Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Квантовая электроника

Диссертационная работа:

Дюблов Андрей Алексеевич. Широкоапертурный ТЕ-СО_2-лазерный усилитель высокого давления : Дис. ... канд. техн. наук : 05.27.03 : Санкт-Петербург, 2003 123 c. РГБ ОД, 61:04-5/1966

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

Глава 1. Обзор литературы 10

1.1. Методы формирования объемного разряда

при высоком давлении 10

  1. Методы предыонизации 13

  2. Анализ конструкций разрядных камер и высоковольтных источников накачки. 19

Выводы 26

Постановка задач исследования 27

Глава 2. Численное моделирование процесса усиления при прохождении

лазерного импульса через активную зону разряда импульсного

TE-COj-лазерного усилителя 28

2. 1. Выбор теоретической модели 28

2 .2. Анализ усиления коротких импульсов 39

Выводы 49

Глава 3. Поиск и оптимизация конструктивных вариантов

шнрокоапертурного импульсного ТЕ-С02-лазерного усилителя 50

  1. Анализ конструктивных вариантов и обоснование конструкции усилителя 50

  2. Оптимизация контура основного разряда 64

  3. Моделирование процессов рентгеновской предыонизации 74

Выводы 86

Глапа 4. Исследование широкоапсртурного импульсного

ТЕ-СОг-лазерного усилителя высокого давления 87

4.1. Описание широкоапертурного импульсного
ТЕ-СОг-лазерного усилителя высокого давления 87

  1. Исследование рентгеновской предыонизации 91

  2. Исследование условий формирования разряда 101

  3. Исследование коэффициента усиления 109

Выводы 115

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 116

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 118

Введение к работе:

Интерес к созданию и использованию пикосекундных тераваттных СОг-лазерных систем обусловлен новыми возможностями в решении ряда фундаментальных и прикладных задач, связанных с применением излучения десятимикронного диапазона, таких как лазерное ускорение заряженных частиц, исследование процессов туннельной ионизации атомарного газа, использование в мод-селективной лазерохимии, когда резонансное возбуждение моды в ИК-иоле тераваттных импульсов происходит в условиях сильного нарушения внутримолекулярного равновесия, что стимулирует химическую активность молекулы, и ряде других. Причем эффективность воздействия лазерного импульса проявляется по достижению некоего значения мощности. Так, фокусирование тераваттного лазерного пучка в ЗОмкм пятно дает интенсивность 1017Вт/см2 , что соответствует напряженности электрического поля ЮГВт/см, что в четыре раза превышает напряженность электрического поля, получаемую в традиционных ускорителях заряженных частиц [63].

Формирование широкого спектра усиления, позволяющего без искажений усиливать пикосекундный импульс в активной среде СОг усилителя, происходит за счет перекрытия линий соседних колебательно-вращательных переходов при столкновительном уширении. Полное перекрытие линий достигается при давлении порядка Юатм. При более низких давлениях спектр усиления является модулированным либо распадается на отдельные линии. Выходная энергия импульсного лазера с заданным объемом рабочей области зависит от числа возбужденных молекул, находящихся в этом объеме, а следовательно, от давления газа. Длительность импульса определяется главным образом временами релаксации возбужденных молекул. Поскольку эти времена уменьшаются с ростом давления, длительность импульса также оказывается зависящей от давления газа. В результате пиковая мощность возрастает пропорционально квадрату давления. Таким образом, при более высоких давлениях в лазерах одинаковых объемов удается получать

импульсы большей энергии при более высокой импульсной мощности и меньшей длительности.

Большинство работ в области С02-лазеров высокого давления (р>7 атм) выполнено на усилительных модулях с возбуждением активной среды объемным самостоятельным разрядом и предварительной ионизацией среды в объеме разрядного промежутка. Параметры лазеров, достигаемые с помощью такого метода возбуждения, близки к соответствующим параметрам лазеров с несамостоятельным разрядом. В то же время лазеры с объемным самостоятельным разрядом проще по конструкции и отличаются рядом преимуществ в эксплуатации.

Электроразрядные ТЕ-С02-лазеры высокого давления принципиально практически ие отличаются по конструкции от ТЕА-СОг-лазеров. Однако, при переходе к высоким давлениям возникают особенности, состоящие в следующем:

1.С ростом давления растет пробойное напряжение и напряжение, необходимое для поддержания Е/р на оптимальном уровне (~ 20-60 кВ/сматм). Здесь Е -напряженность электрического поля в рабочем промежутке, р - давление рабочей газовой смеси. При этом возрастают требования к однородности поля в промежутке.

2.При повышении давления возникает проблема обеспечения равномерной предыонизации разрядного промежутка вследствие сильного поглощения УФ-излучения в активной среде. Поэтому использование УФ источников, таких как открытая искра и скользящий поверхностный разряд, находит применение только в случаях малых апертур ~ 10x10мм, Предыонизация рентгеновским излучением позволяет формировать объемный разряд в системах с большими апертурами.

З.Повышение давления приводит к сокращению времени формирования локализации разряда тл. Для формирования однородного разряда длительность стадии основного ввода энергии должна быть меньше тл. Радикальным методом борьбы с контрагированием разряда в лазерах с самостоятельным разрядом является ограничение времени энерговклада.

Создание широкоапертурного (-ЧОхЮхЮОсм) ТЕ-С02-лазерного усилителя высокого давления (<10атм), кроме вышеперечисленных особенностей, имеет также и особенности, связанные с конструктивным решением разрядной камеры большого

объема, в которой рабочая газовая смесь находится под высоким давлением, в связи с чем при разработке конструкции необходимо учитывать требования, предъявляемые к сосудам и аппаратам, работающим при избыточном внутреннем давлении. Необходимость повышения рабочего напряжения так же накладывает дополнительные требования к обеспечению электрической прочности изоляционных промежутков и элементов разрядной камеры.

Целью настоящей работы является исследование условий для получения объемного самостоятельного разряда и оптимизация элементов широкоапертурпого ТЕ-СОг-лазерного усилителя с рабочим объемом 10x10x100см при давлении рабочей смеси до Юатм. Создание эффективного предыопизатора. Создание и исследование нового широкоапертурного ТЕ-СОг-лазерного усилителя высокого давления.

Научная новизна:

  1. Впервые разработан и создан образец широкоапертурного (100x100мм) ТЕ-СОг-лазерного усилителя высокого давления (до 10 атм) с рентгеновской предыонизацией.

  2. Проведен сравнительный анализ результатов численного моделирования и результатов экспериментальных исследований эффективности рентгеновской предыонизации разрядного объе.ча широкоапертурного ТЕ-СОг-лазерного усилителя высокого давления. Продемонстрирована возможность получения начальной концентрации электронов ~109-см"3 в разрядном промежутке большой апертуры при высоком давлении рабочей газовой смеси с использованием рентгеновской предыонизации.

  3. Экспериментально исследован коэффициент усиления слабого сигнала в широкоапертурном ТЕ-СОг-лазерном усилителе высокого давления с рентгеновской предыонизацией в зависимости от давления и состава рабочей газовой смеси.

Практическая значимость. Работа по созданию и исследованию широкоапертурного ТЕ-С02-лазерного усилителя высокого давления проводилась в рамках «Программы по реализации альтернативных методов ускорения заряженных частиц» для ООО «НИФ ОПТОЭЛ». Акт о внедрении результатов диссертационной работы прилагается.

Полученные в диссертации результаты могут быть использованы при разработке широкоапертурных ТЕ-СОг и эксимерных лазерных усилителей высокого давления с рентгеновской предыонизацией.

Основные результаты, выносимые на защиту:

новое схемное решение разрядной камеры широкоапертурного ТЕ-С02-лазерного усилителя высокого (йЮатм) давления с рентгеновской предыонизацией, при котором камера вакуумного диода размещается внутри оболочки корпуса разрядной камеры, что позволяет оптимизировать расстояние от выводного окна вакуумного диода до разрядного промежутка, а также использовать оболочку корпуса разрядной камеры в качестве дополнительной защиты в случае разрушения разделительной фольги выводного окна вакуумного диода;

система формирования коротких высоковольтных (-1MB) импульсов основного разряда широкоапертурного ТЕ-СОг-лазерного усилителя высокого давления с рентгеновской предыонизацией, включающая в себя перестраиваемую водяную формирующую линию, обеспечивающая возможность эффективного согласования импедансов разрядного контура с разрядным объемом;

результаты численного моделирования эффективности рентгеновской предыонизации при давлении газовой смеси в рабочем объеме усилителя до Юатм;

- анализ особенностей расчета профиля высоковольтного электрода в контуре
основного разряда широкоапертуриой лазерной системы, предполагающий
использование результатов расчета распределения напряженности
электростатического поля с учетом влияния металлического корпуса разрядной
камеры, в дополнение к традиционной методике;

- результаты экспериментальных исследований работы рентгеновского предыонизатора, продемонстрировавшие возможность получения начальной концентрации электронов ~109-см"3 в разрядном промежутке большой апертуры при высоком давлении рабочей газовой смеси с использованием рентгеновской предыонизации;

- результаты оптимизации электрических параметров системы формирования
высоковольтных импульсов, позволившие впервые получить устойчивый объемный

самостоятельный разряд в диапазоне давлений газовой смеси 5-Юатм при разрядном объеме 10х10х100см3=10л;

- исследования коэффициента усиления слабого сигнала широкоапертурпого ТЕ-СО2-лазерного усилителя высокого (йЮатм) давления с рентгеновской прсдыонизацией, составивший 0,019см"1 для давления газовой смеси Юатм.

000 "Научно-инновационная Sa'entific&lnnovation company
фирма "Оптоэп" Optoel Ltd.

197101, Санкт-Петербург, Россия, ул. Саблинская, 14 14, Sablinskaya str., Si Petersburg, 197101, Russia tei/fax: (812) 233-6388

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы Дюблова АА «Широкоапертурный ТЕ-СОг - лазерный усилитель высокого давления»

Разработанный в рамках диссертации Дюблова А.А. лазерный усилитель с апертурой 10x10x1 ООсмЗ и давлением рабочей газовой смеси до Юатм установпен и сдан 8 эксплуатацию в Брукхэвенской национальной лаборатории, США. Упомянутый усилитель используется в международных программах по исследованию взаимодействия электронов с электромагнитным излучением оптического диапазона.

Зам. Ген 000 «Н

Кушнаренко А. В.

Подобные работы
Дюблов Андрей Алексеевич
Широкоапертурный ТЕ-СО2-лазерный усилитель высокого давления

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net