Приветствую Вас Гость | Вход
Меню сайта
Главная
Азотный ТЕ лазер
Азотный ТЕА лазер
Азотный ТЕА лазер. Блюмляйн
Азотный ТЕА лазер. Блюмляйн в рулоне
Блок питания
Искровой разрядник
Разрядный резистор
Измерение напряжения
Высоковольтный конденсатор
Лампа-вспышка
Вакуумные насосы
Самодельное зеркало
Научные публикации
Литература
Обратная связь
Видеоролики
Лазер на воздухе 1
Лазер на воздухе 2
Лазер на воздухе 3
Лазер на воздухе 4
ТЕА лазер на воздухе
ТЕА лазер на воздухе. Блюмляйн
Насос " ДРОЧУН "
Насос из шприца
Мембранный насос
Насос " Z 1,2 BW "
Насос фирмы " ТАКО "
Вход на сайт
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Самодельный лазер

С.П. Вольская, А.Ф. Целыковский

 

 

ВОЛНОВОДНЫЙ  СО2- ЛАЗЕР  С  ВЫСОКОЧАСТОТНЫМ  ВОЗБУЖДЕНИЕМ

 

 

Приводятся результаты экспериментального исследования энергетических и спектральных характеристик беспроточного волноводного СО2- лазера с поперечным ВЧ возбуждением, работающего в непрерывном режиме. Измерены зависимости мощности генерации от давления, компонентного состава рабочей среды и ВЧ мощности, вводимой в разряд, для капилляров из ВеО диаметрами 3 и 1,6 мм.

 

Применение поперечного высокочастотного емкостного разряда (ВЧЕР) для возбуждения рабочей среды СО2- лазеров создает определенные преимущества: уменьшается величина рабочего напряжения, упрощается конструкция активного элемента [1, 2].
В связи с этим представляется перспективным использование ВЧЕР в малогабаритных волноводных лазерах. В работе [3] сообщалось о получении непрерывной генерации в проточном СО2-лазере в волноводном режиме при ВЧ накачке на частоте 21 МГц.
В данной работе сообщается о результатах экспериментального исследования энергетических характеристик беспроточного СО2-лазера с поперечным ВЧ возбуждением, работающего в непрерывном режиме. Исследования были проведены в разрядных трубках из окиси бериллия с внутренним диаметром 3 и 1,6 мм и длиной 16 и 12 см соответственно (рис. 1,а).

 

 

Конструкция лазера

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Конструкция активного элемента (а) и полого Сu электрода (б):
1 — разрядный капилляр
2 — сильфон
3 — Аl- зеркало
4 — окно из NaCl
5 — полые медные электроды
6 — балластный объем

 

 

 

На одном конце трубки с помощью сильфона на расстоянии 4 мм от разрядного канала крепилось полностью отражающее алюминиевое зеркало. К другому концу приклеивалось под углом Брюстера окно из NaCl. Плоское выходное германиевое зеркало с диэлектрическим покрытием, имевшее коэффициент отражения 98 %, крепилось к пьезокорректору и помещалось в котировочный узел на расстоянии 18 мм от конца разрядного канала. Разрядная трубка соединялась с балластным объемом 1,2 л. Поперечный ВЧ разряд возбуждался с помощью полых медных электродов, внутренний профиль которых повторял форму трубки (рис. 1,б). Электроды и разрядная трубка охлаждались водой, протекающей внутри электродов. Короткозамкнутые на одном конце электроды с другого конца при помощи двухпроводной линии подсоединялись к анодам ламп двухтактного автогенератора, образуя четвертьволновый колебательный контур с рабочей частотой 120 МГц. Мощность ВЧ генератора составляла 90 Вт. Интенсивность излучения лазера регистрировалась с помощью термостолбика или измерителя мощности ИМО-2.
Исследовались смеси углекислого газа с гелием, азотом и ксеноном в диапазоне давлений 15—110 мм рт. ст. На рис. 2 представлены зависимости мощности генерации от суммарного давления активной смеси для различного соотношения компонентов.

 

 

Зависимость мощности генерации лазера от давления рабочей смеси

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Зависимость мощности генерации от давления рабочей смеси:
2 : N2 : Xe : He = 1 : 0 : 0 : 5 (1)
1 : 0 : 0 : 10 (2)
1 : 1 : 0 : 10 (3)
2 : 0 : 1 : 20 (4)
2 : 2 : 1 : 20 (5)
Разрядная трубка Ø 3 мм

 

 

В смеси СО2 — Не оптимальным для генерации являлось соотношение компонентов СО2 : Не = 1 : 8-10 в разрядных трубках диаметром 3 мм и 1 : 6 в трубках диаметром 1,6 мм. С увеличением доли гелия в рабочей смеси увеличивается суммарное давление, соответствующее оптимуму генерации. Введение азота и ксенона значительно повышает мощность генерации, причем эффективность введения ксенона возрастает с уменьшением диаметра капилляра. В трубке диаметром 1,6 мм введение ксенона в смесь СО2 — Не в соотношении СО2 : Не : Хе = 2 : 12 : 1 увеличивало мощность генерации примерно в три раза. Из полученных результатов следует, что оптимальные соотношения компонентов смеси и оптимальные для генерации суммарные давления при ВЧ возбуждении близки к их значениям в СО2- лазерах, возбуждаемых разрядом постоянного тока. Максимальные мощности генерации были получены в четырехкомпонентных смесях:
2 : N2 : Xe : He = 2 : 2 : 1 : 20 (р = 75 мм рт. ст.) в капилляре Ø 3 мм
2 : N2 : Xe : He = 2 : 2 : 1 : 12 (р = 85 мм рт. ст.) в капилляре Ø 1,6 мм (0,8 и 0,18 Вт соответственно).
Стационарный уровень выходной мощности достигался через 10—15 мин после включения ВЧ разряда доставался относительно стабильным в течение 7 ч непрерывной работы экспериментального макета.
Исследования зависимости мощности излучения от вкладываемой в разряд ВЧ мощности показали, что для относительно небольших давлении рабочей смеси быстрый рост мощности излучения с увеличением мощности накачки сменяется насыщением (рис. 3).

 

 

Зависимость мощности генерации лазера от вкладываемой в разряд мощности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Зависимость мощности генерации от вкладываемой в разряд мощности при давлении смеси CО2 : N2 : He = 1 : 1 : 12, р = 37 (1), 50 (2) и 78 мм рт.ст. (3); трубка Ø 3 мм

 

С увеличением давления смеси насыщение наступает при больших вкладываемых в разряд мощностях. При давлениях смеси более 70 мм рт. ст. ограниченная мощность ВЧ генератора не позволила достигнуть насыщения и зависимость носила линейный характер. Отметим, что при вкладываемой в разряд мощности 30 Вт мощность, потребляемая ВЧ генератором от источника питания, составляла 120 Вт. Эффективность лазера по отношению к поглощаемой ВЧ мощности в нашем случае составляла 2—3 %. Значительное повышение КПД возможно при уменьшении резонаторных потерь и улучшении согласования ВЧ генераторов с нагрузкой.
Спектральный состав излучения исследовался с помощью спектрометра ИКС-12. Было установлено, что генерация осуществлялась на одной из линий Р (14) — Р (26) Р- ветви перехода 00°1 —10°0 молекулы СО2. Перестройка генерации с одной линии на другую производилась изменением длины резонатора пьезокорректором.
Максимальные потери резонатора за проход составляли 16 и 24 % для капилляров Ø 3 и 1,6 мм соответственно, что дает коэффициент усиления не менее 0,96 м-1 для капилляра Ø 3 мм и 2 м-1 для капилляра Ø 1,6 мм. Были проведены измерения коэффициента усиления слабого сигнала в капилляре Ø 3 мм в центре линий Р (20) и Р (16). В смеси CО2 : N2 : Xe : He = 1 : 1 : 0,5 : 12 (р = 70 мм рт.ст.) коэффициент усиления составлял для линий Р (20) и Р (16) 1,28 и 0,97 м-1 соответственно.
Измерения напряжений на электродах показали, что напряжение возникновения разряда определяется суммарным давлением смеси и парциальными давлениями молекулярных компонентов. Для смеси CО2 : N2 : He = 1 : 1 : 12 при суммарном давлении 80 мм рт. ст. напряжение возникновения разряда равнялось 270 В в трубках Ø 3 мм и 215 В в капилляре Ø 1,6 мм. Низкие напряжения возникновения и горения ВЧЕР, устойчивость горения разряда способствуют его использованию для возбуждения отпаянных волноводных СО2- лазеров.
Таким образом, в результате проведенных измерений была получена непрерывная генерация в беспроточном волноводном СО2- лазере при поперечном ВЧ возбуждении, определены оптимальные давления и состав активной среды.

 

 

 

1. Leo RF СО2 waveguide lasers. Laser Focus, 15, N 5, 115 (1979)

2. Г.Я . Умаров, М.М . Мириноятов, X.X. Xаджимухамедов, А.Т. Мирзаев, В.А. Степанов  ДАН УзССР, № 11, 31 (1976)

3. J.L. Lасhambге, J.Macfarlane, G. Оtis, P. Lavigne. Appl. Phys. Letts,  32, 10 (1978)

Конструктор сайтов - uCoz