Квантовое описание лазера

Введение

Из всех существующих лазеров (“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”) длительного действия наиболее мощными, продвинутыми в практическом отношении и приспособленными для резки материалов, сварки металлов, термического упрочнения поверхностей деталей и ряда других операций являются электроразрядные СО₂-лазеры. Большой интерес к СО₂-лазерам объясняется также и тем, что у этого лазера эффективность преобразования электрической энергии в энергию лазерного излучения в сочетании с максимально достижимой мощностью или энергии импульса значительно превосходит аналогичные параметры других типов лазеров. С помощью их излучения производят необычные химические реакции, разделяют изотопы. Сейчас выпускаются СО₂-лазеры с мощностью до 10 кВт, в том числе более 50 типов СО₂-лазеров с ВЧ-накачкой в диапазоне мощностей от 3 Вт до 5 кВт. При этом газовые лазеры с ВЧ-возбуждением обладают целым рядом преимуществ по сравнению с лазерами, в которых для накачки рабочей среды применяется самостоятельный тлеющий разряд постоянного тока. В частности, их конструкция и технология изготовления проще, а надёжность, ресурс работы, удельные характеристики существенно выше чем у лазеров с накачкой постоянным током. Это позволяет уменьшить габариты и массу технологических СО₂-лазеров мощностью ~1 кВт настолько, что становится возможным размещение такого лазера на подвижном манипуляторе промышленного робота.

Сегодня известно большое количество различных конструкций газовых лазеров с ВЧ-возбуждением. Но в основе всего многообразия конструктивных решений лежит специфика пространственной структуры ВЧЕР, которая в большинстве случаев удачно совпадает с требованиями, предъявляемыми к активной среде лазера.

Квантовое описание лазера

В отличие от спонтанных переходов, способных происходить в изолированной частице, безизлучательные переходы возможны только при наличии… Однако энергия возбуждённых состояний не является фиксированной величиной даже… В общем случае полная ширина линии излучения определяется всеми механизмами уширения. Однако в реальной ситуации чаще…

Резонатор

В длинноволновом диапазоне классической электроники длина волны излучения существенно больше размеров контура и его спектральные характеристики… Простейшим типом резонатора является резонатор Фабри-Перо, состоящий из двух… В так называемом устойчивом (стабильном) резонаторе распределение поля воспроизводится идентично при многократных…

Характеристика газового разряда, ВАХ, потенциальная диаграмма

Допустим, что электроды оголены. Те электроны, которые в момент прохождения положения равновесия отстояли от электродов на расстояниях, меньших… Экспериментально установлено, что ВЧЕР горят в одной из двух сильно… При самых малых напряжениях и токах, U в ходе наращивания тока почти не меняется. Разряд в этих условиях не заполняет…

Заключение

Представленные в работе данные о диффузионном СО₂-лазере с высокочастотным возбуждением показывают многие преимущества такого типа возбуждения активной среды по сравнению с возбуждением разрядами постоянного и переменного тока. ВЧЕ-разряд устойчивее разряда постоянного тока, в нём достижим существенно больший энерговклад. Балластным сопротивлениям, которые всегда оказывают благотворное действие на стабильность разряда, можно придать ёмкостный (реактивный) характер, что избавляет от бесполезных потерь энергии, которые о обычных омических балластниках составляют примерно 30% подводимой электрической мощности. Существенное преимущество ВЧЕР - это возможность избавиться от катодных слоёв, свойственных разрядам и постоянного и переменного тока. В катодных слоях бесполезно теряется часть энергии, кроме того, в них обычно рождаются возмущения, от которых развивается неустойчивости. Эти преимущества обеспечивает только слаботочная форма ВЧЕ-разряда. Поэтому для СО₂-лазера необходим именно слаботочный режим, в котором получены рекордные мощности излучения: ~0,83 Вт/см. Недостаток этого режима – ограничение на плотность тока, длину промежутка и давление. Над улучшением данных характеристик ведётся работа. Также большим преимуществом является удобство работы с длинными трубками, низкие рабочие напряжения, высокая устойчивость и однородность. Дальнейший прогресс в области диффузионных СО₂-лазеров с ВЧ-накачкой связан с исследованием условий протекания тока на границах плазмы ВЧ-разряда с электродами, а также решением проблем, связанных с волноводным режимом работы резонатора, увеличение скорости теплоотвода на стенки разрядной трубки.

Примеры лазеров.

1.Технологический лазер ILS-IV.

Это СО₂-лазер с высокочастотной накачкой и диффузионным охлаждением, со следующими техническими характеристиками:

Максимальная мощность – 60 Вт

Диаметр несфокусированного луча – 3,5 мм

Диаметр сфокусированного луча – 0,1 мм

Длина волны излучения – 10,6 мкм

Режим генерации - непрерывный

Модовый состав - ТЕМ00

Рабочая зона – 1000мм*600мм

Фокусное расстояние – 16мм

Максимальная скорость резки – 200мм/с

Максимально потребляемая мощность – 500 Вт

Давление рабочего газа – 0,3 МПа

Напряжения питания – однофазное 220 В, переменного тока 50 Гц .

2.Одномодовый волноводный СО2-лазер с диффузионным охлаждением ТЛ-700.

Основные области применения:

прецизионная резка различных материалов: металла, пластика, камня, керамики, стекла;
перфорация отверстий;
пробивка глубоких и узких отверстий;
маркировка;
гравировка;
сварка тонколистового металла.

Основные преимущества:

высокое качество излучения;
компактность;
высокий КПД;
низкое потребление газов.
импульсно-периодический режим работы.
электронный затвор.

Технические характеристики

3. Лазерная медицинская установка "ГЕНОМ-5" для реваскуляризации миокарда. Лазерная медицинская установка "Геном-5" создана на базе…

Список литературы

1) В.С. Голубев, Ф.В. Лебедев “Физические основы создания технологических лазеров”

2) В.С. Голубев, Ф.В. Лебедев “Инженерные основы создания технологических лазеров”

3) Ю.П. Райзер “Физика газового разряда”

4) А.А. Веденов “Физика электроразрядных СО₂-лазеров”

5) Н.А. Яценко “Газовые лазеры с высокочастотным возбуждением”

6) Н.А. Яценко “Влияние частоты накачки на параметры газовых лазеров с высокочастотным возбуждением”

7) Ю.С. Протасов, С.Н. Чувашев “Физическая электроника газоразрядных устройств”

8) Информация сайтов: