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

В.П. Горковский, Н.В. Карлов, И.О. Ковалев, Б.М. Ковальчук, Г.П. Кузьмин, Г.А. Месяц, А.М. Прохоров

 

 

МОЩНЫЙ   ИМПУЛЬСНЫЙ   СО2- ЛАЗЕР   С   ПЛАЗМЕННЫМИ   ЭЛЕКТРОДАМИ

 

 

Показано, что плазменные листы, образованные скользящим по поверхности диэлектрика разрядом, могут служить источником предыонизации и электродами в СО2- лазерах атмосферного давления с сечением активной среды 150 х 150 мм, обеспечивая энергетические параметры лазера, не уступающие лазерам с предыонизацией электронным пучком.

 

 

Применение в качестве электродов СО2- лазера плазменных листов, образованных скользящим по поверхности диэлектрика разрядом [1], позволило осуществить однородную накачку активной среды СО2- лазера сечением 70 х 70 мм при атмосферном давлении рабочей смеси с энерговкладом до 350 Дж/(л*атм) [2]. При этом устойчивый объемный разряд удавалось получить в лазерных газовых смесях с содержанием СО2 до 50 %, что позволило рассчитывать на существенное увеличение межэлектродного зазора для смесей с необходимым для эффективной лазерной генерации содержанием СО2 (20 %).
Высокая устойчивость импульсного объемного разряда с плазменным катодом, продемонстрированная ранее в [3], обусловлена тем, что максимум концентрации электронов, созданных УФ излучением, имеет место вблизи катода основного разряда. Кроме того, так как основной разряд развивается из плазмы скользящего, то отсутствует область катодного падения по основному разряду. Стабилизирующее действие плазменного катода на объемный сильноточный разряд связано также с наличием собственного активного сопротивления. Второй плазменный электрод (анод), не снижая устойчивости основного разряда, должен обеспечивать более интенсивную и однородную засветку лазерного объема УФ излучением скользящего разряда, что создает предпосылки осуществления накачки больших объемов активной лазерной среды.
Схема экспериментальной установки показана на рис. 1. Была создана лазерная камера с сечением рабочего объема 150 х 150 мм и длиной плазменных электродов 800 мм. Так же, как и в [2], плазменные электроды создавались на подложке из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм.

 

 

Схема лазера

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Схема экспериментальной установки:
С1 = С2 = 0,1 мкФ — емкостные накопители плазменных электродов; С3 = С4 = 0,011мкФ, C5 = 3,3 нФ — обостряющие емкости;
R1 = R2 = 1,5 кОм;
P1, P2 — управляемые разрядники

 

 

Вместо импульсного трансформатора для обеспечения основного энерговклада в объемный разряд используется шестикаскадный генератор импульсного напряжения (ГИН), собранный по схеме Маркса на конденсаторах емкостью 1,0 мкФ с собственной индуктивностью 20 нГ, заряжаемых до 40 кВ. Генератор коммутируется многозазорным разрядником [4]. Использование ГИН позволило повысить начальное напряжение на электродах лазера до 240 кВ. Энергия, идущая на образование плазменных электродов, составляет 15 % основного энерговклада или около 0,2 Дж/см2 (так же, как и в [2]).
Требуемое время энерговклада в активную среду зависит как от времени существования объемной фазы разряда, так и от свойств среды во время разряда, прежде всего от ее активного сопротивления, позволяющего за определенное время вложить в объем необходимую для эффективной генерации энергию. На рис. 2 приведены характерные осциллограммы тока и напряжения основного объемного разряда.

 

Осциллограммы импульсов лазера

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Осциллограммы напряжения и тока объемного разряда для смеси СО2 : N2 : He = 1 : 1 : 6

 

 

 

Видно, что после приложения к основному промежутку напряжения, превышающего пробивное для данной лазерной смеси, устанавливается режим ввода энергии в разряд при слабо меняющемся Е/р, которое ниже пробивного (E — напряженность электрического поля; р — давление). Этому значению Е/р соответствуют максимальные значения тока разряда и основного энерговклада. Для смеси СО2 : N2 : Не = 1 : 1 : 8 максимальный ток составил 23 А/см2 при Е/р = 7,5 кВ/(см*атм), а для смеси СО2 : N2 : Не = 1 : 1 : 6 — 20 А/см2 при E/p = 8,7 кВ/(см*атм). Напряжение на плато зависит от парциального состава лазерной смеси при неизменной интенсивности источника предыонизации. Оценим требования к длительности импульса тока, требуемой для обеспечения заданного энерговклада.
Удельный энерговклад в газовую смесь в пересчете на молекулу

 

W/n0 = Р tи/n0,    (1)

 

где Р — мощность энерговклада; tи — длительность импульса тока; n0 — число нейтральных молекул. В свою очередь P = jE, причем плотность тока объемного разряда

 

j = enevдр,   (2)

где е — заряд электрона; nе — концентрация электронов; vдр — дрейфовая скорость электронов в приложенном электрическом поле. Поскольку

 

vдр = eE/me0v0)n0,     (3)

 

где mе — масса электрона; σ0 — сечения столкновений с атомами и ионами, при которых теряется направленная скорость электронов; v0 — тепловая скорость молекул газа, то, подставляя (3) в (2), а затем в (1), получаем

 

W/n0 = nеtиЕ2е2/n02me0v0). (4)

 

С другой стороны, удельный (на одну молекулу СO2) энерговклад должен быть равен q/η, где q — энергия десятимикронного кванта; η — квантовый КПД. Отсюда

 

nеtи = qme0v0)(n0 /E)2/ηе2.  (5)

 

Пользуясь данными [5], получаем, что желаемый энерговклад 250—300 Дж/(л*атм) при E/p = 10 кВ/(см*атм) можно обеспечить при nеtи ≈ 108 с/см3, т. е. при концентрации электронов ne = 1014 см-3 нужно обеспечить условия существования объемного разряда в течение не менее 1 мкс. Следует отметить, что концентрация электронов при заданной длительности импульсов пропорциональна (E/n0)-2 или, в привычных обозначениях, (Е/р)-2.
В нашем случае при напряжении на электродах скользящего разряда 70 кВ устойчивый объемный разряд удавалось осуществить на рабочей газовой смеси СО2 : N2 : Не = 1 : 1 : 5 при атмосферном давлении в течение примерно 1,5 мкс (см. рис. 2). Выход лазерного излучения осуществляется через окно сечением 100 х 100 мм. Резонатор был образован плоскопараллельной пластиной из КРС-5 и металлическим зеркалом с радиусом кривизны 5 м. Энерговклад в газовый объем, вычисленный по вольт-амперным характеристикам, достигал 200 Дж/(л• атм). Выходное излучение имело однородное распределение интенсивности по сечению и достигало плотности ~ 3 Дж/см2, что соответствует удельному энергосъему ~ 30 Дж/(л• атм) при КПД ~ 15 %. Плазменные электроды после 104 импульсов не утратили своей работоспособности.
Таким образом, показано, что плазменные листы, образованные скользящим по поверхности диэлектрика разрядом, могут служить источником предыонизации и электродами в СО2- лазерах атмосферного давления с сечением активной среды 150 х 150 мм, обеспечивая энергетические параметры лазера, не уступающие лазерам с предыонизацией электронным пучком.
Не исключено, что при объяснении столь эффективного влияния плазменных электродов на свойства объемного разряда необходимо учитывать, что спектр излучения скользящего разряда может простираться вплоть до области мягкого рентгена [6].

 

 

 

 

1  С.И. Андреев, И.М. Белоусова, И.П. Дацкевич и др. Квантовая  электроника  3, 1721, 1976.

2  П.А. Атанасов, Д.Ю. Зарослов, Н В. Карлов и др. Письма в ЖТФ,  9, 928 (1983).

3  Ю.И. Бычков, Д.Ю. Зарослов, И.В. Карлов и др. ЖТФ, 53, 2138  (1983).

4   Г.А. Месяц. Генерирование мощных наносекундных импульсов.  — М.: Сов. ра­дио, 1974.

5   Б.Ф. Гордиец, А.И. Осипов, Л.А. Шелепин. Кинетические  процессы в газах и молекулярные лазеры. — М.: Наука, 1980.

6  П.Н. Дашук, С.Л. Кулаков. Журн. прикл. мех. и техн. физ., 5, № 2,  69 (1979).

 

Конструктор сайтов - uCoz