Методы стабилизации однородного разряда в потоке газа и разработка эффективных газовых лазеров


Просмотр статьи
PDF, 1,3 МБ

Stabilization of the uniform discharge in fast gas flow and development of the efficient gas lasers

High power uniform glow discharge in a fast gas flow is stabilized by means of original combined discharge technology: longitudinal direct current glow discharge (DC) is sustained by capacitively coupled periodic-pulsed (CPD) discharge. Combined discharge technology does not require power consuming gas dynamical stabilization techniques so that system design may be simplified with increased efficiency. The influence of different factors on the stability and homogeneity of DC-CPD characteristics has being studied under fast-axial-flow conditions. Methods for optimization of the shape and mutual arrangement of DC-CPD electrodes together with adequate flow channel design permit to obtain more than 2.2 kW/m of the active length CW and periodic-pulsed laser power with discharge efficiency 20% on the reliable and relatively simple laser device. Possibilities of laser power scaling were approved. The sustaining of continuous optical discharge (COD) in argon and air under atmospheric pressure was demonstrated.

Владимир Павлович Зимаков, Владимир Алексеевич Кузнецов, А. Ю. Кедров, Николай Германович Соловьев, Андрей Николаевич Шемякин, Михаил Юрьевич Якимов

Том 9, 2010 год



Для стабилизации мощного однородного тлеющего разряда в потоке газа применяется оригинальная технология комбинированного разряда: продольный разряд постоянного тока (РПТ), поддерживаемый емкостным импульсно-периодическим разрядом (ИР). Комбинированный разряд не требует газодинамических методов стабилизации, что позволяет повысить КПД устройств на основе РПТ-ИР. Исследовано влияние различных факторов на стабильность и однородность характеристик РПТ-ИР в схеме с быстрой осевой прокачкой. Разработаны методы оптимизации формы и взаимного расположения электродов РПТ-ИР, что при соответствующей организации потока газа позволило получить лазерную мощность более 2.2 кВт с метра активной длины в непрерывном и импульсно-периодическом режиме при КПД 20% в относительно простой по конструкции и надежной лазерной установке. Подтверждена возможность увеличения мощности путем масштабирования. На установке продемонстрирована возможность поддержания непрерывного оптического разряда (НОР) в атомарных и молекулярных газах при атмосферном давлении.

тлеющий разряд, комбинированный разряд, стабилизация однородного разряда, газовые лазеры, непрерывный оптический разряд, импульсно-периодический разряд

Владимир Павлович Зимаков, Владимир Алексеевич Кузнецов, А. Ю. Кедров, Николай Германович Соловьев, Андрей Николаевич Шемякин, Михаил Юрьевич Якимов

Том 9, 2010 год



1. Generalov N.A., Gorbulenko M.I., Solov'yov N.G., Yakimov M.Yu., Zimakov V.P. High-power industrial CO2 lasers excited by a non-self sustained glow discharge // Gas Lasers - Recent Developments and Future Prospects, W.J. Witteman, V.N. Ochkin, Eds., Kluwer Academic Publishers, Netherlands, 1996. pp.323–341.
2. Азаров А.В., Митько С.В., Очкин В.Н., Савинов С.Ю. Несамостоятельный щелевой разряд как эффективный способ возбуждения активной лазерной среды // Квантовая электроника, 2003, Т.33, №5, С.419−424.
3. Napartovich A.P., Deryugin A.A., Kochetov I.V. Discharge production of the singlet delta oxygen for an iodine laser // J. Phys. D: Appl. Phys., 2001, V.34, pp.1827–1833.
4. Hicks A., Norberg S., Shawcross P., Lempert W.R., Rich J.W., Adamovich I.V. Development of a Non-Self- Sustained Electric Discharge Pumped Oxygen-Iodine Laser // 36th Plasmadynamics and Lasers conference, 6- 9 June 2005, Toronto, ON, Canada, AIAA-2005-4916.
5. Grekhov I.V., Mesyats G.A. Physical basis for highpower semiconductor nanosecond opening switches // IEEE Transactions on Plasma Science, 2000, V.28, №5, pp.1540−1544.
6. Habich U., Loosen P., Hertzler C., Wollermann- Windgasse R. Industrial 30-kW CO2 laser with fast axial flow and rf excitation // Gas and Chemical Lasers. Robert C. Sze, Ed. Proc. SPIE, V.2702, 1996, P.374-384.
7. Голубев И.Ф., Гнездилов Н.Е. Вязкость газовых смесей. М: ГК стандартов СМ СССР, 1971. 328 с.
8. Wiegand W.J., Nighan W.L. Influence of fluid-dynamic phenomena on the occurrence of constriction in cw convection laser discharges // Applied Physics Letters, 1975, V.26, №10, pp.554−557.
9. International standard ISO 11146-1:2005. Lasers and laser related equipment. Test methods for laser beam widths, divergence angles and beam propagation ratios Part 1: Stigmatic and simple astigmatic beams. 2005.
10. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. 592 с.
11. Кузяков Б.А., Хорьков В.Ф. Измерение сечения вы- нужденного излучения молекулы СО2 модуляцион- ным методом в волноводном лазере // Радиотехника и электроника, 1984, Т.29, №1, С. 120−125.
12. Generalov N.A., Kuznetsov V.A., Shemyakin A.N., Solov'yov N.G., Yakimov M.Y., Yatsenko N.A., Zimakov V.P. 27.1 MHz transverse RF discharge performance in a sealed-off CO2 laser // Proc. SPIE, V.6053, 2006, P.133- 140.
13. Pfeiffer W., Schmitz C., Giesen A., Huegel H. Optimization of laser active media for fast-flowing gas lasers // Proc. SPIE, V.3574, 1998, P. 209-212.
14. Rigrod W. W. Homogeneously broadened CW lasers with uniform distributed loss // IEEE Journal of Quantum Electronics, 1978, V.14, №5, pp.377−381.
15. Суржиков С.Т. Физическая механика газовых разрядов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2006. 640 с.