Электроионизационные лазеры

Электроаэродинамические лазеры

Такие лазеры имеют следующую структурную схему.

ЭП – электроплазменный подогреватель

ИВН – источник высокого напряжения

В – в/в камера

ЛК – лазерная камера

ОХЛ - охладитель

К – компрессор

В таком лазере инверсия населённости создаётся путём возбуждения молекул предварительно нагретого и сжатого газа в сильном электрическом поле в в/в камере и последующего расширения газа в лазерной камере

В настоящее время созданы электродинамические лазеры с параметрами:

1. К.П.Д. 25-30%

2. Выходная мощность – до 50кВт

Это газовые (СО₂ + N₂) лазеры, работающие только в импульсном режиме. Давление газовой смеси может достигать десятков и даже сотен атмосфер. Поэтому он имеет сравнительно малые габариты при большой энергии излучения (тысячи джоулей) и большом К.П.Д.=50%

Накачка активной среды производиться с помощью несамостоятельного разряда в газовой среде под действием ионизирующего излучения (рис.) в виде пучка (потока) электронов.

Рис.

При работе лазера этот поток электронов 1 создаётся источником электронов 3 в вакуумной камере, которая отделена от активной среды 5 мембраной – тонкой алюминиевой фольгой толщина 25мкм. Электроны с энергией ≈130кЭВ проходят через фольгу в активную среду где между катодом 4 и анодом 2 создаётся электрическое поле с напряжённостью 3-6кВ/см. Поток электронов вызывает ионизацию молекул газа и появление новых электронов. Все электроны под действием эл. поля двигаются через газ и при столкновении переводят молекулы газа на высшие энергетические уровни. Благодаря этому создаётся инверсия населённости и возникает лазерное излучение. Преимущество: благодаря применению несамостоятельного разряда выбирают такое значение E/Р при котором эффективность до 90%.

Инверсия населённостей в импульсных электроионизационных СО₂ – лазерах достигается также либо с помощью импульсного несамостоятельного разряда, либо путём создания объёмно – однородного импульсного самостоятельного незавершённого разряда. В первом случае (рис.) возбуждение активной среды производиться очень короткими в/в импульсами. 1- трубчатый электрод, 2- катоды – острия в виде угольных резисторов, которые необходимы для ограничения тока разряда и предотвращения образования искры. При подаче импульса на остриях возникает коронный разряд, который заполняет весь объём. К.П.Д. около 17% (относительно мал из-за потерь на резисторах). Мощность до 5 кВт и более. Активная среда: СО₂, К₂, SF₆+H₂, NO₂,N₂O, позволяет получать лазерное излучение на СО₂ при атм. давлении при подаче короткого импульс без резисторов, но К.П.Д. ещё меньше из-за малого времени разряда.

Рис.

Во втором случае (рис.) используются два последних разряда (лазер с предварительной ионизацией). Первый разряд (малой энергии) между катодом 3 с игольчатыми электродами и сетчатым анодом 2 является источником предварительной ионизации, которая облегчает второй основной разряд между анодом 2 и катодом 1.

Рис.

Смесь газов импульсных СО₂ – лазеров состоит из тех же компонентов, но может заметно отличаться от непрерывных лазеров. Состав смеси оказывает влияние на форму импульса излучения (рис.). При высоком содержании азота импульс содержит два типа: первый обусловлен использованием энергии возбуждённых молекул СО₂, второй использованием энергии возбуждённых молекул N₂ с передачей энергии молекулам СО₂. При малой концентрации N₂ существует только первый пик, а длительность t_И уменьшается.

Рис.

Режим работы активной среды электроионизационных лазеров характеризуется значением массового энерговклада

(2.24)

где - эл. Энергия подводимая к излучателю от источника питания, - масса активной среды (газовой смеси) в рабочей камере излучателя, т.е. участвующей в получении лазерного излучения.

Предельные значение этого параметра ограничиваются допустимым перегревом рабочей смеси и имеют величину при . С увеличением Р→ медленно возрастает.

Импульсные газовые лазеры высокого давления с поперечным самостоятельным и незавершённым эл. разрядом (ТЕА – лазеры).

Из-за высокого давления к эл. разряду предъявляются следующие требования:

- быть однородным и устойчивым в большом объёме, т.е. иметь минимальную тенденцию к переходу в искровую форму, что является аварийной ситуацией

- иметь достаточно высокую среднюю энергию электронов, чтобы обеспечить эффективное возбуждение активной среды

- обеспечивать высокие плотности тока

Методы удовлетворения этих требований:

- выбирать малое время разряда (меньше времени формирования искры)

Дата добавления: 2014-11-29