Генерация лазеров на парах металлов с разрядом поперечного типа и комбинированной активной средой
Исследование ионных лазеров, работающих с накачкой квантовых переходов в плазме разряда с полым катодом и использующих смесь нескольких рабочих веществ. Условия разряда, обеспечивающие разное соотношение мощности излучения на различных линиях для лазера.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.07.2017 |
| Размер файла | 109,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Южный Федеральный университет
Генерация лазеров на парах металлов с разрядом поперечного типа и комбинированной активной средой
И.Г. Иванов, А.А. Олейников
Ростов-на-Дону
Исследованы ионные лазеры, работающие с накачкой квантовых переходов в плазме разряда с полым катодом и использующие смесь нескольких рабочих веществ, что увеличивает набор лазерных линий, излучаемых одним лазером. Экспериментально найдены условия разряда, обеспечивающие различное соотношение мощности излучения на различных линиях для лазера на смеси гелия с парами кадмия и парами ртути с излучением на синей (л441,6нм), двух зелёных (л533,7/537,8нм) линиях иона кадмия и на красной (л615нм) линии иона ртути, а также - для лазера на смеси гелия с криптоном и парами ртути с излучением на сине-зеленых линиях иона криптона (л431,8нм и л469,4нм) и на красной (л615нм) и ИК (л794,5нм) линиях иона ртути. лазер квантовый ионный разряд
Ключевые слова: Ионный лазер на парах металла, разряд с полым катодом, комбинированная активная среда.
В настоящее время лазеры обеспечили прогресс в таких областях как измерительная техника [1], промышленность [2], научные исследования [3,4] и др. Газоразрядные ионные лазеры на парбх металлов (ИЛПМ), использующие для накачки плазму отрицательного тлеющего свечения разряда поперечного типа с полым катодом (РПК), выгодно отличаются способностью одновременной генерации на нескольких квантовых переходах в различных частях оптического спектра [4-8]. Накачка лазерных квантовых переходов рабочего металла осуществляется в плазме, которая создается в смеси буферного инертного газа и паров металла. При этом накачка ИЛПМ импульсами тока микросекундной длительности имеет ряд преимуществ перед стационарной накачкой [6,7]. В большинстве случаев эффективная генерация на одном рабочем веществе [5,9] происходит только в небольшой части оптического спектра.
Целью данной работы является получение лазерного излучения одновременно на нескольких квантовых переходах в широком диапазоне длин волн при использовании смеси нескольких рабочих веществ.
Активная среда ИЛПМ (плазма) создавалась в секционированных разрядных трубках со щелевым трубчатым катодом (рис.1).
Рис. 1 Схема ИЛПМ с РПК, оболочка трубки и испарители с металлом не показаны. 1-полый катод c продольной щелью, 2-анодные секции, 3-плазма разряда, 4-зеркала оптического резонатора, 5-ось катодной полости и оптического резонатора
He-Cd-Hg ИЛПМ с РПК. В известном трехцветном ИЛПМ на смеси гелия с парами кадмия [8] мощность излучения на красной лазерной линии л636нм значительно меньше мощности синей л441,6 нм и зелёных л533,7нм и л537,8нм лазерных линий, то есть излучение не сбалансировано по спектру. Разработанный нами трехцветный ИЛПМ с РПК непрерывного действия использовал смесь гелия с парами кадмия и ртути, и работал на синей (л441,6нм), двух зелёных (л533,7/537,8нм) линиях Cd+, на красной (л615нм) и ИК (л794нм) линиях Hg+. Поскольку линия л615нм Hg+ имеет на порядок более высокую удельную мощность, чем красная линия л636нм Cd+ [8], то это позволяет значительно уменьшить габариты лазера и, кроме того,-в широких пределах осуществлять регулировку соотношения мощностей в красной и сине-зеленой частях спектра путём изменения давлений паров металлов и тока разряда (Таблица). В непрерывном режиме разряда при диаметре полости катода 3мм, равным мощностям на синей, зелёных и красной линиях (22мВт) соответствовали: давление гелия 1,75кПа, парциальные давления кадмия 13Па и ртути 5,5Па, плотность тока на катоде j=0,04А/см2, и суммарная мощность излучения была в 1,8 раз выше, чем в смеси гелий-пары кадмия. При повышении давления паров ртути мощность излучения на красной линии превышала мощность на синей и зелёных линиях, чем достигалось близкое к естественному (“белому”) свету соотношение цветов излучения данного ИЛПМ, который может быть использован, в частности, при обработке цветной графической информации.
Таблица
Параметры разряда и мощность излучения на отдельных линиях ИЛПМ непрерывного действия на смеси паров кадмия и ртути
|
Давление паров металла в смеси |
Плотность тока на катоде, мА·см_2 |
Мощность излучения, мВт (удельная мощность излучения, мВт·см_3 ) на линиях |
||||
|
Cd |
Hg |
441,6нм Cd+ |
533,7/ 537,8нм Cd+ |
615,0нм Hg+ |
||
|
13 |
5 |
30 |
19,5 (9,7) |
22 (10,9) |
11 (5,5) |
|
|
13 |
5 |
40 |
24 (11,9) |
25 (12,4) |
17 (8,5) |
|
|
13 |
13 |
30 |
13 (6,4) |
16 (8) |
15,3 (7,6) |
|
|
13 |
13 |
40 |
17,5 (8,7) |
20 (9,9) |
26 (13) |
He-Kr-Hg импульсный ИЛПМ с РПК. Эффективность другого лазера, работающего на сине-зеленых линиях л431,8 и л469,4нм Kr+, а также на красной л615нм и ИК л794,5нм линиях Hg+, определяется тем, что при накачке лазерных переходов энергия ионам криптона и ионам ртути передается от двух различных групп частиц в плазме РПК: от метастабильных атомов гелия в состоянии 23S1 (реакция резонансной передачи энергии) и от ионов гелия Не0+ в основном квантовом состоянии (реакция перезарядки) соответственно. Кроме того, в ионном спектре криптона отсутствуют энергетические уровни, заселяемые перезарядкой в столкновениях He+-Kr0, вследствие чего введение в разряд криптона не приводит к возникновению дополнительного канала разрушения ионов гелия, то есть вся энергия, накопленная в ионах гелия He0+, расходуется только на накачку лазерных линий ртути л615нм и л794,5нм Hg+. В результате, по сравнению со смесью He-Cd-Hg, взаимовлияние двух рабочих веществ, заключающееся в снижении накачки одного рабочего вещества при введения второго вещества, сказывается в значительно меньшей степени.
Рис. 2 Средняя мощность излучения импульсного He-Kr-Hg ИЛПМ как функция давления паров ртути. Диаметр полости катода 0,8см, давление гелия 2,2кПа, криптона 15Па, длительность импульса 1мкс
Рассмотрение кинетики процессов в активной среде He-Kr-Hg ИЛПМ приводит к следующим выражениям для скоростей накачки линий 615нм Hg+ и 469,4нм Kr+:
, (1)
, (2)
где N-концентрации компонент газоразрядной плазмы РПК.
Из (1,2) следует, что концентрация криптона, соответствующая режиму равных мощностей в красной и синей частях спектра, по сравнению с концентрацией паров Hg может быть сделана более высокой, что повышает мощность и коэффициент усиления на переходах л431,8нм и л469,4нм Kr+. Кроме того, криптон и ртуть оказываются эффективными веществами для комбинирования в смеси с гелием ввиду близких зависимостей лазерной мощности от j (вплоть до j=1,0А/см2). Рабочие характеристики He-Kr-Hg ИЛПМ с РПК показаны на рис.2. Видно, что режиму равных мощностей соответствуют значения мощности на линиях 615нм Hg+ и 469,4нм Kr+ около 5,5Ватт.
Применения. He-Cd-Hg и He-Kr-Hg ИЛПМ с РПК могут использоваться при обработке цветной графической информации, в многоцветной спекл-интерферометрии, в качестве стандарта длин волн в видимой части оптического диапазона [10].
Литература
1. Гусева Н.В., Киселёв М.М., Дородов П.В., Михеев Г.М., Морозов В.А. Измерение плотности ВЧ и СВЧ энергии методом лазерной интерференционной термометрии // Инженерный вестник Дона, 2013, №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2013/1489/.
2. Пимшин Ю.И., Заяров Ю.В., Бурдаков С.М., Науменко Г.А., Постой Л.В. Калибровка станков с числовым программным управлением с помощью лазерного трекера VINTAG // Инженерный вестник Дона, 2016, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2016/3667/.
3. Фесенко А.А., Чеботарев Г.Д., Латуш Е.Л. Энергетические характеристики рекомбинационных He-Sr+ лазеров // Инженерный вестник Дона, 2007, №2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2007/30/.
4. Иванов И.Г., Зинченко С.П. Генерация лазеров на парах металлов с разрядом поперечного типа при высокой частоте повторения импульсов накачки // Инженерный вестник Дона, 2016, №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2016/3694/.
5. Ivanov I.G., Latush E.L., Sem M.F. Metal Vapour Ion Lasers: Kinetic Processes and Gas Discharges. Chichester-New York-Brisbane-Toronto-Singapure: John Willey&Sons. 1996. 285 p.
6. Zinchenko S.P., Ivanov I.G. Pulsed hollow-cathode ion lasers: pumping and lasing parameters. Quantum Electronics. 2012. Vol.42. No.6. pp. 518-523.
7. Ryazanov A.V., Ivanov I.G., Privalov V.E. About Creation of Population Inversion in Mixture of Inert Noble Gas and Metal Vapor // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). 2014. Vol. 23. № 3. pp. 177-184.
8. Ivanov I.G., Privalov V.E. Spectral characteristics of gas discharge ion lasers on vapors of thallium and gallium // Optical Memory and Neural Networks (Information Optics). 2016. Vol. 25. № 2. pp. 118-122.
9. Little C.E. Metal Vapour Lasers: Physics, Engineering and Applications. Chichester-New York- Singapore-Toronto: John Wiley & Sons. 1999. 619 p.
10. Иванов В.А., Привалов В.Е. Применение лазеров в приборах точной механики. С-Пб.: Политехника, 1993. 216 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Конструкция полупроводникового лазера на твердом теле. Достоинства полупроводникового лазера. Применение твердотельных лазеров для резания швейных материалов и двухъярусных цепных горизонтально-замкнутых конвейеров для хранения готовых изделий на складах.
контрольная работа [3,7 M], добавлен 17.11.2010Виды самостоятельного разряда, возникающие в зависимости от свойств и состояния газа, характера и расположения электродов, от приложенного к электродам напряжения. Дуговой разряд, применяемый как источник света. Характерный пример искрового разряда.
презентация [2,4 M], добавлен 16.11.2014Общие сведения и применение лазеров. Биография первооткрывателя лазера в СССР Александра Михайловича Прохорова. Режимы лазерной резки металлов. Механизмы газолазерной резки. Технология лазерной резки, ее достоинства и недостатки. Кислородная резка стали.
презентация [1,1 M], добавлен 14.03.2011Характеристика особенностей применения лазера в медицине. Лазерные радары. Различные проблемы, возникающие при использовании лазеров для измерений расстояний. Поверхностная лазерная обработка. Лазерное оружие. Лазеры в связи и информационных технологиях.
реферат [118,4 K], добавлен 12.05.2013История создания лазера и его виды: гелий-неоновый, аргоновый, криптоновый, ксеноновый, азотный, на фтористом водороде, химический, углекислотный, на монооксиде углерода, эксимерный. Применение лазеров в машиностроении. Нанесение лазерной графики.
реферат [36,5 K], добавлен 22.06.2015Свойства лазерного луча: направленность, монохроматичность и когерентность. Технология лазерной резки металла. Применение вспомогательного газа для удаления продуктов разрушения металла. Типы лазеров. Схема твердотельного лазера. Резка алюминия и сплавов.
лабораторная работа [2,1 M], добавлен 12.06.2013Свойства нелинейных кристаллов, эффект фоторефракции. Тепловое воздействие накачки как фактор, влияющий на эффективность работы оптического преобразователя. Эффективность непрерывных лазеров PPLN-преобразователей на градиентных кристаллах ниобата лития.
дипломная работа [283,9 K], добавлен 12.10.2015Лазерная технология. Принцип действия лазеров. Основные свойства лазерного луча. Монохромотичность лазерного излучения. Его мощность. Гиганский импульс. Применение лазерного луча в промышленности и технике, медицине. Голография.
реферат [44,7 K], добавлен 23.11.2003Розвиток лазерів на парах металів. Конструкція та недоліки відпаяного саморозігрівного АЕ ТЛГ-5 першого промислового ЛПМ. Характеристика енергетичних рівнів лазерів на парах міді. Розрахунок вихідної потужності та узагальнених параметрів резонатора.
курсовая работа [781,4 K], добавлен 05.06.2019Теория лазерной обработки. Обработка материалов лазерным лучом. Лазерная сварка и резка. Физико-химические процессы, проходящие в металле. Потенциальная опасность лазеров. Классификация основных средств защиты. Интегральная оценка тяжести труда.
курсовая работа [232,3 K], добавлен 15.01.2015Эмпирическое уравнение состояния реального газа. Расчет параметров состояния криогенных рабочих веществ. Анализ системы определения параметров многокомпонентной смеси. Нахождение энтальпии, энтропии и изохорной теплоемкости в идеально-газовом состоянии.
контрольная работа [1,8 M], добавлен 20.02.2015Достижения науки и техники XX века. Предсказание Эйнштейном в 1916 г. существования вынужденного излучения - физического базиса действия любого лазера. Широкое применение лазера во всех отраслях науки и техники. Развитие лазерной техники в России.
реферат [21,3 K], добавлен 08.03.2011Общее устройство бетоносмесителя и принцип действия СБ-103. Сравнительный анализ нескольких разновидностей бетоносмесителей. Патентные исследования и определение рабочих нагрузок бетоносмесителя СБ-103. Расчет мощности, затрачиваемой на перемешивание.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 27.04.2014Определение оптимальных значений активной мощности каждой станции и генератора, в соответствии с критерием равенства ОПРТ, обеспечивающим минимум суммарного расхода топлива в энергосистеме. Вычисление абсолютного минимума потерь мощности в сети.
контрольная работа [188,9 K], добавлен 26.08.2009Выбор модели демисезонного пальто, материалов и способов его формообразования, технологических режимов обработки, оборудования. Определение стоимости изготовления. Характеристика степени готовности к примерке и схемы последовательности сборки изделия.
курсовая работа [782,2 K], добавлен 12.06.2013Метод ультразвуковой и рентгенодефектоскопии. Типы газовых разрядов. Принципиальная электрическая схема источника питания установки. Задающий генератор сигналов Г3-36. Плазменная визуализация различных типов дефектов для проводов и промышленных кабелей.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 06.07.2014Разновидности асинхронных исполнительных микродвигателей: с полым немагнитным и магнитным ротором; с короткозамкнутой обмоткой типа беличьего колеса. Схема полузакрытого паза магнитопровода. Создание вращающегося магнитного поля двухфазным статором.
лабораторная работа [789,1 K], добавлен 12.06.2009Конструкция полупроводникового и твердотельного лазеров для раскроя материалов, их основные достоинства и недостатки. Двухъярусный цепной горизонтально-замкнутый конвейер для хранения готовых изделий. Техническая характеристика конвейера ГМ – 200 Д/50.
контрольная работа [6,8 M], добавлен 17.11.2010Исследование снижения энергоемкости операций магнитно-импульсной штамповки трубчатых заготовок по схеме обжима путем научно обоснованного выбора геометрии спирали индуктора-концентратора и управления процессом разряда магнитно-импульсной установки.
дипломная работа [5,4 M], добавлен 14.10.2009Электрохимические процессы – основа электрохимических технологий. Образование моноатомных слоев металлов при потенциалах положительнее равновесных. Влияние различных факторов на процессы катодного выделения металлов. Природа металлического перенапряжения.
курсовая работа [376,6 K], добавлен 06.03.2009
