Comparative Study on the Efficiency of the Gas Discharge Lasers - Limiting Efficiency of Metal Vapor Lasers -

기체방전 레이저의 효율에 관한 연구 -금속증기레이저의 한계효율-

Practical efficiencies of pulsed gas discharge lasers utilizing vaporized Au, Ba, Cu, Fe, Mn, Pb, TI atoms are numerically optimized for a discharge pulse of 30 ns rise time at 5 kHz pulse repetition rate. Calculated optimum operating temperatures are close to the values at which the vapor pressure of each atom is about 1 Torr and are in good agreement with experimental values reported elasewhere. The optimum charging voltage was about 4 kV for all atomic vapor lasers except the TI laser. The calculated maximum efficiencies that have been discussed for possible limiting efficiencies for each laser were considerably higher than the reported experimental values. Especially, they were as high as 6.8% for Mn laser and 15% for Ba laser that were comparable to the 8.5% of copper vapor laser, from which considerably higher efficiencies can be expected for these two lasers experimentally. But, the present calculation shows a very low efficiency of 0.058% and requires an exceptional operating condition for the TI laser.

증기상태의 원자 Au, Ba, Cu, Fe, Mn, Pb, Tl을 모기체로 하는 펄스형 기체방전레이저에 관하여 30ns의 rise time, 펄스반복율 5kHz 방전에 대한 최적동작조건 및 최대효율이 각각 계산되었다. 최적작동온도는 각 원자의 증기압이 대략 1 Torr가 되는 온도이며, 실험에서 보고된 온도범위와 좋은 일치를 보여 주었다. 효율을 최대로 하는 충전전압은 특히 효율이 낮은 Tl을 제외하고는 대락 4kV 정도의 값에서 얻어졌다. 각 레이저의 실질적인 한계효율로서 검토될 수 있는 최대효율은 보고된 실험값 보다 상당히 높은 값으로 계산되었다. 특히, Ba 레이저와 Mn 레이저의 효율은 각각 6.8%, 15%로서 구리증기레이저의 효율 8.5%와 비교할 만한 값이며 실험적으로 보다 높은 효율이 얻어질 수 있음을 예측할 수 있다. 반면에, Tl레이저는 대단히 낮은 효율 0.058%와 예외적인 동작조건을 보여주었다.