Моделирование кинетических процессов в электроразрядных молекулярных лазерах

• Автор: Лисенков, Василий Викторович
• Шифр специальности: 01.04.05, 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 123 с. : ил

Содержание
Введение.

Глава 1. Формирование самостоятельного объемного разряда в лазерных

1.1. Самостоятельный объемный разряд источник накачки мощных газовых лазеров.

1.2. Формирование плазменного столба разряда.

1.3. Формирование катодною слоя

1.3.1. Описание модели.

1.3.2 Высоковольтная граница зажигания объемного разряда.

1.4. Релаксация плазмы объемного разряда в импульсных С и ХсС1 лазерах.

1.4.1 Релаксация плазмы в активной среде С лазера

1.4.2 Релаксация плазмы в активной среде ХеС1 лазера.

Выводы к главе 1.
Глава 2. Моделирование С лазера, накачиваемого комбинированным
разрядом среднего давления
2.1. Импульсные С лазеры краткий обзор.
2.2. Описание модели С лазера
2.3. Расчет кинетических процессов в активной среде и энергетических характеристик С лазера
2.4. Влияние добавок водорода на характеристики С лазера.
Выводы к главе 2.
Глава 3. Численное моделирование СО лазера, накачиваемою
комбинированным разрядом среднего давления
3.1. Исследование СО лазеров краткий обзор.
3.2. Описание модели СО лазера.
3.3. Расчет энергетических характеристик.
3.4. Роль добавок азота и ксенона в газовую смссь
Выводы к главе 3
Приложение. Список плазмохимических реакций
Заключение.
Литература


Для выяснения особенностей формирования разряда при возбуждении цугом нм пульсов исследуется так же процесс релаксации плазмы с концентраций й, К) см*3 (соответствующих объемному разряду) и И), см*3 (соответствующих искровому каналу и неоднородностям типа диффузных нитей) применительно к активным средам С и ХеС1 - лазеров. Полученные результаты дают основание считать, что неоднородность концентрации электронов может сохраняться в среде ХеС1- лазера до ~-6с, а в среде С-лазера до ~’5 с. Такая неоднородность может привести к контракции при подаче следующего импульса напряжения. Во второй главе представлена модель кинетических процессов и расчет энергетических характеристик С * лазера, накачиваемого комбинированным разрядом среднего давления. С помощью разработанной модели было проведено сравнение различных способов возбуждения активной среды. Для одной и той же смеси С:ї:Не = 1:4:8, горр. Применительно к указанному способу возбуждения были проанализированы кинетические процессы и для различных смесей рассчитаны зависимости КПД от удельного энерговклада и добротности резонатора. С)/([С)+-(М). Было так же проанализировано влияние добавок водорода в активную среду С - лазера. В частности было найдено объяснение факту увеличения удельного энерговклада на несамостоятельной сталии разряда при увеличении концентрации Н2. Оно заключается п том, что при увеличении концентрации Н2 происходит снижение скоростей возбуждения высокоэнергстичных состояний молекул газовой смеси и, следовательно, скоростей ионизационных процессов, идущих с их участием. Это подавляет развитие неустойчивостей. Показано так же, «по водород позволяет уменьшить скорость деградации рабочей смеси за счет частичною восстановления СО> в течении ~Ю‘3с после окончания протекания тока. В третьей главе представлена численная модель СО-лазсра, накачиваемого комбинированным разрядом среднего давления. Основу модели составляет система балансных уравнений для колебательных уровней молекулы СО и первого колебательного уровня молекулы N2. В систему включались так же уравнения баланса фотонов и температуры газовой смеси. С помощью разработанной модели была показана возможность работы СО лазера, накачиваемого комбинированным разрядом среднего давления при комнатной температуре. Были рассчитаны энергетические характеристики лазера в многочастотном режиме генерации. Найдены оптимальные параметры лазера такие как: приведенная напряженность поля, удельный энерговклад, давление, добротность резонатора. Выяснена так же роль добавок азота и ксенона в состав рабочей смеси СО - лазера и необходимость их применения в случае возбуждения активной среды комбинированным разрядом среднего давления. Показано, что в случае накачки комбинированным разрядом добавка азота не является необходимой. Она оказывается полезной при накачке мощным разрядом малой длительности, когда распределение населенности СО с малым градиентом по колебательным состояниям не успевает устанавливаться, например, в случае элсктроионизаиионного лазера. Показано, что оптимальная добавка Хе может снизить рабочие значения Е/р и, следовательно, повысить эффективность колебательного возбуждения СО при накачке самостоятельным разрядом. В случае накачки комбинированным разрядом при оптимальном Е/р добавка Хе замедляет распад плазмы и, следовательно, увеличивает энерговклад в активную среду. СО< Х,Г)+СО(А3П) ~>СО2+С+0. В . В заключении формулируются основные результаты работы. Возможность создания СО-лазера возбуждаемого комбинированным разрядом при комнатной температуре и достижения КПД до % при давлении 0 торр и энерговкладс 3 Дж/(литр атм. В активной среде С-лазсра убыль концентрации заряда с уровня -см'3 в диапазоне времени Ю 7- 6с происходит быстрее, чем с уровня ,6-см’3. Это объясняется изменением ионного состава плазмы во время релаксации. Обоснование того, что по сравнению с другими методами возбуждения С-лазера накачка комбинированным разрядом позволяет получить наиболее высокий КПД генерации, обеспечивая как максимально аффективный ввод энергии на верхний лазерный уровень, так и минимальные релаксационные потери. Объяснение влияния водорода на увеличение энерговклада в газ за счет уменьшения скорости возбуждения метастабильных состояний азота, что улучшает устойчивость комбинированного разряда в срсдс С-лазсра.