Методы и средства повышения эффективности системы ВЧ возбуждения компактного СО2-лазера средней мощности

• Автор: Усанов, Александр Игоревич
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 130 с. : ил.

1 Система ВЧ возбуждения компактных молекулярных газовых
ф лазеров
, , 1.1 Пути увеличения полного КПД компактного С02-лазера средней

мощности
1.2 Анализ систем возбуждения компактных С02-лазеров средней мощности
1.3 Особенности ВЧ разряда в С02-лазере
, 1.4 Проблема устойчивости системы ВЧ возбуждения газоразрядных
лазеров
1.5 КПД системы ВЧ возбуждения
1.6 Цель и задачи, решаемые в диссертации
2 Однородность ВЧ разряда, возбуждаемого в разрядной камере ^ щелевого типа, представленной системой с распределенными
параметрами
4 2.1 Описание модели и границы её применения
2.2 Моделирование участка разрядной камеры
2.3 Система уравнений для распределения напряжения, тока и концентрации электронов
2.4 Решение уравнений
2.5 Условие однородности разряда
2.6 Численный расчет для двух, часто применяемых на практике
* цепей подключения
Выводы по второй главе
3 Устойчивость системы ВЧ возбуждения щелевого С02-лазера
3.1 Постановка задачи анализа устойчивости стационарного режима горения ВЧ разряда
3.2 Метод анализа устойчивости
3.3 Расчёт абсолютной устойчивости стационарного режима ВЧ разряда
3.4 Требования к цепям подключения и длине участка подключения, обеспечивающим абсолютную устойчивость ВЧ разряда
3.5 Модель автогенераторной системы ВЧ возбуждения и автомодуляционный режим работы
Выводы по третьей главе
4 Внедрение результатов исследования системы ВЧ возбуждения компактных С02-лазеров средней мощности
4.1 Особенности систем ВЧ возбуждения компактных С02-лазеров средней мощности, описанных в научно-технической литературе
4.2 Описание экспериментальной установки
4.3 Методика инженерного расчёта системы ВЧ возбуждения молекулярного лазера
4.4 Описание виртуальной лабораторной установки для исследования работы системы ВЧ возбуждения молекулярного газового
4.5 Особенности энергетического режима системы ВЧ возбуждения при регулировке мощности лазера
Выводы по четвёртой главе Заключение
Список использованной литературы Приложение 1 Приложение 2 Приложение
В настоящее время остро стоит вопрос по созданию компактных лазеров средней мощности. Потребность в таких лазерах актуальна в точных технологических процессах, мобильных медицинских комплексах, подвижных лидарных установках, а также для использования отрядами МЧС в чрезвычайных ситуациях. Это стимулировало разработку множества различных конструкций таких лазеров.
В качестве компактных лазеров средней мощности наиболее перспективно использование электроразрядных молекулярных газовых лазеров. Наибольшей эффективностью обладают лазеры на молекулах СО и СО2. Такие лазеры имеют наибольший удельный энергосъём, что позволяет наилучшим образом удовлетворить требованиям компактности при средней мощности лазера. Лазеры на молекуле СО осуществляют генерацию на большом количестве длин волн, а при селекции одной длины волны значительно снижается их мощность и эффективность. Поэтому наибольшее распространение получили лазеры на молекуле СО2, поскольку они позволяют генерировать излучение одной длины волны, а это является важным условием применимости лазера в различных областях науки и техники.
Современный этап развития компактных СОг-лазеров средней мощности направлен на повышение полного КПД лазера.
Увеличение КПД лазера достигается за счёт использования более совершенных конструкций разрядных камер, оптических резонаторов, систем охлаждения, а также оптимизации параметров системы возбуждения. Повышение эффективности и оптимизация оптических резонаторов и систем охлаждения исследованы в достаточной степени. Этими исследованиями занимались многие коллективы авторов как в России, так и за рубежом: Ю.А. Ананьев, В.В. Невтах, В.В. Кубарев, С.И. Мольков, Е.Ф. Шишканов, A.Y.Spasov, J.Uhlenbush, Z.B.Zhang,

Рис.2.4 Размеры разрядной камеры: а - ширина электродов, с1 - межэлектродное расстояние; с1А1 - толщина электродов.
Для удобства сравнения приведем значения элементов обобщенной эквивалентной схемы участка разрядной камеры сЬ в таблице 2.1 для частоты внешнего поля ш = 2л-108рад/с, при а = 0,1л/, с/ = 0,01.и, с1А1 = 0,01л/ и концентрации электронов пе = 10,а 1/.и3.
Таблица 2
Элементы обобщенной эквивалентной схемы участка разрядной камеры сЬ.
Элементы
схемы
Аналитическое выражение
Номинал на частоте 100 МГц
Плазчыд,
(ия +ш)П'
1,426+ /44,803
Ом ■ м

0>р,
+ 10)
-0,998 + /0,0556

О.» • л
7,097-10'
О.и
.1!
Ра/ I + 'со 7
А’А 2-(а + (1мУ
1/1оРа1 Ра1 2,654 • 10'5 + / • 1,471 • 10~2 'Он'
V 2 со - М
Из таблицы 2.1 видно, что в схеме можно пренебречь ёмкостью Ст., образованной электродами разрядной камеры, и сопротивлением плазмы
П.КЗШЫду
в направлении оси г. Данное допущение справедливо при