Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Конструкции газоразрядных СО2-лазеровСодержание книги
Поиск на нашем сайте
Перед классификацией данных типов лазеров, следует рассказать о том, что, хотя они и отличаются друг от друга по многим своим рабочим параметрам (например, выходной мощности), все они имеют общую важную особенность, а именно высокий дифференциальный КПД (15...25 %). Столь высокий КПД является следствием большого квантового выхода (40%) и очень высокоэффективного процесса накачки, который имеет место в СО2-лазере при оптимальной электронной температуре разряда. С точки зрения конструкции и способа возбуждения СО2-лазеры можно подразделить на следующие шесть типов: а) Лазеры с продольным возбуждением и медленной продольной прокачкой. Газовая смесь медленно прокачивается вдоль лазерной трубки (см. рисунок 1.3) просто для того, чтобы удалить продукты диссоциации, в частности СО, которые в противном случае загрязняют лазерную среду. Отвод тепла обеспечивается теплопередачей в радиальном направлении к стенкам трубки (обычно стеклянным), которые охлаждаются извне подходящим теплоносителем (для этого используют воду). Часто применяется конструкция с внутренним зеркалом, и, по крайней мере в конфигурации, один из металлических держателей, который включает в себя зеркало резонатора, должен находиться при высоком напряжении.
Рисунок 1.3 – Схематическое представление СО2-лазера с продольным возбуждением и продольной прокачкой газа
Одно из главных ограничений этого лазера состоит в том, что независимо от диаметра трубки в нем имеется верхний предел выходной мощности с единицы длины разряда (50...60 Вт/м). СО2-лазеры с медленной продольной прокачкой относительно низкой мощности (50...100 Вт) широко используются в лазерной хирургии, для подгонки резисторов, для резки керамических пластин в электронной промышленности и сварки тонких металлических листов (толщиной меньше 1 мм). б) Лазеры с продольным возбуждением и быстрой продольной прокачкой. Одним из возможных и лучших интересных решений, позволяющих преодолеть ограничения на выходную мощность лазеров рассмотренного выше типа, является прокачка газовой смеси вдоль трубки с очень высокой скоростью (около 50 м/с). В этом случае теплота исчезает простым путем удаления разогретой смеси, которая, прежде чем вернуться в трубку, охлаждается вне ее пределов в соответствующем теплообменнике. При этом плотность тока не имеет оптимального значения, мощность фактически возрастает линейно с увеличением плотности разрядного тока, и можно достичь значительно более высокой выходной мощности на единицу длины разряда (1кВт/м и даже больше). Помимо охлаждения смесь за пределами трубки пропускается через катализатор, чтобы газ СО прореагировал с О2 (некоторое количество О2 уже имеется в смеси благодаря диссоциации СО2 в области разряда). Это обеспечивает необходимую регенерацию молекул СО2. В этом режиме необходимая подпитка смеси крайне мала и можно добиться работы в полностью запаянном в) Отпаянные лазеры.Если в устройстве, показанном на рисунке 1.3, остановить прокачку газовой смеси, то через несколько минут генерация прекратится, поскольку продукты химической реакции (в частности, молекулы СО), образующиеся в разряде, уже не удаляются, а поглощаются стенками трубки или начинают взаимодействовать с электродами, нарушая таким образом равновесие в смеси СО2–СО–О2. В конечном счете это привело бы к диссоциации молекул СО2. Чтобы обеспечить регенерацию молекул СО2 из СО, в газоразрядной трубке отпаянного лазера должен находиться определенный катализатор. Для этого в газовую смесь можно просто добавить небольшое количество паров воды (около 1 %). В данном случае регенерация молекул СО2 осуществляется, по-видимому, благодаря следующей реакции: СО˙ + ОН → СО˙2 + Н, (1) в которой участвуют колебательно-возбужденные молекулы СО и СО2. г) Волноводные СО2-лазеры. Если диаметр лазерной трубки (см. рисунок 1.4) уменьшить до нескольких миллиметров (2...4 мм), то лазерное излучение в трубке будет распространяться как в волноводе. Такие волноводные СО2-лазеры имеют низкие дифракционные потери. По последним данным было принято решение, что наилучшие характеристики таких лазеров получаются с разрядными трубками, изготовленными из ВеО – бинарное неорганическое вещество или SiO2 – кислотный оксид. Главным преимуществом волноводного СО2-лазера является то, что, благодаря небольшому диаметру отверстия, давление смеси может варьироваться (от 100 до 200 мм. рт. ст.). Возрастание давления приводит к увеличению усиления на единицу длины. Это означает, что можно изготавливать короткие СО2-лазеры (меньше 50 см), не сталкиваясь с трудной задачей уменьшения потерь в резонаторе. Однако мощность, которую можно снять с единицы длины разряда, подвержена тому же ограничению, что и мощность рассмотренного выше лазера с медленной продольной прокачкой около 50 Вт/м. Поэтому волноводные СО2-лазеры играют особенно важную роль, когда имеется необходимость в коротких компактных СО2-лазерах низкой мощности (меньше 30 Вт). Чтобы полностью реализовать возможности, связанные с компактностью этих лазеров, они работают, как правило, в отпаянном режиме. Конструкция данного лазера может быть такой, какой она показана на рисунке 1.4, когда электрический ток (обычно от высокочастотного источника) течет поперек трубки.
Рисунок 1.4 – Схематическое представление волноводного СО2-лазера с
В данной схеме введены следующие изменения для устранения некоторых проблем: – в этой схеме отсутствуют постоянные анод и катод, и поэтому исчезают трудности, связанные с химическими процессами в газе вблизи катода; – благодаря включению последовательно с разрядом простых элементов, не рассеивающих энергии (например, диэлектрической пластины), обеспечивается устойчивый разряд. д) Лазеры с поперечной накачкой и поперечной прокачкой. Другую возможность снять ограничения на мощность в лазере с медленной продольной прокачкой предоставляет прокачка газовой смеси перпендикулярно разряду (см. рисунок 1.5).
Рисунок 1.5 – Схема устройства СО2-лазера с поперечной прокачкой
Если смесь прокачивать достаточно быстро, то, как и в случае лазера с быстрой продольной прокачкой, теплота уносится механически, а не путем переноса к стенкам. Поэтому насыщения выходной мощности при увеличении тока разряда не происходит, и можно достичь высоких выходных мощностей с единицы длины разряда (несколько кВт/м) как и в лазерах с быстрой продольной прокачкой. Следует заметить, что в этом случае оптимальное общее давление смеси (порядка 100 мм. рт. ст.) теперь примерно на порядок выше, чем давление в системах с продольной накачкой и большим диаметром трубки. ТЕ СО2-лазеры с быстрой поперечной прокачкой высокой выходной мощности (1...20 кВт) широко применяются во многих приложениях, связанных с обработкой металла (резание, сварка, поверхностная закалка, поверхностное легирование металлов). По сравнению с лазерами с быстрой продольной прокачкой эти лазеры имеют более простую конструкцию, поскольку для поперечной прокачки не нужна большая скорость прокачки, как в случае продольной. Однако лазеры с быстрой продольной прокачкой и накачкой имеют значительно лучшее качество пучка, поскольку у них ток разряда имеет цилиндрическую симметрию, что делает эти лазеры особенно привлекательными для механической обработки резанием. е) Лазеры с поперечным возбуждением при атмосферном давлении (ТЕА-лазеры).ТЕА-лазерами называются такие лазеры, в которых длительность импульса очень мала (доля микросекунды), поэтому неустойчивости в разряде не успеют развиться, и следовательно рабочее давление газа в таких лазерах можно повысить вплоть до атмосферного и выше. Таким образом, ТЕА-лазеры работают в импульсном режиме и позволяют получать большой энергосъем с единицы объема разряда (10...50 Дж/л). Для предотвращения дугового разряда используется также тот или иной тип предыонизации, которая предшествует возбуждающему импульсу напряжения. На рисунке 1.6 приведена схема, которая часто применяется в таких лазерах на практике. В ней предыонизация обеспечивается ультрафиолетовым (УФ) излучением нескольких искр, которые зажигаются вблизи разрядной области. Излучение этих искр в коротковолновой УФ-области приводит к созданию электронов в разрядном промежутке посредством как фотоионизации составляющих газовой смеси, так и благодаря индуцированной УФ-излучением эмиссии электронов из электродов (УФ-предыонизация).
Рисунок 1.6 – Схематическое представление (вид вдоль лазерной оси) лазера, накачиваемого поперечным разрядом с использованием УФ-излучения для предыонизации газа
Как только произошла ионизация во всем объеме лазерного разряда, закорачивается быстродействующий коммутатор (водородный тиратрон или разрядный промежуток) и через электроды разряда проскакивает главный разрядный импульс. При низкой частоте повторения импульсов (порядка 1 Гц) нет необходимости в прокачке газовой смеси. При более высоких повторениях импульсов газовая смесь прокачивается в перпендикулярном оси резонатора направлении и охлаждается в соответствующем теплообменнике [11].
|
||||
Последнее изменение этой страницы: 2024-06-17; просмотров: 5; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.191.205.149 (0.008 с.) |