Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Устройство и работа газостатического лазера




Рассмотрим упрощённую схему газостатического высоковольтного лазера

Рис.

 

Параметры излучателей газостатических молекулярных лазеров.

 

Различают следующие типы излучателей:

- излучатели с диффузионным охлаждением (т.е. за счёт теплопроводности и лучеиспускания) с медленной прокачкой газа активной среды или отпаянные;

- излучатели с конвективным охлаждением (т.е. с быстрой прокачкой активной газовой среды).

 

1) Излучатели однолучевые с (медленной прокачкой газа) диффузионным охлаждением.

Конструкция однолучевого излучателя с диффузионным охлаждением

а)

б)

Рис.

 

Зеркала З1 и З2 оптического резонатора могут быть внутренними (как показано на рис.) или внешними.

В первом случае (рис. а) одно из зеркал выполняется металлическим и находится под высоким напряжением.(З1).

Во втором случае (рис. б) окна трубки по торцам расположены под углом Бюстера θβ. При угле θβ лазерное излучение не испытывает потерь на отражение от поверхности окна и излучение является поляризованным.

Прокачка газовой смеси необходима для удаления продуктов диссоциации, в частности молекул СО, которые ухудшают работу лазера. 2СО2→2СО+О2

Тепло, выделяемое при электрическом разряде в активной среде, отводиться за счёт теплопроводности и лучеиспускания к стенкам газоразрядной трубки, которая охлаждается водой.

Давление газа составляет порядка 15 мм.рт.ст, но не более 20÷30 мм.рт.ст. Выходная мощность лазеров с медленной прокачкой составляет 50-500Вт. Т.е. для таких лазеров существует предельная выходная мощность излучения, определяемая условиями охлаждения, т.к. значительная мощность, подводимая к газоразрядному промежутку (≈80%), выделяется в виде тепла и отводится за счёт теплопередачи и лучеиспускания. Средняя напряжённость электрического поля в канале разряда составляет 0,1-0,5 .

Отпаянные лазеры.

Конструкция отпаянного лазера, такая же как лазера с медленной продольной прокачкой, только отсутствует прокачка газа, а трубка заполнена рабочей газовой смесью и запаяна.

Однако, для нормальной работы лазера необходимо обеспечить регенерацию молекул CO2 из молекул СО. Молекулы СО образуются вследствие диссоциации молекул СО2 под действием электрического разряда. 2СО2→2СО+О2.

Они ухудшают работу лазера, вплоть до полного прекращения генерации излучения, через несколько минут после включения лазера.

Для восстановления молекул СО2 применяются два способа:

- Добавление в газовую смесь небольшого количества паров воды (≈1%)

- Применение горячего (300°С) никелевого катода, выполняющего роль катализатора восстановительной реакции.

Отпаянные лазеры имеют такие же параметры, как лазеры с продольной прокачкой.

Как выше отмечено, для лазеров с диффузионным охлаждением существует предельное значение мощности излучения. Увеличение мощности ограничено допустимым перегревом рабочей смеси. , где То – температура смеси на оптической оси, Тст – температура стенок газоразрядной трубки. Газоразрядная трубка обычно имеет радиус RТ не превышающий нескольких см. В этом случае предельную мощность излучения лазера можно оценить с помощью соотношения, полученного в результате решения уравнения теплового баланса

 

, (2.16)

где - длина активной среды, - теплопроводность газовой смеси, - к.п.д. накачки.

Из приведённой формулы видно, что удельная мощность лазера, снимаемая с единицы длины разрядной трубки не зависит от давления смеси и радиуса трубки. СО2 – лазеры имеют параметры: и . Подставляя в формулу (2.16) характерное для Не значение теплопроводности и обычное для СО2 – лазера можно получить следующие значения предельной удельной мощности, т.е. мощности снимаемой с единицы длины разрядной трубки . Если в смеси отсутствует Не, то теплопроводность уменьшается ≈ в 6 раз. В результате уменьшается до уровня 10÷20

Существует также предельное значение длины газоразрядной трубки. Это значение обусловлено явлением расхождения лазерного пучка с увеличением длины до величины равной радиусу трубки и может быть оценено по формуле:

(2.17)

Для типичных значений получаем . Однако, из-за потерь при отражении излучения от стенок трубок и их торцов длина не превышает 20÷40 м. Таким образом мощность однолучевых СО2 – лазеров не превышает 1кВт. При этом однолучевые излучатели с диффузионным охлаждением и с большой длиной активной среды изготавливают в виде ряда коротких трубок. Излучение проходит последовательно через эти трубки с помощью системы поворотных зеркал. При этом все трубки объединяются в общий резонатор. Схематично излучатель выглядит так:

 

 

Однолучевой излучатель свёрнутого типа

Рис.

 

В связи с указанными недостатками лазеров с диффузионным охлаждением в настоящее время активно разрабатываются и применяются методы улучшения охлаждения активной среды и повышения предельной мощности таких лазеров. Перспективным направлением является применение излучателей щелевой конструкции, которая схематично имеет вид:

Рис.

 

Это два коаксиальных цилиндра, активная среда и электрический тлеющий разряд располагаются в зазоре (щели) между цилиндрами, lщ и h – длина и ширина щели.

Предельная мощность такого лазера оценивается по формуле:

(2.18)

Например, при т.е. на порядок выше чем в предыдущем случае.

Ещё большее увеличение мощности СО2 – лазеров с диффузионным охлаждением можно достичь применением многолучевых излучателей. Такие излучатели состоят из большого числа газоразрядных трубок с малым поперечным размером, которые помещены в общий резонатор. Малый поперечный размер трубок обеспечивает эффективный теплоотвод. Схематично такая конструкция имеет вид:

Рис.

 

Предельная мощность такого лазера составит:

(2.19)

где длина трубок, - коэффициент заполнения. Удельная мощность такого лазера:

(2.20)

Например, при dТ = 1 см; Дсб = 10 см; Пз = 0.5; NТ = 50 шт;

Получаем – Рмл/lТ = 2 ÷3 кВт/м

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-11-29; Просмотров: 492; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.012 сек.