А.К. Касимов, Н. Мухибов, А.Т.Турсунов, А.О.Турсунбабаев
ПОВЫШЕНИЕ МОЩНОСТИ АЗОТНОГО ЛАЗЕРА С ПОМОЩЬЮ АВТОПРЕДЫОНИЗАЦИИ
Разработан азотный лазер, предыонизация которого осуществлялась с помощью углеродных волокон, используемых в качестве катода. Энергия лазера при напряжении 25 кВ достигала 20 мДж.
Существенное повышение выходной энергии азотного лазера с поперечным возбуждением, работающего при атмосферном давлении, достигается в результате использования внешней предыонизации активной среды [1,2]. Нами разработан новый способ УФ предыонизации активной среды, основанный на использовании предразрядной короны с поверхности катода.
На рис.1 показаны конструкция разрядной камеры и схема контура возбуждения азотного лазера.
Рис.1. Схема лазера на азоте.
Корпус газоразрядной лазерной камеры изготовлен из алюминиевого сплава и стеклотекстолита. Одна из алюминиевых пластин служит общей шиной всех накопительных конденсаторов и одновременно является анодом, другая пластина находится под потенциалом земли.
Разрядная камера содержит анод 1, разрядные емкости 2, катод 3 с нитями из углеродных волокон 4, разрядный промежуток 5. Использовались нити примерно из 5000 углеродных волокон. Каждое волокно имеет диаметр 7- 8 мкм. Углеродные волокна на основе полиакриланитрильных и гидритцеллюлозных волокон обладают высокой прочностью, термостойкостью, устойчивостью к агрессивным химическим средам, являются хорошими автоэмиттерами электронов. Как показали исследования, ток электронов за счет автоэлектронной эмиссии в вакууме для одной нити углеродного волокна может достигать 0,5 мА при напряжении 8 кВ, экспоненциально увеличиваясь с увеличением напряжения. Наиболее стабильные характеристики тока автоэлектронной эмиссии наблюдаются при укладке волокон вдоль разрядного промежутка, как показано на рис.1. При соотношении l/h = 2-10 , где l = 4 - 10 мм - высота электрода из углеродных волокон, h = 1 - 2 мм - ширина нити, характеристики разряда оптимальны. По длине катода укладывалось ~ 480 нитей в два ряда с плотностью ~ 3*104 волокон/см2.
Размер разрядной камеры составляет 870 х 40 х 60 мм, расстояние между электродами равно 36 мм, толщина электрода - 10 мм. Обостряющие емкости были расположены в два ряда по 22 штуки параллельно центральной оси лазерного электрода. Накопительные емкости С = 60 пФ расположены в один ряд непосредственно на стенке камеры.
Прокачка азота происходила со скоростью 3,8 л/мин, при этом оптимальное давление составляло 80 мм рт. ст., а длительность генерации была 6 нс. Максимальная энергия излучения при частоте повторения импульсов 10 Гц и напряжении на накопительной емкости 25 кВ достигала 20 мДж.
В описанной конструкции обеспечивалась предыонизация без использования каких-либо внешних ее источников. Обнаружено интенсивное УФ излучение от подразрядной короны, которая покрывала катод по всей длине. УФ излучение короны предыонизирует газ в объеме между электродами достаточно однородно, для того чтобы образовать однородный тлеющий разряд во всем объеме камеры. Подобную конструкцию можно использовать при создании импульсных лазеров на молекулах СО2 и эксимеров.
Энергия излучения измерялась прибором ИМО-2-2. Частота повторения импульсов составляла 1-25 Гц. Пространственный профиль пучка генерации был полностью однородным в направлении, перпендикулярном поверхностям электродов. В направлении, параллельном поверхностям, интенсивность излучения плавно спадала от центра к краям электродов. Расходимость пучка составляла 3,8 мрад в вертикальном направлении и 5,2 мрад - в горизонтальном.
На рис.2 дана зависимость энергии лазерного излучения от напряжения на накопительной емкости.
Рис.2. Зависимости энергии излучения от напряжения на накопительной емкости С при частоте повторения импульсов 10 Гц и использовании металлического полированного катода (1) и катода из углеродных волокон (2).
1. Hasson V., von Bergman H.M. J. Phys. E, 9, 73 (1976).
2. Ivasaki Ch., Jitsuno T. IEEE J. Quantum Electron., 18, 423 (1982).
|