RU2558648C2 - Электроразрядный кислородно-йодный лазер с буферным газом - Google Patents
Электроразрядный кислородно-йодный лазер с буферным газом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2558648C2 RU2558648C2 RU2013148305/28A RU2013148305A RU2558648C2 RU 2558648 C2 RU2558648 C2 RU 2558648C2 RU 2013148305/28 A RU2013148305/28 A RU 2013148305/28A RU 2013148305 A RU2013148305 A RU 2013148305A RU 2558648 C2 RU2558648 C2 RU 2558648C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxygen
- gas
- laser
- electric
- molecules
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
Abstract
Изобретение относится к лазерной технике. В электроразрядном кислородно-йодном лазере в газовый поток непосредственно на выходе генератора молекул синглетного кислорода O2(1Δ) и перед сверхзвуковым соплом подмешивается газ X (CO2, SF6, SiF4 и т.д.), состоящий из молекул, тушащих возбужденный озон
, с концентрацией, превышающей концентрацию молекул O2(1Δ) более чем в 5×10-11/k раз, где k - константа скорости тушения процесса
в единицах см3/сек. Технический результат заключается в повышении энергетической эффективности лазера. 3 ил.
Description
Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке электроразрядных кислородно-йодных лазеров.
Кислородно-йодный лазер действует на спин-орбитальном переходе атомарного йода I(2P1/2)→I(2P3/2) с длиной волны излучения 1,315 мкм. Лазерный переход инвертируется в ходе передачи электронной энергии от молекулы синглетного кислорода O2(1Δ). Известна установка электроразрядный кислородно-йодный лазер (ЭКИЛ) [1], в которой молекулы O2(1Δ) нарабатываются в электроразрядном генераторе 1 (фиг.1). На вход генератора 1 подается смесь газов O2/He/NO. В ходе протекания плазмохимических реакций в генераторе 1 нарабатываются электронно-возбужденный молекулярный синглетный кислород O2(1Δ) и атомарный кислород. Относительное содержание молекул O2(1Δ) в кислородном потоке может достигать 17% при полном давлении кислорода 20 Торр [2]. Атомарный кислород является побочным продуктом и его относительное содержание в кислородном потоке может достигать нескольких процентов.
С выхода генератора 1 газовый поток течет по тракту транспортировки 2 к входу сверхзвукового сопла 3. В газовый поток через порт 6 инжектируются пары молекулярного йода с несущим его буферным газом He. Молекулярный йод диссоциирует на атомы в последовательности химических реакций:
I2+O→IO+I
IO+O→I+O2.
Перед соплом 3 в газовый поток вводится буферный газ азот для получения сверхзвукового потока с высоким значением числа Маха (отношение скорости газового потока к скорости звука). Активная среда лазера охлаждается в ходе расширения в сверхзвуковом сопле 3. Оптическая ось резонатора 4 перпендикулярна направлению газового потока и пересекает его в точке с максимальным значением коэффициента усиления активной среды. Газовый поток покидает резонатор в направлении 5.
Для повышения эффективности работы ЭКИЛ необходимо поднимать давление кислорода на выходе генератора [2]. Однако рост давления O2 сопровождается падением относительной доли O2(1Δ). Это обусловлено присутствием на выходе электроразрядного генератора атомов кислорода O. Атомарный кислород играет двоякую роль в ЭКИЛ. Он обеспечивает диссоциацию молекулярного йода, но он также дезактивирует O2(1Δ) [3, 4].
В ходе рекомбинации атомов кислорода в процессе:
образуется либо электронно- [5] либо колебательно-возбужденный [6] озон
, который эффективно реагирует с молекулярным синглетным кислородом в реакции:
с константой скорости реакции k3=5×10-11 см3/сек [7].
На фиг.2 представлена временная зависимость относительной концентрации O2(1Δ) для нескольких составов смеси при фотолизе смеси O3-O2-CO2 при давлении кислорода 460 Торр, начальном давлении озона 1 Торр для нескольких давлений углекислого газа, взятой из работы [7]. Как видно на фиг.2, для смеси O3-O2 (нижняя кривая) относительная концентрация O2(1Δ) падает со временем почти в три раза из-за его тушения в процессе (3). Экспериментально обнаружено, что скорость тушения O2(1Δ) в системе кислородно-озоновой смеси замедляется при добавлении в эту смесь компонент, хорошо тушащих возбужденный озон, таких как углекислый газ и гелий. Например, при добавлении в смесь 13 Торр углекислого газа выход O2(1Δ) увеличивается более чем в 2 раза по сравнению со смесью, не содержащей этой добавки. И наоборот, добавление слабого тушителя
, например Ar, практически не сказывается на скорости тушения O2(1Δ) [3, 7].
Таким образом, процесс (3) приводит к падению концентрации O2(1Δ) в ходе его транспортировки к соплу 3 в схеме ЭКИЛ, предложенного в работе [1]. Потери O2(1Δ) при его транспортировке в процессе (3) приводят к уменьшению эффективности ЭКИЛ. Добавление в газовый поток на выходе генератора компонента X, тушащего возбуждение в озоне, будет приводить к стабилизации озона в процессе:
Потери O2(1Δ) будут незначительными, если скорость процесса (4) будет превышать скорость процесса (3). Это условие будет выполняться, если отношение содержания в смеси компонента [X] к содержанию O2(1Δ) на выходе генератора будет превышать величину 5×10-11/k, где k - константа скорости процесса (4) в единицах см3/сек.
Целью изобретения является увеличение производительности ЭКИЛ. Это достигается тем, что на выходе генератора 1 в газовый поток через порт 6 (фиг.3) в смесь добавляется газ X (CO2, SF6, SiF4 и т.д.), состоящий из молекул, тушащих возбужденный озон
, в соотношении к синглетному кислороду более чем 5×10-11/k раз.
На фиг.3 изображена принципиальная схема устройства ЭКИЛ. В поток газа, выходящего из генератора 1, через порт 6, расположенного непосредственного на выходе генератора, подмешивается газ X. Газ X состоит из молекул, хорошо тушащих возбужденный озон
(CO2, SF6, SiF4 и т.д.). Через порт 7 в газовый поток добавляются пары молекулярного йода с несущим его буферным газом, в качестве которого может служить также газ X. Молекулярный йод диссоциирует на атомы при взаимодействии с атомарным кислородом. Активная среда лазера охлаждается в ходе расширения в сверхзвуковом сопле 3. Энергия, запасенная в O2(1Δ), конвертируется в лазерное излучение в резонаторе 4. Газовый поток покидает резонатор в направлении 5.
На фиг.1 схематично изображена принципиальная схема элекроразрядного кислородно-йодного лазера.
На фиг.2 представлены временные зависимости относительных концентраций молекул синглетного кислорода в смеси O-O2-CO2 при давлении кислорода 460 Торр, атомов кислорода около 1 Торр для различных давлений CO2.
На фиг.3 изображена принципиальная схема заявляемого элекроразрядного кислородно-йодного лазера с буферным газом.
Литература:
1. D.L. Carroll, J.T. Verdeyen, D.M. King, J.W. Zimmerman, J.K. Laystrom, B.S. Woodard, G.F. Benavides, K. Kittell, D.S. Stafford, M.J. Kushner and W.C. Solomon, "Continuous-wave laser oscillation on the 1315 nm transition of atomic iodine pumped by O2(a 1Δ) produced in an electric discharge," Appl. Phys. Lett., 86, 111104, 2005.
2. О.V. Braginsky, A.S. Kovalev, D.V. Lopaev, О.V. Proshina, Т.V. Rakhimova, A.T. Rakhimov and A.N. Vasilieva, "High pressure electro-discharge singlet oxygen generator (ED SOG) with high efficiency and yield," J. Phys. D: Appl. Phys., vol. 41, no.17, pp.172008-1-172008-5, 2008.
3. Azyazov V.N., Mikheyev P.A., Postell D., Heaven M.C., "O2(a1Δ) quenching in the O/O2/O3 system", Chem. Phys. Lett. 482(1-3), 56-61 (2009).
4. Vasiljeva A.N., Klopovskiy K.S., Kovalev A.S., Lopaev D.V., Mankelevich Y.A., Popov N.A., Rakhimov A.T., Rakhimova T.V., J. Phys. D: Appl. Phys., 2004, vol. 37, p.2455-2468
5. Shi J., Barker J.R., "Emission from ozone excited electronic states", J. Phys. Chem., vol. 94, 8390-8393, 1990;
6. C.W. vonRosenberg, D.W. Trainor, "Vibrational excitation of ozone formed by recombination", J. Chem. Phys., vol. 61, 2442-2456, 1974.
7. Azyazov V.N., Mikheyev P.A., Heaven M.C., "On the O2(a 1Δ) quenching by vibrationally excited ozone", Proc. SPIE 7751, 77510E (2010).
Claims (1)
- Электроразрядный кислородно-йодный лазер, характеризующийся тем, что в газовый поток непосредственно на выходе генератора молекул синглетного кислорода O2(1Δ) и перед сверхзвуковым соплом подмешивается газ X (CO2, SF6, SiF4 и т.д.), состоящий из молекул, тушащих возбужденный озон
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013148305/28A RU2558648C2 (ru) | 2013-10-29 | 2013-10-29 | Электроразрядный кислородно-йодный лазер с буферным газом |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013148305/28A RU2558648C2 (ru) | 2013-10-29 | 2013-10-29 | Электроразрядный кислородно-йодный лазер с буферным газом |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013148305A RU2013148305A (ru) | 2015-05-10 |
RU2558648C2 true RU2558648C2 (ru) | 2015-08-10 |
Family
ID=53283306
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013148305/28A RU2558648C2 (ru) | 2013-10-29 | 2013-10-29 | Электроразрядный кислородно-йодный лазер с буферным газом |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2558648C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2783699C1 (ru) * | 2022-02-03 | 2022-11-16 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Селективный резонатор co2-лазера |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6501780B2 (en) * | 2000-04-13 | 2002-12-31 | Cu Aerospace | Method, system and apparatus for an electrically assisted chemical oxygen iodine laser |
RU2321118C2 (ru) * | 2006-01-10 | 2008-03-27 | Федеральное государственное предприятие "Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д.В. Ефремова" | Кислород-йодный лазер |
US8432949B2 (en) * | 2007-01-22 | 2013-04-30 | Physical Sciences Inc. | High-power, high-throughput microwave discharge singlet oxygen generator for advanced electrical oxygen-iodine lasers |
-
2013
- 2013-10-29 RU RU2013148305/28A patent/RU2558648C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6501780B2 (en) * | 2000-04-13 | 2002-12-31 | Cu Aerospace | Method, system and apparatus for an electrically assisted chemical oxygen iodine laser |
RU2321118C2 (ru) * | 2006-01-10 | 2008-03-27 | Федеральное государственное предприятие "Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д.В. Ефремова" | Кислород-йодный лазер |
US8432949B2 (en) * | 2007-01-22 | 2013-04-30 | Physical Sciences Inc. | High-power, high-throughput microwave discharge singlet oxygen generator for advanced electrical oxygen-iodine lasers |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
В.А. Золотарев и др. "ВЛИЯНИЕ АТОМАРНОГО КИСЛОРОДА НА ДИССОЦИАЦИЮ МОЛЕКУЛЯРНОГО ЙОДА И ДИССИПАЦИЮ ЭНЕРГОЗАПАСА В АКТИВНОЙ СРЕДЕ КИСЛОРОДНО-ЙОДНОГО ЛАЗЕРА", Квантовая электроника, 18, N 8, 1991. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2783699C1 (ru) * | 2022-02-03 | 2022-11-16 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Селективный резонатор co2-лазера |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013148305A (ru) | 2015-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20110094874A1 (en) | Oxygen isotope concentration method | |
Quick Jr et al. | Vibrattonal excitation of molecules by collisions with “hot” hydrogen atoms from laser photolysis | |
RU2558648C2 (ru) | Электроразрядный кислородно-йодный лазер с буферным газом | |
Baranov | High repetition rate pulsed gas lasers and their applications in chemistry and isotope separation | |
Shuler et al. | Nonequilibrium chemical excitation and chemical pumping of lasers | |
Mezhenin et al. | Analysis of cw oxygen-iodine laser performance using similarity criteria | |
RU2572413C2 (ru) | Способ получения молекулярного синглетного кислорода | |
RU2649025C2 (ru) | Способ получения атомов йода | |
Schmiedberger et al. | Novel concept of electric discharge oxygen-iodine laser | |
RU2548622C1 (ru) | Способ получения инверсионной населенности на атомах йода | |
Carroll et al. | Recent work on the development of an electric discharge oxygen iodine laser | |
Zagidullin et al. | Comparative characteristics of subsonic and supersonic oxygen—iodine lasers | |
US7453917B1 (en) | Supersonic all gas-phase iodine laser | |
Kodymova | COIL--Chemical Oxygen Iodine Laser: advances in development and applications | |
Rawlins et al. | New concepts of the chemistry of electric-discharge oxygen-iodine lasers | |
Azyazov et al. | Efficient generation in a chemical oxygen—iodine laser with a low buffer-gas flow rate | |
Špalek et al. | Chemical oxygen-iodine laser with atomic iodine generated via fluorine atoms | |
Masuda et al. | Numerical simulation of an all gas-phase iodine laser based on NCl3 reaction system | |
Masuda et al. | Characteristics of an all gas-phase iodine laser using molecular iodine as atomic iodine donor | |
Bashkin et al. | Photorecombination lasers | |
Masuda et al. | Achievement of positive gain in the amine-based all gas-phase iodine laser system | |
Manke II et al. | Advanced chemical lasers | |
Jans et al. | Progress in Development of a Chemical CO Laser Driven by a Chemical Reaction between Carbon Vapor and Oxygen | |
Spalek et al. | COIL with atomic iodine produced from gaseous reactants | |
Malyshev et al. | Impact of water vapor concentration on O 2 (a) yield in optically pumped oxygen-iodine laser |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161030 |