Тема: Источник питания лазера на парах меди

[Gall]

С2 все же есть внутри лазерного излучателя -- маленький 150 пф к15у висящий прямо на "горячем" электроде трубы. но не думал что в данном случае соединительный кабель может играть такую существенную роль. Я всегда думал, что чем меньше кабелей-шнуров или чем они короче в импульсных или ВЧ схемах, то тем лучше оно будет работать.

Не так. В некоторых импульсных схемах кабель очень важен. Классика - это линия задержки из длинного коаксиала. В щупах осциллографов емкость коаксиала входит в емкостный делитель, включенный параллельно с резистивным. Ну и здесь тоже. Классический Блюмляйн делается так:

из двух передаточных линий с волновым сопротивлением Z и временем прохождения сигнала тау. Линии могут быть коаксиалами. Схема с конденсаторами - это, строго говоря, не Блюмляйн, хоть и похож.

Собственно, дело в том, что на высоких частотах пренебречь передаточной линией нельзя, и естественная идея - это сделать передаточную линию частью самой схемы. У длинного коаксиала, скорее всего, емкость пара сотен пикофарад, т.е. значительно больше, чем конденсатор на трубке. А конденсатор тогда играет роль скорее согласования кабеля с нагрузкой, нежели формирователя импульсов. Вся идея - неравенство фазовой и групповой скоростей волны в кабеле. За счет чего можно получить нечто, отдаленно напоминающее солитон (настоящим солитоном это не является).

Насколько я понимаю, то разогретый лазер начисто закорачивает индуктивность L2. несмотря на это сама труба обладает собственной индуктивностью + индуктивность монтажа, поэтому конденсатор С1 при отсутствии обостряющего резонирует на очень высокой частоте и отрицательное напряжение на тиратрон приходит раньше чем заканчивается импульс отпирания на сетке. В результате чего работа схемы нарушается.

Может быть. Но в принципе тиратрон тут проводит в обе стороны и все, а что у него там на сетке - дело десятое. Удвоение напряжения нагрузки из-за переворота полярности есть, это главное.

[V. Frankenstein]

Продолжил эксперименты. Добавил обостряющий конденсатор прямо на электроды трубки. 2 к15у1 по 470 пФ последовательно. Снова включил.  Как и в прошлые разы в процессе разогрева была стабильная работа, но обратные зажигания в определённый моментв се ранво появились. Но, появились они гораздо позже,  когда температура лазера была существенно выше. тиратрон потерял управляемость когда уже во всю сияло спонтанное излучение меди в разряде (свет из трубки шёл уже не неоновый а зеленовато-жёлтый), а зеркалом в руке можно было поймать довольно яркое пятно генерации, на уровне десятка-сотни милливатт.

Проблема в том, что я пока плоховато понимаю физические процессы происходящие в схеме питания особенно в сочетании с такой нагрузкой как саморазогревный газовый лазер. Нигде я не видел подробного описания работа источника питания, в книгах (вроде книги Казаряна "лазеры на парах меди", или Петраша "Лазеры на парах металлов и их галогенидов") обычно описание 1-2 страницы текста в духе "Конденсатор заряжается через дроссель и разряжается тиратроном на лазер. Блокирующий дроссель ставится потому что так надо (а то тиратрон не закроется), обостряющий конденсатор ставится потому что даёт +10 к мощности". А в статьях пишут "мы поставили здесь такие-то номиналы деталей, подали столько-то киловольт и столько-то килогерц и наш лазер засиял". Основное внимание уделяют процессам происходящим в самой лазерной трубке и влияние параметров самой трубки (вид и давление буферного газа, геометрические размеры, количество испарителей меди, рабочая температура, материал электродов итд итп) на характеристики излучения.

Подробных описаний процессов, с осциллограмами и зависимостями от величин разных элементов схемы я не нашёл, а информация из разных статей порой противоречива.  Т.е. я не нашёл таких вещей как график зависимости мощности излучения от емкости накопительного конденсатора, или обостряющего, или величины индуктивности блокирующего дросселя и  на какие процессы величины этих элементов оказывают влияние. В лучшем случае дают просто ссылки на литературу где эта информация есть. К примеру у Казаряна есть ссылка на источник, а именно на докторскую диссертацию Исаева А. А., "Высокоэффективные импульсно-периодические лазеры на парах меди", которая защищалась в 1988 году. И где её раскопать, если в интернетах доступ к текстам диссертаций платный?

[Gall]

Проблема. Придется англоязычные источники лопатить.

Хотя можно подойти с другой стороны. Похожая схемотехника использовалась в радарах. В соответствующей литературе все это есть. Дополнить это высоковольтным щупом к осциллографу, а лучше двумя, да с таким осциллографом, как у вас, и будет напрямую видно, что где происходит. Если просто удастся увидеть зависимость осциллограммы от номиналов, можно будет просто экстраполировать.

[V. Frankenstein]

Кстати, об англоязычных источниках. Есть ли в интернете иностранный аналог(и) журналов типа "Приборы и техника эксперимента", "Квантовая электроника" и если есть, то есть ли к ним бесплатный доступ?

[Gall]

Кстати, об англоязычных источниках. Есть ли в интернете иностранный аналог(и) журналов типа "Приборы и техника эксперимента", "Квантовая электроника" и если есть, то есть ли к ним бесплатный доступ?

Журналов полно, а доступа нет Их издают всякие Springer'ы по подписке. Впрочем, у многих НИИ есть подписка.

Неожиданно хороший источник информации - американские патенты. Там много чуши, но там и рабочих конструкций много.

[V. Frankenstein]

В общем путем плясок с бубном удалось лишь сместить начало неустойчивой работы немного вверх по температуре и получить генерирование излучения в однозеркальном режиме. Как я не игрался с емкостью накопительного и обостряющего конденсатора. индуктивностью блокирующего дросселя, даже в анодную цепь тиратрона добавил нелинейный дроссель (на медную трубку нанизал десятка полтора ферритовых колец М2000 20*12*6) -- полностью победить неустойчивый режим работы в раскалённом режиме не удается. Если бы не быстрая токовая защита, то уже бы сжег и латр и ВВ трансформаторы силовые... 

Из-за большого коэффициента усиления подходит любое блестящее зеркало в качестве глухого, а при дальнейшем разогреве начинается суперлюминесцентная генерация.



Геенерация без зеркал.

[Gall]

Ну что, поздравляю, загенерировал.

[V. Frankenstein]

Продолжаю эксперименты с лазером. Подбирая обостряющий кап удалось чуть-чуть нащупать режим в котором схема работает стабильнее и защиту выбивает куда реже. В этом случае удалось поставить одно из зеркал неподвижно и попрбовать изучить характеристики луча. Луч большого диаметра и довольно сильно расходится. На расстоянии примерно полуметра пятно на "экране" имеет диаметр примерно 3 см, при исходном диаметре 2 см (диаметр разрядного канала в лазере). И пятно такой площади довольно ощутимо греет. линзы под руками для фокусировки не оказалось чтобы проверить, жжот или не жжот. В однозеркальном режиме генерируется только зелёная (510 нм) линия, жёлтая или очень слаба или не генерируется вовсе, так как усиления недостаточно. Если взять плоскопараллельную пластинку и попробовать поймать параллельность её с глухим зеркалом с другой стороны трубы -- можно поймать очень резкое увеличение мощности излучения и изменение цвета от зелёного до лимонного -- подмешивается генерация на жёлтой (578 нм) линии. Нужно собирать в корпусе трубу вместе с зеркалами...

[V. Frankenstein]

Ещё один очень актуальный вопрос. Какие нужны очки для эффективной остановки жёлтого излучения? ОС-23-1 которые хорошо останавливают 532\510\514 нм  (OD5 насколько знаю) совершенно не поглощают 578 нм. 

[Gall]

Я бы взял фирменные против медного лазера, срециально против этих длин волн. Так проще.

[V. Frankenstein]

Попробовал повторить схему из вот этой статьи http://www.mathnet.ru/links/79fa00ff9264430adc35196002e9dcf9/qe4694.pdf, отвязав лазер от тиратрона трансформатором. Не смотря на то что напряжение на электродах лазера стало более высоким, а длительность импульса вдвое короче благодаря нелинейному дросселю (если коненчо он корректно работает) проблема с тиратроном никуда не делась. стоит начаться испарению меди как тиратрон дает осечки и срабатывает защита БП. Строго говоря с трансформаторной нагрузкой у тиратрона должна быть гораздо более легкая работа, но тут что-то не так. Может уже просто гаплык тиратрону приходит из-за предыдущих варварских экспериментов?

[Gall]

Кто ж его знает. Я бы гадать не стал, а придумал, как к этой штуке осциллограф подрубить. На напряжение и ток одновременно, в два канала.

[V. Frankenstein]

Имеет ли значение куда навешивать пояс Роговского для изучения импульса тока в трубке -- на горячий провод (идущий от нелинейного дросселя к катоду) или на холодный, который идет от анода к земляной шине? Если нет труЪ ВВ щупа то как лучше смотреть импульс напряжеия -- через мелкий конденсатор (десяток другой пик на полное напряжение) или через гирлянду КЭВов? Безиндуктивных ТВО на десятки мегаом я честно говоря не наблюдал в природе.   

[Gall]

1) Лучше к земляной, меньше электростатическая наводка. На горячем проводе сильная емкостная помеха, легко можно намерять чушь.

2) Гирлянду КЭВ, поскольку пики могут быть короткие, импеданса конденсатора может не хватить. Индуктивности и емкости компенсируются стандартной схемой: включением второй индуктивности или емкости в нижнее плечо делителя. Потом на пределе чувствительности прибора все это калибруется по импульсам невысокого напряжения. А еще резистор можно сделать из подходящего материала (что-нибудь антистатическое), нам ведь нужно не абсолютные величины знать, а только форму импульса.

[Gall]

Кстати, высоковольтные делители можно делать и из обычных резисторов, особенно из SMD. Надо только брать резисторов достаточно много, чтобы не превышать допустимое напряжение на каждом (оно не выше 200 вольт, у SMD ниже, см. документацию, варисторный эффект!). SMD спаиваются прямо друг к другу торцом в одну палку. Потом все целиком заливается компаундом. Индуктивность у такой штуки будет очень низкая.