Импульсно-периодический электроионизационный CO-лазер с криогенным охлаждением Попков Геннадий Николаевич

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Попков Геннадий Николаевич. Импульсно-периодический электроионизационный CO-лазер с криогенным охлаждением : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 01.04.21 / Попков Геннадий Николаевич; [Место защиты: Сам. гос. ун-т].- Самара, 2007.- 145 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-1/1809

Введение к работе

Актуальность темы. Рост спроса на лазерные технологии стимулирует развитие различных типов лазеров Один из них - электроразрядный лазер на окиси углерода

Созданный практически одновременно с С0₂-лазером на схожей элементной базе, электроразрядный СО-лазер для практической реализации своего более высокого квантового КПД требует охлаждения рабочей среды до криогенных температур В начале становления лазерной технологии, в период быстрого развития и совершенствования С0₂-лазеров, работающих при комнатной температуре, это было существенным недостатком Именно поэтому, в то время как электроразрядные С0₂-лазеры широко использовались в лазерной технологии, разработка СО-лазеров ограничивалась лишь созданием лабораторных макетов

К концу 70-х годов прошлого века в некоторых лабораториях, в основном США и СССР, был выполнен ряд исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию мощных электроразрядных СО-лазеров с высокими выходными параметрами Однако, открытый рабочий цикл электроразрядных СО-лазеров принципиально не позволял говорить о них, как о технологических лазерах

Работа по созданию опытного образца технологического электроразрядного лазера на окиси углерода в Самарском ( Куйбышевском ) филиале ФИАН началась в 1984 году Она являлась продолжением работ по СО-лазерам, в частности, по электроионизационным СО-лазерам, проводимых в лаборатории КРФ в Физическом институте им П Н Лебедева с 1972г На основе экспериментальных данных, полученных в ФИАНе, по моноимпульсным криогенным электроионизационным СО-лазерам в филиале к 1985г была спроектирована, а к 1987г изготовлена установка с импульсно-периодическим режимом излучения

После создания этой установки появилась возможность провести экспериментальную проверку многих предложений по практической реализации уникальных особенностей импульсного электроионизационного СО-лазера В первую очередь это касалось мощностных и спектральных характеристик

Данный лазер обладает рядом особенностей, главными из которых являются следующие

Отсутствие резкого пика мощности излучения в начале импульса генерации, что позволяет обрабатывать материал без образования плазменного факела, значительно снижающего долю энергии лазерного излучения, идущую на нагрев обрабатываемого материала!
На СО-лазерах возможно получать длинные импульсы излучения (1000-3000 мкс), что позволяет работать без оптических пробоев в диапазоне энергий до ЮкДж в импульсе,

3 Широкий спектр излучения на основной частоте и обертоне в
диапазоне от 2 5 до 7 мкм, возможность работы на выделенной длине
волны в пределах этого диапазона дает богатые возможности по

использованию излучения СО-лазера для исследовательских и технологических применений Цель диссертационной работы.

Разработка и создание импульсно-периодического

электроионизационного СО-лазера с криогенным охлаждением Для перфорации, резки и сварки тонколистовых материалов, использования в лазерохимии с приемлемыми производительностью и эффективностью лазер должен иметь следующие основные параметры

Энергия излучения -ЗООДж,

частота следования импульсов до 10Гц,

длительность импульсов генерации 100-ЗОООмкс,

Задачи, которые было необходимо решить для достижения цели

Определить механизм возникновения «провала» в импульсе излучения СО-ЭИЛ при возбуждении от емкостного накопителя энергии,
Определить условия оптимальной накачки ИП-СО-ЭИЛ,
Определить тип источника питания основного разряда лазера,
Исследовать энергетические и спектральные характеристики лазера
Оценить технологический потенциал установки Научная новизна.

1 Выявлено и определено влияние ударов второго рода, происходящих в
активной среде СО-ЭИЛ, которые приводят к обратной передаче энергии от
колебательно-возбужденных молекул СО электронам разряда и, следовательно,
к снижению эффективности накачки На основе анализа временных
характеристик излучения в условиях, типичных для работы СО-ЭИЛ,
определена средняя энергия Е_е электронов в разряде Для обеспечения
эффективной накачки предложено использовать разряд формирующей LC-
линии на согласованную нагрузку, что позволит выполнить условие T_e>T„ (Т_е -
электронная температура, T_v - колебательная температура) и избежать
снижения эффективности накачки из-за ударов второго рода в течение всего
импульса накачки

2 Создан импульсно-периодический электроионизационный СО-лазер
замкнутого цикла с криогенным охлаждением

Установлено, что применение в источнике питания основного разряда формирующей LC-линии позволяет получить наибольший электрооптический КПД (22%) СО-ЭИЛ для безгелиевых газовых смесей при рабочей температуре Т=140К
Установлено, что применение формирующей LC-линии в совокупности с прокачкой газовой смеси позволяет увеличить наработку на отказ фольгового узла электронной пушки и, следовательно, всего лазера на 5 порядков, по сравнению с известными моноимпульсными электроионизационными лазерами

Практическая значимость работы.

1 Лазер использовался для отработки технологического процесса прошивки

отверстий в панелях звукопоглощающих конструкций

Лазер использовался для отработки технологического процесса раскроя листовых углепластиковых композитных материалов
Созданный лазер использовался для проведения работ по разложению (3 -дикетонатов металлов, которые показали возможность применения данного лазера в нанотехнологиях (были получены частицы с размерами менее 1 мкм)
Данная установка является удобным макетом для быстрой адаптации к решению различных задач и апробации различных решений по улучшению ее физико-технических и эксплуатационных характеристик
Электронная пушка лазера с уникальным набором параметров является эффективным инструментарием для разнообразных целей

На защиту выносятся положения.

1) При выборе режимов возбуждения рабочей среды импульсного
электроионизационного СО-лазера необходимо учитывать влияние ударов
второго рода (сверхупругих соударений), оказывающих существенное влияние
на эффективность его работы,

Для эффективной накачки рабочей среды импульсного СО-ЭИЛ необходимо выполнение условия Т_е>Т„ в течение всего импульса возбуждения (Т_е -электронная температура, T_v - колебательная температура) Данное условие можно реализовать, используя разряд формирующей LC-линии на согласованную нагрузку,
При прочих равных условиях КПД СО-ЭИЛ для смеси СО N₂= 1 9, использующего для накачки формирующую 1С-линию, выше КПД лазера с емкостными накопителями энергии, а спектр излучения шире и содержит большее количество спектральных линий ,
Применение формирующей LC-линии в совокупности с прокачкой газовой смеси позволяет увеличить наработку на отказ фольгового узла электронной пушки по сравнению с известными моноимпульсными электроионизационными лазерами

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием

современных апробированных методик

Авторский вклад. Все результаты, изложенные в диссертации, получены при

личном участии автора

Апробация результатов. Основные положения и результаты диссертационной

работы докладывались на 3-ей конференции по химическим и газовым лазерам

в г Смолячково Ленинградской области

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 7 статьях, одном

сборнике тезисов докладов, защищены двумя авторскими свидетельствами об

изобретении

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти