RU2023335C1 - Импульсно-периодический co2 -лазер - Google Patents

Импульсно-периодический co2 -лазер Download PDF

Info

Publication number
RU2023335C1
RU2023335C1 SU4861705A RU2023335C1 RU 2023335 C1 RU2023335 C1 RU 2023335C1 SU 4861705 A SU4861705 A SU 4861705A RU 2023335 C1 RU2023335 C1 RU 2023335C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
mixture
laser
pulse
nitrogen
deuterium
Prior art date
Application number
Other languages
English (en)
Inventor
И.И. Беляков
П.И. Богданов
В.В. Осипов
В.А. Тельнов
Original Assignee
Институт электрофизики Уральского отделения РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт электрофизики Уральского отделения РАН filed Critical Институт электрофизики Уральского отделения РАН
Priority to SU4861705 priority Critical patent/RU2023335C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2023335C1 publication Critical patent/RU2023335C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Lasers (AREA)

Abstract

Сущность изобретения: в лазере, в котором, по крайней мере, катод выполнен из перовскитоподобной керамики, в газовую смесь разрядной камеры, состоящую из углекислого газа, азота, гелия, добавляют окись углерода, окись азота и кислород, а также смесь водорода и дейтерия. Суммарное содержание водорода и дейтерия не превышает 10%. Содержание кислорода в смеси находится в пределах 0,4 % ≅ [O2]≅ 1,8 % . Количество окиси углерода определяется по формуле [CO]+[O2]= A·W·[CO2] , где А(1,5 +- 0,08) - коэффициент пропорциональности, см3/Дж ; W - удельная энергия, вводимая в газовую среду, Дж/см3 . Содержание окиси азота составляет 0,03%. 2 ил.

Description

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании электроразрядных импульсно-периодических СО2-лазеров.
Известен импульсно-периодический СО2-лазер с электродной системой, образованной металлическими анодом и катодом, через которую прокачивается газовая среда, состоящая из смеси: СО22-Не-Н2-СО [1].
Недостатком такого лазера является изменение химического состава газовой среды вследствие диссоциации активных молекул СО2 в начальный период работы под действием возбуждающего разряда, что приводит к уменьшению средней мощности излучения.
Известен также импульсно-периодический СО2 - лазер с электродной системой, образованной металлическими анодом и катодом из перовскитоподобного материала, через которую прокачивается газовая среда, состоящая в начальный момент из смеси: СО22-Не. Под действием возбуждающего разряда в лазере также происходит изменение химического состава газовой среды и появления новых компонент: СО, СО2, NO, что, в конечном итоге, приводит к установлению равновесного химического состава и стабилизации средней мощности излучения [2].
Недостатком данного лазера является диссоциация активных молекул СО2 в начальный период работы, что приводит к уменьшению средней мощности и стабильности излучения лазера.
Целью изобретения является увеличение средней мощности и стабильности излучения лазера.
Указанная цель достигается тем, что в импульсно-периодическом СО2-лазере, содержащем источник возбуждения, оптический резонатор и разрядную камеру, заполненную рабочей смесью, состоящей из углекислого газа, азота и гелия, а также расположенную в разрядной камере электродную систему, в которой, по крайней мере, катод выполнен из перовскитоподобного материала, рабочая смесь дополнительно содержит водород и/или дейтерий, а также окись углерода, окись азота и кислород, при этом, концентрации компонент рабочей смеси удовлетворяют следующим соотношениям: [H2] + [D2] ≅ 10% [H2] ≅ 10% [D2] ≅10%, [CO] + [O2] = A ˙ ω [CO2]; 0,4% ≅ [O2] ≅1,8; [NO] = 0,03%.
Добавление водорода, дейтерия или их смеси в газовую среду необходимо в качестве катализатора реакции восстановления активных молекул СО2, диссоциирующих под действием разряда, что приводит к увеличению средней мощности и стабильности излучения лазера. При увеличении концентрации водорода или дейтерия до 10% растет скорость восстановления молекул СО2, при этом, возрастает стабильность излучения, а средняя мощность, практически, не изменяется. Дальнейшее увеличение концентрации водорода или дейтерия приводит к увеличению скорости восстановления СО2, а также к увеличению стабильности излучения лазера, но отрицательно сказывается на средней мощности излучения.
На фиг. 1 продемонстрирована каталитическая способность водорода. На кривой 1 приведена доля восстановленного СО2 в смеси, СО:О2:H2 : He = 12:6: 20:62 при атмосферном давлении под действием разряда с удельным энерговкладом 0,3 Дж/см3 в зависимости от числа разрядных импульсов. На кривых 2, 3 и 4 аналогичные зависимости с добавлением в исходную смесь 5% и 10% водорода и смеси водорода и дейтерия в соотношении 1:1, соответственно.
Присутствие окиси азота в газовой среде, необходимо с целью осуществляется объемного характера разряда в смесях с высоким содержанием окиси углерода и кислорода, а также для поддержания высокой концентрации активных молекул углекислого газа. Если концентрация окиси азота [NO] < 0,02%, то состав рабочей среды стабилизуется на более низком уровне (с точки зрения концентрации СО2), чем первоначальный. Это приводит к уменьшению средней мощности излучения лазера. Если концентрация окиси азота [NO] > 0,04%, то нарушается объемный характер разряда и средняя мощность излучения уменьшается до нуля.
Добавление в рабочую смесь кислорода и окиси углерода необходимо для создания условия квазиравновесия реакции диссоциации молекул СО2, что приводит к увеличению и стабилизации средней мощности излучения лазера. Концентрация молекул кислорода должна составлять 0,4% < [O2] < 1,8%. При концентрации кислорода меньше 0,4% скорость реакции восстановления будет меньше скорости реакции диссоциации, что приведет к уменьшению количества молекул СО2 и соответственно, уменьшению средней мощности и стабильности излучения лазера. При концентрации кислорода больше 1,8% ухудшается устойчивость объемного разряда, что приводит также к уменьшению средней мощности и стабильности излучения лазера.
Предложенный импульсно-периодический газовый лазер реализован в виде СО2-лазера, состоящем, из разрядной камеры с полным объемом 3,5 литра. В камере размещен промежуток с возбуждаемым объемом 5 см3, катод которого выполнен из перовскитоподобного материала La0,7 Sr0,3 CoO3. Через промежуток прокачивается приготовленная в смесителе, газовая смесь, состоящая из: CO2: N2:He = 50:33:17, к которой добавлялись:
а) CO:O2:H2:NO = 22,1%:0,4%:5,0%:0,03%
б) СО:O2:H2:NO = 21,5%:1,0%:5,0%:0,03%
в) CO:O2:H2:D2:NO = 20,7%:1,8%:8,0%:2%:0,03%
г) CO:O2:H2:NO = 20,7%:1,8%:13,0%:0,03% соответственно, общее давление в лазерной камере поддерживалось атмосферным.
На фиг. 2 приведены графики изменения средней мощности излучения, кривые 5, 6, 7, 8 соответственно. Резонатор лазера образован медным зеркалом с коэффициентом отражения 98% , радиусом кривизны Р = 5 м и плоско-параллельной пластинкой их из Zn Se с коэффициентом отражения 85%. Энергия, вводимая в газовую смесь за один импульс, составляла 1,5 Дж (0,3 Дж/см3). Энергия излучения в импульсе составляла:
для смеси а) 53 мДж (10,6 мДж/см3), средняя мощность 2,65 Вт;
для смеси б) 50 мДж (10 мДж/см3), средняя мощность 2,50 Вт;
для смеси в) 45 мДж (9 мДж/см3), средняя мощность 2,25 Вт;
для смеси г) 36 мДж (7,2 мДж/см3), средняя мощность 1,80 Вт.
Средняя мощность излучения лазера изменялась не более, чем на:
для смеси а) ±4%, для смеси б) ±2,5%, для смеси в) ±1,5%, для смеси г) ±1,5%, при числе включений N = 8 ˙ 105.
Импульсно-периодический лазер обладает следующими преимуществами по сравнению с прототипом:
-обеспечивает более высокую среднюю мощность и стабильность излучения, так как на начальном этапе работы позволяет исключить период времени, в течение которого средняя мощность лазера уменьшается до нуля, отсутствует, а затем, возрастает до стационарного значения.

Claims (1)

  1. ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИЙ CO2 -ЛАЗЕР, содержащий источник возбуждения, оптический резонатор и разрядную камеру, заполненную рабочей смесью, состоящей из углекислого газа, азота и гелия, а также расположенную в разрядной камере электродную систему, в которой по крайней мере катод выполнен из перовскитоподобного материала, отличающийся тем, что, с целью увеличения средней мощности и стабильности излучения, рабочая смесь дополнительно содержит водород и/или дейтерий, а также оксиды углерода и азота и кислород, при этом концентрации компонент рабочей смеси удовлетворяют следующим соотношениям:
    [H2] + [D2] ≅ 10%; [H2] ≅ 10%; [D2] ≅ 10%; [CO] + [O2] = A˙W[CO2]; 0,4% ≅ [O2] ≅ 1,8%; [NO] = 0,03%,
    где A = 1,5 - 0,08 - коэффициент пропорциональности, см3/Дж, W - удельная энергия, вводимая в рабочую смесь, см3/Дж.
SU4861705 1990-08-21 1990-08-21 Импульсно-периодический co2 -лазер RU2023335C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4861705 RU2023335C1 (ru) 1990-08-21 1990-08-21 Импульсно-периодический co2 -лазер

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4861705 RU2023335C1 (ru) 1990-08-21 1990-08-21 Импульсно-периодический co2 -лазер

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2023335C1 true RU2023335C1 (ru) 1994-11-15

Family

ID=21533484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4861705 RU2023335C1 (ru) 1990-08-21 1990-08-21 Импульсно-периодический co2 -лазер

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2023335C1 (ru)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. D.S.Stark, A.Crocher. Optics Communications, 1984, у.48, N 5, р.337-342. *
2. Авторское свидетельство СССР N 1681361, кл. H 01S 3/038, по заявке N 4698776/25, 1990. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3596202A (en) Carbon dioxide laser operating upon a vibrational-rotational transition
Amorim et al. Two‐photon laser induced fluorescence and amplified spontaneous emission atom concentration measurements in O2 and H2 discharges
US4316157A (en) Gas recirculation system for carbon dioxide lasers
CA2082405C (en) Method for extending the gas lifetime of excimer lasers
Eliasson et al. N2O formation in ozonizers
Cheo Effects of gas flow on gain of 10.6 micron CO 2 laser amplifiers
US4188592A (en) Closed cycle chemical laser
Nighan Plasma processes in electron-beam controlled rare-gas halide lasers
RU2023335C1 (ru) Импульсно-периодический co2 -лазер
Girard et al. High-power double-discharge TEA laser medium diagnostic
US4488311A (en) Optically pumped iodine monofluoride laser
EP0415600B1 (en) Gain medium for radiant energy source
Nagai et al. High-pressure sealed CW CO 2 laser with high efficiency
Freed et al. Small signal gain and saturation intensity of 00° 1-[10° 0, 02° 0] I and II vibrational band transitions in sealed-off CO 2 isotope lasers
Hochuli et al. 13.6-Cold cathodes for He-Ne gas lasers
Dyer et al. Improved performance of mini‐repetitively pulsed CO2 lasers using H2 buffered gas mixtures
Witteman High-power single-mode CO 2 laser
Skippon et al. Kinetics and operation of the atomic mercury laser
DeYoung et al. Lasing in a ternary mixture of He‐Ne‐O2 at pressures up to 200 Torr
Hess Chain‐Reaction Chemical Laser Using H2–F2–He Mixtures
US4340968A (en) Rare-gas hydrogen-halide excimer laser with hydrogen additive
RU2086064C1 (ru) Мощный co*002-лазер на смеси атмосферного воздуха с углекислым газом
Le Guyadec et al. A large volume copper vapor+ HCI--H/sub 2/laser with a high average power
JPS6312398B2 (ru)
Downey et al. Oxygen (1. SIGMA. g+) energy transfer carbon dioxide laser

Legal Events

Date Code Title Description
REG Reference to a code of a succession state

Ref country code: RU

Ref legal event code: MM4A

Effective date: 20080822