Автор Тема: Импульсные газовые лазеры. В разработке.  (Прочитано 4240 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн nerv

  • не ругайтесь на опечатки, кнопки же такие маааленькие!!!
  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 264
  • Репутация: +26/-0
С поперечным разрядом, с прокачкой. Пока тест, зеркал нет еще, не придумал где взять. СО2.




« Последнее редактирование: 06 Апрель 2012, 22:07:47 от nerv »

Оффлайн nerv

  • не ругайтесь на опечатки, кнопки же такие маааленькие!!!
  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 264
  • Репутация: +26/-0
Re: Импульсные газовые лазеры. В разработке.
« Ответ #1 : 06 Апрель 2012, 22:10:18 »
Трубка с продольным расположением электродов.

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2265
  • Репутация: +134/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Импульсные газовые лазеры. В разработке.
« Ответ #2 : 08 Апрель 2012, 14:43:12 »
Под CO2, наверное, подойдут китайские зеркала с eBay, их там много.

А на каком именно режиме генерация ожидается и при какой мощности? Выйдет ли на устойчивую генерацию в таком режиме?

Оффлайн nerv

  • не ругайтесь на опечатки, кнопки же такие маааленькие!!!
  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 264
  • Репутация: +26/-0
Re: Импульсные газовые лазеры. В разработке.
« Ответ #3 : 08 Апрель 2012, 17:20:40 »
Не знаю. На стадии экспериментов.
У поперечника планируется мощность в районе мегаватта. У продольника, ессно, скромнее.

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2265
  • Репутация: +134/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Импульсные газовые лазеры. В разработке.
« Ответ #4 : 08 Апрель 2012, 19:24:44 »
А заселенность метастабильного уровня не считали? Какая там энергия накапливается на трубку?

Оффлайн nerv

  • не ругайтесь на опечатки, кнопки же такие маааленькие!!!
  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 264
  • Репутация: +26/-0
Re: Импульсные газовые лазеры. В разработке.
« Ответ #5 : 08 Апрель 2012, 21:42:16 »
Нет. Если честно - даже не представляю как это делается :)
Если хочешь, можешь мне помочь. Какие данные требуются?

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2265
  • Репутация: +134/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Импульсные газовые лазеры. В разработке.
« Ответ #6 : 09 Апрель 2012, 10:52:15 »
Идея расчета очень простая. Закон сохранения энергии.

Один атом (молекула) рабочего тела накапливает энергию для одного кванта излучения. Если время жизни метастабильного уровня больше, чем время накачки, то можно считать, что сначала все атомы накачиваются, а потом все излучают. Тогда верхний предел энергии импульса лазера будет равен просто произведению энергии одного фотона на число задействованных в процессе молекул рабочего тела. Для одного чистого газа - это

E = hvNA*(m/M)
где hv - энергия фотона, NA - число Авогадро, m - масса полезной части газа, M - молярная масса газа.

Для твердого тела вместо m/M подставляется количество вещества ионов, например, неодима - 1% или сколько там от массы кристалла.

Из этой формулы очень хорошо оценивается предельно достижимая энергия импульса для лазера заданного размера. Никаким повышением мощности накачки нельзя добиться ее превышения - только луч будет становиться хуже. Например, большой лазер на азоте обычно имеет теоретический предел энергии около 100 мДж.

Реальная мощность оказывается ниже, тут придется учитывать неидеальность накачки. (Расчет сложный, так что см. Звелто, там формулы есть). Идея в том, чтобы помножить "предельную" энергию на реальную заселенность метастабильного уровня. Она никогда не бывает 100% хотя бы потому, что при большой заселенности начинается генерация, и она опустошает уровень. В результате получается какое-то равновесие между притоком энергии накачки и оттоком энергии в луч. Точные формулы есть в главе "Нестационарный режим работы лазера" у Звелто.

У меня почему-то нехорошие предчувствия относительно накачки этого лазера. Очено возможно, что нужно добиваться определенной формы импульса, чтобы импульс был длинный, и лазер вышел на почти стационарный режим. То есть, не копил энергию, а немедленно ее излучал. Возможно, без этого мощность будет очень маленькой. Это из общих соображений: газовые лазеры, хорошо работающие в непрерывном режиме, обычно не любят нестационарный импульс. Экстремальный пример - гелий-неоновый лазер вообще не генерирует в импульсном режиме на 633 нм (хотя может генерировать на линиях неона).
« Последнее редактирование: 09 Апрель 2012, 10:58:56 от Gall »

Оффлайн nerv

  • не ругайтесь на опечатки, кнопки же такие маааленькие!!!
  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 264
  • Репутация: +26/-0
Re: Импульсные газовые лазеры. В разработке.
« Ответ #7 : 16 Апрель 2012, 18:33:21 »
Ну вот импульсный ЦО2 лазер - вовсе не новость, и работают такие лазеры на производствах...
А по поводу расчетов вопросик: Подзабыл уже, как выразить массу газа через его объем и давление?  И еще, что-то мелькает в голове - выражение Na*m/M что-то же значит....
Аааа. Это ж количество частиц газа, да?
А выражение E=hv=h*c/lambda Т.е постоянная планка помноженная наскорость света и деленная на длину волны?
« Последнее редактирование: 16 Апрель 2012, 19:32:02 от nerv »

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2265
  • Репутация: +134/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Импульсные газовые лазеры. В разработке.
« Ответ #8 : 16 Апрель 2012, 22:37:36 »
Импульс импульсу рознь. Физики различают стационарный и нестационарный (импульсный) режим работы лазера - соответственно без и с накоплением энергии в рабочем теле. То, что в промышленных установках именуют "импульсными" лазерами, с точки зрения физики может являться лазером непрерывным, просто включенным на короткое время. Это важно для расчетов, если надо получить какую-то определенную характеристику. Непрерывный и импульсный лазеры вообще по-разному считаются.

Да, смысл формулы действительно очень прост. Умножить энергию, которую может излучить один атом (т.е. энергию одного фотона) на количество этих самых атомов. Это работает для нестационарного режима, т.е. когда в процессе работы лазера нет подпитки.

Для газа можно так посчитать. При атмосферном давлении 22.4 л/моль, при пониженном - пропорционально меняется. (Например, 224 л/моль при 0.1 атм). Отсюда узнаем количество вещества (моли), умножаем на число Авогадро - вот и число атомов. Точнее, молекул - CO2.

Выражение E=hv - да, именно так. Постоянная Планка на частоту фотона. Часто это E вообще не приходится считать, многие предпочитают использовать именно его вместо длины волны - и потому знают наизусть. Особенно для рентгена, там вообще просто - сколько кВ на трубку подал, столько кэВ энергии фотона и получил. Для полупроводниковых лазеров тоже просто помнить, там тоже 1 эВ фотона = 1 В напряжения примерно. (Чтобы в эВ в джоули перевести, надо на заряд электрона помножить, 1.6E-19).

Для АИГ я число помню, 1.17 эВ. Значит, для CO2 будет 0.117 эВ - у него почти ровно в 10 раз длиннее волна.

Итого получается примерно 500 Дж на литр CO2 при атмосферном давлении. Если, допустим, в лазере 20% CO2 в смеси при давлении 7.6 мм.рт.ст. (то есть 0.01 атм), получается 1 Дж на литр рабочего объема лазера.

Оффлайн nerv

  • не ругайтесь на опечатки, кнопки же такие маааленькие!!!
  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 264
  • Репутация: +26/-0
Re: Импульсные газовые лазеры. В разработке.
« Ответ #9 : 17 Апрель 2012, 08:01:52 »
Под "импульсным" Я имел ввиду конструкцию ТЕ лазера, т.е с поперечным разрядом. Собсно вдохновили меня конструкции, описанные у Месяца.
Теперь по расчетам: 500дж/литр для цо2 и атмосферного давления. У меня межэлектродный объем равен 280х16х15мм, т.е.  0.0672л. Смесь содержит (теоретически) 10% ЦО2, давление 60 ммртст (7.8% от атмосферного). Итого получаем 0.0005дж.

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2265
  • Репутация: +134/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Импульсные газовые лазеры. В разработке.
« Ответ #10 : 17 Апрель 2012, 13:47:11 »
Маловато получается... Видимо, надо размер побольше. Вообще для поперечного возбуждения и 2 метра не редкость, работал я с таким азотником как-то. Всего лишь 200 мДж давал, кстати. У CO2 еще хуже - считай, в 20 раз меньше энергия фотона, да и газа всего 1/5-1/10 часть, итого уже в 100 раз меньше накопленная энергия при том же давлении...

Я знаю, что есть импульсные CO2 и даже с модулированной добротностью. Тут надо делать выбор между энергией и мощностью в пике. Если важна энергия, то лучше выводить лазер на режим "кратковременного включения", т.е. просто питать "непрерывный" лазер от конденсаторов. Если нужен сверхкороткий импульс, это уже другая история.

А что, собственно, от луча требуется? Малая длительность - это именно ради большой мощности/энергии, чтобы можно было питать от большой батареи конденсаторов? Минуту заряжаешь - миллисекунду долбаешь, так примерно?
« Последнее редактирование: 17 Апрель 2012, 13:57:46 от Gall »

Оффлайн nerv

  • не ругайтесь на опечатки, кнопки же такие маааленькие!!!
  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 264
  • Репутация: +26/-0
Re: Импульсные газовые лазеры. В разработке.
« Ответ #11 : 17 Апрель 2012, 15:05:35 »
Маловато получается...

А что, собственно, от луча требуется? Малая длительность - это именно ради большой мощности
Это именно ради большой мощности. А для более высокой энергии надобно давление повышать, но пока и с этим питальником не очень работает. Ну а эти мифические полмилиджоуля... Пусть хоть так. Мой первый опыт.

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2265
  • Репутация: +134/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Импульсные газовые лазеры. В разработке.
« Ответ #12 : 17 Апрель 2012, 16:42:47 »
Может, стоит добротность модулировать тогда?

Оффлайн nerv

  • не ругайтесь на опечатки, кнопки же такие маааленькие!!!
  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 264
  • Репутация: +26/-0
Re: Импульсные газовые лазеры. В разработке.
« Ответ #13 : 17 Апрель 2012, 17:17:31 »
Зачем? Если именно большая импульсная мощность на выходе это основная фишка такого типа лазеров? Надо просто допилить питальник. Видимо мой самодельный разрядник ВД не столь уж и хорош...

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2265
  • Репутация: +134/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Re: Импульсные газовые лазеры. В разработке.
« Ответ #14 : 18 Апрель 2012, 12:48:39 »
Так модулирование добротности и есть повышение мощности за счет сокращения длительности импульса до единиц наносекунд и меньше. Чтобы всю энергию за это время выбросил. 0.5 мДж за 1 нс - это вообще-то целых 500 киловатт :)

 



SimplePortal 2.3.3 © 2008-2010, SimplePortal