![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Устройство и работа газостатического лазераРассмотрим 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 Из приведённой формулы видно, что удельная мощность лазера, снимаемая с единицы длины разрядной трубки 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:
Для типичных значений
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:
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:
Например, при 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:
где
Например, при dТ = 1 см; Дсб = 10 см; Пз = 0.5; NТ = 50 шт; Получаем – Рмл/lТ = 2 ÷3 кВт/м
|