Modelo auto-consistente para a cinética da descarga do laser a vapor de cobre - Motta, Claudio Costa (1996)
Um modelo computacional autoconsistente para a cinética da descarga em um plasma frio, fracamente ionizado, do tipo produzido em tubos de descarga, foi desenvolvido. Ele foi utilizado para investigar a dinâmica das várias propriedades do plasma, tais como temperaturas, densidades e fluxos das espécies que o compõe. Em particular, o modelo desenvolvido considera explicitamente a composição do plasma contendo várias espécies em vários estados de excitação eletrônica. Pode-se determinar a dinâmica das populações envolvidas nas transições laser do átomo de cobre, num modelo autoconsistente para lasers operando em altas taxas de repetição (-5KHz). O modelo mais completo construido considera cinco níveis para o gás tampão (Ne) e nove níveis para o átomo de cobre. O laser de cobre apresenta duas transições, uma no verde e outra no amarelo (5106 A e 5782 A), ambas terminando em estados metaestáveis de longa duração ( -270 J.LS), no átomo livre. No caso mais geral foram considerados trinta processos para determinar a dinâmica do plasma. O tratamento considera, primeiramente, somente a variação temporal e foi utilizado para estudar o plasma formado por três combinações diferentes de espécies: o gás de He puro; a mistura de He:Cu e por último a mistura Ne:Cu, correntemente utillizada em lasers a vapor de cobre. A evolução temporal da temperatura de elétrons, temperatura dos átomos e densidades das espécies, em particular a das espécies excitadas nos niveis de transição laser, pode ser determinada e os resultados comparados com resultados experimentais e de simulação reportados na literatura, mostrando boa concordância no comportamento geral. Verificou-se neste modelo que o principal mecanismo de desexcitação do nível metaestável inferior da transição laser são as colisões superelásticas e não a desativação via interação com as paredes (difusão). Após este primeiro tratamento o modelo passou a considerar também a dependência radial do plasma numa simetria cilíndrica (modelo radial). Neste caso, o efeito de penetração do campo elétrico é explicitamente considerado e o modelo pode ser aplicado tanto a tubos de pequeno como de grande diâmetro, uma vez que o diâmetro é uma grandeza fundamental para a obtenção de lasers de alta potência. Demonstrou-se que esse efeito produz uma distribuição de população dos níveis envolvidos nas duas transições laser (verde e amarela) do cobre, temporalmente distintas e crescentes da borda para o centro, o que concorda com resultados da literatura. Assim, o pulso do laser irá se iniciar com a emissão verde na borda do tubo, conforme predições de nosso modelo. Determinou-se também que existe um limite máximo para o comprimento do tubo do laser, decorrente da existência de uma janela temporal de ganho (-100 ns).