Автор Тема: ВЧ накачка газового лазера (мысли и размышления)  (Прочитано 13440 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн Случайность

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 137
  • Репутация: +11/-0
На форуме уже было верно подмечено что помимо традиционной накачки газовых лазеров при помощи электрического разряда есть еще еще накачка при помощи ВЧ разряда.

Изучение яхухоля показало что ВЧ накачка бывает емкостной и индуктивной.

ВОт примерная схема лазера с индуктивной накачкой

 ila_rendered

по сути разрядная трубка помещенна во внутрь катушки которая является контуром генератора ВЧ.

Емкостная накачка тоже самое только разрядная катшука помещена в поле двух электродов кторые являются конденсатором.

О частоте генератора пока нет смысла говорить. В разных источниках она разная Но в основном это диапазон КВ.

Практических констукций не нашел. а весь материал что есть он имеет отношение к накачке СО2 лазера. да и то особо без конкретики.

Хотелось бы при помощи ВЧ качнуть Гелий-неоновый лазер.

Для этого как можно определиться с длинной и диаметром разрядного капилляра ЧТоб приступить к заказу его на заводе.

ну и вообще нужна вся теория с расчетами такого типа лазеров. Именно для начала по  Ге-Не.

тут валяется документик с какими то цифрами по качу СО2 Но там я так понял импульсный лазер так как используются тиратроны и разрядники.
« Последнее редактирование: 28 Октябрь 2009, 21:38:20 от Случайность »
ушел в край разрушеных зданий

Оффлайн sser

  • Сергей
  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 40
  • Репутация: +1/-0

Кто ни будь знает характеристики которыми должен обладать источник ВЧ лазера СО2 на 1кВт?

Оффлайн sser

  • Сергей
  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 40
  • Репутация: +1/-0

Можно ли применить каскадную ВЧ накачку?

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском

Кто ни будь знает характеристики которыми должен обладать источник ВЧ лазера СО2 на 1кВт?
У Айхлера в учебнике вроде было, у Звелто есть. Мощность нужна большая - это на ВЧ проблема (схема по сути является радиопередатчиком, борьба с паразитным излучением радиоволн в пространство становится проблемой номер 1 - иначе вместо киловаттного лазера получится киловаттная радиостанция).

Цитировать
Можно ли применить каскадную ВЧ накачку?
Конечно, так и делают. Все усилители мощности ВЧ работают от единого задающего генератора или иным образом синхронизированы. Возбуждение чаще не индуктивное (катушкой), а емкостное (конденсатором, электрическим полем сквозь стенки трубки), ибо индуктивность обмотки разумных размеров часто оказывается слишком высокой для данной частоты.

Оффлайн sser

  • Сергей
  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 40
  • Репутация: +1/-0
Если зажигание лазера происходит на определенной частоте ,то возможно используется резонансная схема возбуждения генератора накачки?
« Последнее редактирование: 23 Декабрь 2013, 21:35:30 от sser »

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
В принципе можно, и реальные схемы работают подобно резонансной. Чисто резонансная силовая электроника (на принципе катушек Теслы) для практических целей слишком нестабильна - резонанс слишком легко теряется.

Частота самого радиосигнала роли обычно не играет. Можно считать, что это просто пропускание тока через трубку, но ток проходит через конденсаторы, в которых газ в трубке играет роль одной из обкладок. Или, аналогично, газ рассматривается как обмотка трансформатора. Частоты выбираются во-первых из геометрии (обычное согласование с антенной, как в любой РЧ-технике), а во-вторых чтобы никому не мешать - то есть на одном из безлицензионных диапазонов, что-нибудь вроде 27 МГц.

Оффлайн sser

  • Сергей
  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 40
  • Репутация: +1/-0

Получается должно быть так.
А электроды почему вне трубы?
 
« Последнее редактирование: 23 Декабрь 2013, 22:50:08 от sser »

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Электродам все равно где быть. Если вне трубы, тогда получается как бы конденсатор сквозь стенку. Это экономия - проще электрод снаружи приложить, чем внутрь трубки засовывать.

Оффлайн sser

  • Сергей
  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 40
  • Репутация: +1/-0
http://www.icquest.ru/upload/bec11d7ab001d23a46a06855cf613369.pdf
тут описание ВЧ  транзисторов и схемы 1квт  (мегагерцы)...
вот еще http://www.rlocman.ru/review/article.html?di=47967
« Последнее редактирование: 29 Декабрь 2013, 22:08:29 от sser »

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Очень трудно использовать и не очень надежно. К тому же дорого. К тому же одного все равно не хватит. Лучше использовать несколько независимых источников, каждый из которых возбуждает часть трубки.

Оффлайн sser

  • Сергей
  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 40
  • Репутация: +1/-0
Очень трудно использовать и не очень надежно. К тому же дорого. К тому же одного все равно не хватит. Лучше использовать несколько независимых источников, каждый из которых возбуждает часть трубки.
А какой процент от энергии накачки используется в этом лазере?

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
А какой процент от энергии накачки используется в этом лазере?
Для такой накачки трудно посчитать. Ожидать надо около 20%.

Вообще КПД лазера считается так. Берется энергия фотона, делится на энергию перехода на верхний уровень накачки. (Тупой закон сохранения: с одного закинутого наверх электрона получается один фотон). В случае оптической накачки это просто отношение длин волн получается, в других случаях надо точно знать, какие уровни в возбуждении участвуют. Это будет идеальный КПД, его еще надо будет помножить на КПД самой накачки.

Оффлайн sser

  • Сергей
  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 40
  • Репутация: +1/-0
Лазерная труба будет нагрузкой источника ВЧ....
А какое сопротивление газа в работающем лазере, и как его рассчитать?
А точнее, как согласовать нагрузку с источником???

« Последнее редактирование: 31 Декабрь 2013, 11:58:53 от sser »

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Лазерная труба будет нагрузкой источника ВЧ....
А какое сопротивление газа в работающем лазере, и как его рассчитать?
А точнее, как согласовать нагрузку с источником???

Можно считать газ коротким замыканием и согласовывать, как антенны в передатчиках согласуют.

Такие расчеты очень противные (много неизвестных), поэтому лучше сверяться с какой-нибудь заводской конструкцией. В главном источнике любительской информации - у Сэма - данных негусто: http://www.repairfaq.org/sam/laserco2.htm#co2typ3 Надо искать дальше. К сожалению, книг по расчетам таких конструкций я не знаю, надо искать.

С наступающим!

Оффлайн товарищ мышъ

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 128
  • Репутация: +11/-2
По моему мнению для кустарного изготовления лучше подойдёт не ВЧ накачка, а СВЧ с использованием магнетрона - и проще и дешевле.
Вот несколько вариантов как это сделать - ссылки на патент и для скачки статьи причём и в первом и втором используются магнетроны от бытовых микроволновых печей:
http://findpatent.ru/patent/216/2164048.html
http://files.mail.ru/12F295C783244C79BD2DAA5F688FCDA8
P.S. Да всех С НОВЫМ ГОДОМ!
« Последнее редактирование: 02 Январь 2014, 13:47:17 от товарищ мышъ »
Делай что должен и будь что будет....

Оффлайн товарищ мышъ

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 128
  • Репутация: +11/-2
По моему мнению для кустарного изготовления лучше подойдёт не ВЧ накачка, а СВЧ с использованием магнетрона - и проще и дешевле.
Вот несколько вариантов как это сделать - ссылки на патент и для скачки статьи причём и в первом и втором используются магнетроны от бытовых микроволновых печей:
http://findpatent.ru/patent/216/2164048.html
http://files.mail.ru/12F295C783244C79BD2DAA5F688FCDA8
P.S. Да всех С НОВЫМ ГОДОМ!
« Последнее редактирование: 02 Январь 2014, 13:47:42 от товарищ мышъ »
Делай что должен и будь что будет....

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
С Новым годом!

Волновод согласовывать трудно. Кто с СВЧ работал (не с микроволновками, а с клистронами), тот знает, какая это капризная штука. СВЧ так и норовит утечь. Хотя при наличии материалов и хороших станков сделать можно все.

Оффлайн товарищ мышъ

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 128
  • Репутация: +11/-2
Пришла мне в башку мысль, а что если возбудить СВЧ разряд  в смеси CO2, He и  N2 при далении равном или боль атмосферного. На подобие того как это делается  в  таком http://ru.convdocs.org/docs/index-73511.html СВЧ плазмотроне со свободно парящем плазмоидом, но токмо чтоб сей плазмоид был помещён между зеркалами резонатора, вот так:
ila_rendered
Интересно возникнет лазерная генерация или нет?
P. S. Заранее извиняюсь за кривой рисунок и бредовую идею
« Последнее редактирование: 14 Апрель 2014, 12:07:41 от товарищ мышъ »
Делай что должен и будь что будет....

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Возникнет при достаточно маленьком объеме газа и интенсивной накачке. КПД будет низкий. Такой лазер легко становится "ненакачиваемым" в том смысле, что порог генерации становится выше всех разумных величин (и даже порога разрушения), хотя теоретически он и может работать.

С давлением падает время жизни возбужденного состояния (релаксация от столкновений молекул) и одновременно растет усиление за счет роста количества вещества. Оба эффекта нежелательны.

Оффлайн товарищ мышъ

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 128
  • Репутация: +11/-2
Цитировать
С давлением падает время жизни возбужденного состояния (релаксация от столкновений молекул) и одновременно растет усиление за счет роста количества вещества. Оба эффекта нежелательны.
По поводу уменьшения жизни возбуждённого состояния понятно.(Кстати нельзя ли его скорректировать изменением состава газовой смеси?). Чем плох рост усиления не пойму?
Делай что должен и будь что будет....

Оффлайн nerv

  • не ругайтесь на опечатки, кнопки же такие маааленькие!!!
  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 264
  • Репутация: +27/-0
Видимо при большом усилении возникает генерация не только между зеркалами резонатора.
Какое давление газовой смеси будет условно рабочим при такой конструкции лазера?

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Цитировать
С давлением падает время жизни возбужденного состояния (релаксация от столкновений молекул) и одновременно растет усиление за счет роста количества вещества. Оба эффекта нежелательны.
По поводу уменьшения жизни возбуждённого состояния понятно.(Кстати нельзя ли его скорректировать изменением состава газовой смеси?). Чем плох рост усиления не пойму?
От состава газовой смеси время жизни зависит мало, оно скорее связано с длиной свободного пробега. CO2 работает на колебательном метастабильном уровне, т.е. по сути на механических колебаниях молекул, поэтому "стучать" возбужденными молекулами друг о друга не рекомендуется.

Рост усиления приводит к паразитной генерации и суперлюминесценции, тем самым еще больше понижает полезное время жизни и КПД.
« Последнее редактирование: 14 Апрель 2014, 22:22:54 от Gall »

Оффлайн товарищ мышъ

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 128
  • Репутация: +11/-2
.....
Какое давление газовой смеси будет условно рабочим при такой конструкции лазера?
2 - 6 атм
....От состава газовой смеси время жизни зависит мало, оно скорее связано с длиной свободного пробега. CO2 работает на колебательном метастабильном уровне, т.е. по сути на механических колебаниях молекул, поэтому "стучать" возбужденными молекулами друг о друга не рекомендуется.

Вы говорите что повышение давления не есть хорошо, а тогда на фига CO2 лазеры высокого давления работающие при  5 - 10  атм ?  Может заюзать не СО2, а что то другое в качестве газообразной активной среды ?
« Последнее редактирование: 14 Апрель 2014, 23:01:59 от товарищ мышъ »
Делай что должен и будь что будет....

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Вы говорите что повышение давления не есть хорошо, а тогда на фига CO2 лазеры высокого давления работающие при  5 - 10  атм ?  Может заюзать не СО2, а что то другое в качестве газообразной активной среды ?
Так они в коротком импульсе работают, а в коротком импульсе на время жизни плевать, а усиление желательно наоборот, побольше. Конструкция и принцип действия примерно как у азотного.

Тут надо понять, какая задача стоит. CO2 выбирают в первую очередь из-за его длины волны. Для 10.6 мкм почти нет прозрачных веществ, поэтому 10.6 мкм может резать почти любое вещество. Более длинные волны фокусировать плохо из-за дифракционного предела, а более короткие либо слишком хорошо проходят через многие прозрачные вещества, либо слишком сильно поглощаются воздухом.

Оффлайн товарищ мышъ

  • Постоялец
  • ***
  • Сообщений: 128
  • Репутация: +11/-2
Для начала задача  простая, сделать простенькую  установку работающую при давлении равном или выше атмосферного.
Делай что должен и будь что будет....

Оффлайн screwfeeder

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 10
  • Репутация: +0/-0
Добрый день. Прошу прощения за, может быть, вопрос не по теме.
Пытался найти в литературе по газовым лазерам ответ на свой вопрос, но, увы, в них теории больше чем практики. Поэтому решил задать вопрос форумным практикам.
Вопрос таков: КПД газового лазера лежит в диапазоне 0.1%-10%, а есть ли данные как в процентах распределяются потери в этих лазерах? Например, 20% на нагрев, 10% - сопротивление аппаратуры и т. п.
Спасибо.

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Почти все потери - на нагрев и постороннее излучение в самом газовом разряде. Именно поэтому КПД низок именно у ГАЗОВЫХ лазеров: все остальное (электронику и т.д.) можно сделать с весьма высоким КПД.

Оффлайн screwfeeder

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 10
  • Репутация: +0/-0
Уважаемый, Gall, спасибо за ответ.
Разрешите уточнить терминологию, дабы убедиться что я правильно понял Ваш ответ.

"Нагрев" - повышение кинетической энергии молекул газа в рабочей среде лазера за счет пробоя газа электрическим разрядом (будем рассматривать ТЕА лазеры). То есть энергия тратиться не на формирование инверсной заселенности, а на повышение температуры газов.

"Постороннее излучение" - поглощение (в случае непрозрачных стенок контейнера с рабочей средой), либо беспрепятственно пропускание (прозрачные стены) фотонов. То есть фотоны которые после разряда не движутся перпендикулярно зеркалам резонатара для нас потеряны.

Спасибо.

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Не за что!

"Нагрев" - это переход энергии в тепловую по следующим причинам:

1. Следствие безызлучательных переходов в процессе нормальной лазерной генерации. Переход в процессе возбуждения с верхнего уровня на метастабильный, а после излучения с нижнего лазерного на основное состояние (в четырехуровневой схеме) переводят разность энергий этих уровней в тепло. Если известна энергия возбуждения, это количество теплоты легко рассчитать: на одну молекулу это просто разность энергии верхнего уровня и энергии излученного фотона.

2. Следствие возбуждения посторонних энергетических уровней (электронных и фононных), не участвующих в лазерной генерации. В том числе возбуждение примесей. Этот вредный эффект усиливается, если превышать номинальную мощность накачки: тогда начинает возбуждаться что угодно, но не то, что нужно.

"Постороннее излучение" - некогерентное излучение, связанное с:

1. Возбуждением посторонних энергетических уровней (как в п.2 выше - эти уровни могут как давать безызлучательные переходы, так и излучать). Видимое сбоку свечение трубки лазера связано именно с этим явлением. Посторонних уровней есть огромное количество, поэтому спектр излучения очень широк, а цвет сильно отличается от цвета луча лазера. (У гелий-неонового он заметно желтее луча, а у CO2 вообще розовый или лиловый).

2. Спонтанное излучение с лазерного перехода, не попавшее в резонатор (ушедшее в стенку, срезанное селекцией мод и т.д.), быть может, даже успевшее усилиться. С этими фотонами связано известное правило: чем выше требуемое качество луча, тем ниже будет КПД и тем меньше выходная мощность. Дело в том, что для хорошего луча потребуется весьма жестокая селекция мод, сопряженная с большими потерями всего "неугодного".

Оффлайн Тимерхан

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 6
  • Репутация: +0/-0
Не знаю была ли ссылка на статью.
http://person.ipr.sci.am/vm/docs/Magic-Lasers_2004_2007.pdf

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
На эту не было, спасибо. К сожалению, здесь описывается в основном теория, некоторые особенности конструкций неясны (и, похоже, ноу-хау авторов).

 



SimplePortal 2.3.3 © 2008-2010, SimplePortal