Тема: ВЧ накачка газового лазера (мысли и размышления)

[товарищ мышъ]

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!

[Gall]

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.

[товарищ мышъ]

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:

Интересно возникнет лазерная генерация или нет?
P. S. Заранее извиняюсь за кривой рисунок и бредовую идею

[Gall]

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.

[товарищ мышъ]

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?

[nerv]

Видимо при большом усилении возникает генерация не только между зеркалами резонатора.
Какое давление газовой смеси будет условно рабочим при такой конструкции лазера?

[Gall]

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.

[товарищ мышъ]

.....
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 ?

[Gall]

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.

[товарищ мышъ]

Для начала задача  простая, сделать простенькую  установку работающую при давлении равном или выше атмосферного.

[screwfeeder]

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.

[Gall]

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.

[screwfeeder]

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.

[Gall]

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".

[Тимерхан]

Не знаю была ли ссылка на статью.
http://person.ipr.sci.am/vm/docs/Magic-Lasers_2004_2007.pdf