Электроаэродинамические лазеры

Такие лазеры имеют следующую структурную схему.

ЭП – электроплазменный подогреватель

ИВН – источник высокого напряжения

В – в/в камера

ЛК – лазерная камера

ОХЛ - охладитель

К – компрессор

В таком лазере инверсия населённости создаётся путём возбуждения молекул предварительно нагретого и сжатого газа в сильном электрическом поле в в/в камере и последующего расширения газа в лазерной камере

В настоящее время созданы электродинамические лазеры с параметрами:

1. К.П.Д. 25-30%

2. Выходная мощность – до 50кВт

Электроионизационные лазеры.

Это газовые (СО₂ + N₂) лазеры, работающие только в импульсном режиме. Давление газовой смеси может достигать десятков и даже сотен атмосфер. Поэтому он имеет сравнительно малые габариты при большой энергии излучения (тысячи джоулей) и большом К.П.Д.=50%

Накачка активной среды производиться с помощью несамостоятельного разряда в газовой среде под действием ионизирующего излучения (рис. ) в виде пучка (потока) электронов.

Рис.

При работе лазера этот поток электронов 1 создаётся источником электронов 3 в вакуумной камере, которая отделена от активной среды 5 мембраной – тонкой алюминиевой фольгой толщина 25мкм. Электроны с энергией ≈130кЭВ проходят через фольгу в активную среду где между катодом 4 и анодом 2 создаётся электрическое поле с напряжённостью 3-6кВ/см. Поток электронов вызывает ионизацию молекул газа и появление новых электронов. Все электроны под действием эл. поля двигаются через газ и при столкновении переводят молекулы газа на высшие энергетические уровни. Благодаря этому создаётся инверсия населённости и возникает лазерное излучение. Преимущество: благодаря применению несамостоятельного разряда выбирают такое значение E/Р при котором эффективность до 90%.

Инверсия населённостей в импульсных электроионизационных СО₂ – лазерах достигается также либо с помощью импульсного несамостоятельного разряда, либо путём создания объёмно – однородного импульсного самостоятельного незавершённого разряда. В первом случае (рис. ) возбуждение активной среды производиться очень короткими в/в импульсами. 1- трубчатый электрод, 2- катоды – острия в виде угольных резисторов, которые необходимы для ограничения тока разряда и предотвращения образования искры. При подаче импульса на остриях возникает коронный разряд, который заполняет весь объём. К.П.Д. около 17% (относительно мал из-за потерь на резисторах). Мощность до 5 кВт и более. Активная среда: СО₂, К₂, SF₆+H₂, NO₂,N₂O, позволяет получать лазерное излучение на СО₂ при атм. давлении при подаче короткого импульс без резисторов, но К.П.Д. ещё меньше из-за малого времени разряда.

Рис.

Во втором случае (рис. ) используются два последних разряда (лазер с предварительной ионизацией). Первый разряд (малой энергии) между катодом 3 с игольчатыми электродами и сетчатым анодом 2 является источником предварительной ионизации, которая облегчает второй основной разряд между анодом 2 и катодом 1.

Рис.

Смесь газов импульсных СО₂ – лазеров состоит из тех же компонентов, но может заметно отличаться от непрерывных лазеров. Состав смеси оказывает влияние на форму импульса излучения (рис. ). При высоком содержании азота импульс содержит два типа: первый обусловлен использованием энергии возбуждённых молекул СО₂, второй использованием энергии возбуждённых молекул N₂ с передачей энергии молекулам СО₂. При малой концентрации N₂ существует только первый пик, а длительность t_И уменьшается.

Рис.

Режим работы активной среды электроионизационных лазеров характеризуется значением массового энерговклада

(2.24)

где - эл. Энергия подводимая к излучателю от источника питания, - масса активной среды (газовой смеси) в рабочей камере излучателя, т.е. участвующей в получении лазерного излучения.

Предельные значение этого параметра ограничиваются допустимым перегревом рабочей смеси и имеют величину при . С увеличением Р→ медленно возрастает.

Импульсные газовые лазеры высокого давления с поперечным самостоятельным и незавершённым эл. разрядом (ТЕА – лазеры).

Из-за высокого давления к эл. разряду предъявляются следующие требования:

- быть однородным и устойчивым в большом объёме, т.е. иметь минимальную тенденцию к переходу в искровую форму, что является аварийной ситуацией

- иметь достаточно высокую среднюю энергию электронов, чтобы обеспечить эффективное возбуждение активной среды

- обеспечивать высокие плотности тока

Методы удовлетворения этих требований:

- выбирать малое время разряда (меньше времени формирования искры)