продолжением материала, изложенного в шестой главе данной книги; это используется для создания плазменных лазеров на парах металлов, на переходах инертных газов и атомарного водорода. В последнее время это направление привлекает особенно пристальное внимание в связи с универсальностью рекомбинационных схем накачки для ионов с зарядом различной кратности, что открывает перспективу продвижения во всё более коротковолновый диапазон за счёт использования ионов всё более высокого заряда. Созданные ранее системы на рекомбинирующей плазме в быстрых разрядах дополнились новыми лазерами на рекомбинирующей лазерной плазме. Совсем недавно удалось получить весьма высокие коэффициенты усиления на рекордно коротких длинах волн в плазме неоноподобных ионов селена (206,3 и 209,6 А) и иттрия (154,9 и 157,1 А), и теперь можно говорить об освоении диапазона волн мягкого рентгеновского излучения. Это направление работ рассматривается в книге: Гудзенко Л. И., Яковленко С. И. Плазменные лазеры. — М.: Наука, 1978, которая удачно дополняется обзорной статьей в журнале: Известия АН СССР. Серия физическая, 1984, т. 48, № 8, с. 1626.

Настоящая книга существенно дополняет имеющуюся оригинальную и справочную литературу по данной тематике. Она будет полезна для исследователей, занимающихся разработкой газовых лазеров, для научных работников и инженеров, специализирующихся в области атомной и молекулярной физики, квантовой электроники, спектроскопии, а также для студентов и аспирантов соответствующих специальностей.

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
П. П. Пашинин

Книги на ту же тему

1. Эксимерные лазеры, Роудз Ч., ред., 1981
2. Химия плазмы. Вып. 7, Смирнов Б. М., ред., 1980
3. Кинетическая теория лазеров, Машкевич В. С., 1971
4. Квантовая оптика и квантовая радиофизика, Кролль Н., Глаубер Р., Лэмб У., Вантер Ж., 1966
5. Плазменные ускорители и ионные инжекторы, Козлов Н. П., Морозов А. И., ред., 1984
6. Физические основы лазерной резки толстых листовых материалов, Ковалёв О. Б., Фомин В. М., 2013
7. Лазерно-искровая эмиссионная спектроскопия, Кремерс Д., Радзиемски Л., 2009
8. Физика слабоионизованного газа (в задачах с решениями): Учебное пособие. — 2-е изд-е, перераб., Смирнов Б. М., 1978
9. Медленные атомные столкновения, Никитин Е. Е., Смирнов Б. М., 1990
10. Итоги науки и техники: Физика плазмы. Том 3, Шафранов В. Д., ред., 1982
11. Неравновесная колебательная кинетика, Капителли М., ред., 1989
12. Современные лазерно-информационные технологии, Панченко В. Я., Лебедев Ф. В., ред., 2014