авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 ||

Экспериментальное и расчётно-теоретическое исследование физических процессов в лазерных системах на парах меди с целью улучшения удельных выходных характеристик

-- [ Страница 6 ] --

В заключении сформулированы основные результаты и выводы по диссертационной работе.

В приложении собран и размещён в таблицах достаточно большой набор характеристик энергетических уровней и вероятностей радиационных переходов атомов меди, неона и их ионов. Также представлены полученные автором коэффициенты, необходимые для расчёта сечений и констант возбуждения и ионизации, для оценки штарковского уширения спектральных линий и таблицы коэффициентов для вычисления эффективной вероятности вылета фотона из неоднородной плазмы по модели, развитой автором.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

  1. Разработана новая физическая модель лазера на парах меди с камерами коаксиальной и цилиндрической геометрий, предназначенная для численного расчёта параметров плазмы и выходных характеристик излучения. Основные отличия от аналогичных моделей заключаются в том, что:

- более строго рассмотрена реабсорбция излучения в условиях неоднородной плазмы, учтено большое число уровней и спектральных линий;

- для ЛПМ коаксиальной геометрии, проработан вариант нульмерного приближения уравнений баланса возбуждённых атомов и баланса энергии электронов. Уточнён вид членов, описывающих диффузионное охлаждение электронов, а также диффузию заряженных и возбуждённых частиц.

  1. Развита методика учета реабсорбции спонтанного излучения в однородной и неоднородной плазме.

- Для цилиндрического и коаксиального объёма плазмы с однородным коэффициентом поглощения ko, представлены новые формулы, описывающие зависимость вероятности вылета фотона (r,koR) от координаты r при любых оптических плотностях 109koR0.

- Получены новые аналитические выражения вероятности вылета фотона (x,koL), справедливые для плоского слоя плазмы толщины L c неоднородным коэффициентом поглощения (ko(x)const).

- Предложена формула, аппроксимирующая численные значения эффективной “вероятности” вылета фотона эф в усреднённых по объёму уравнениях баланса концентраций возбуждённых уровней (nk(х), ko(x)сonst).

Полученные формулы для и эф использовались нами в численных расчётах параметров ЛПМ и могут представлять самостоятельный интерес для решения других задач низкотемпературной плазмы.

  1. Для саморазогревного ЛПМ коаксиального типа разработаны аналитическая модель тепловых процессов и методика комплексного расчёта температуры рабочего тела и элементов конструкции с учётом лучистого теплообмена между коаксиальными цилиндрами. Расчётами показано, что использование разрядных камер с изолированной коаксиальной вставкой позволяет повысить предельную вкладываемую мощность на порядок и выше по сравнению с обычными цилиндрическими камерами того же объёма в (10-20) л/м.
  2. На основании численных экспериментов и анализа сделан ряд новых выводов о роли различных процессов в плазме, влияющих на характеристики ЛПМ в рассмотренных условиях (большие и средние энерговклады).

- Показано, что доля энергии спонтанного излучения может достигать значительных величин и заметно влиять на баланс энергии электронов в релаксационный период и на температуру газа.



- Установлено, что рекомбинационный поток поддерживает высокие значения концентраций высоколежащих уровней, обусловливает появление вторых максимальных значений концентраций возбуждённых атомов в межимпульсный релаксационный период времени.

- Расчетная модель приводит к двум характерным временам спада концентраций метастабильных уровней меди nм, к быстрому ~10-610-5 с и последующему медленному ~10-4 с. При этом модель впервые описывает появление вторых максимумов в зависимостях nм(t) в начале медленного спада, что наблюдалось и в ряде экспериментов. Показано, что эти максимумы связаны с интенсивным спонтанным и электронным заселением метастабильных уровней с верхних блоков (Ek5 эВ), которые в свою очередь заселяются за счет рекомбинационного потока.

Для снижения предимпульсных значений концентраций метастабильных уровней и электронов, в целях улучшения выходных характеристик ЛПМ рекомендуется вводить в рабочую смесь такие добавки, которые в период рекомбинации снимали бы возбуждение с верхних уровней атома меди.

  1. Представлены результаты расчёта характеристик излучения ЛПМ с коаксиальными разрядными камерами большого объёма ~ (320) л и небольшим зазором между цилиндрами ~(13) см, при этом:

- показана принципиальная возможность достижения, одновременно, высоких удельных характеристик генерации ~0,1 Вт/см3 и средней мощности излучения ЛПМ свыше 1 кВт;

- получены сравнительно высокие физические к.п.д до 4%, технические к.п.д. (1,52)% и более высокие (~10 кГц) оптимальные частоты следования импульсов по сравнению с обычными ЛПМ того же объёма (~20 л).

  1. Развита идея увеличения выходных характеристик ЛПМ за счёт создания быстрой прокачки, при которой среда полностью заменяется в камере за межимпульсный период.

- Рассмотрен и обоснован вариант осуществления быстрой самопрокачки рабочего тела через камеру ЛПМ по замкнутому контуру с использованием электрического разряда, возбуждающего среду лазера путём наложения внешнего магнитного поля перпендикулярно вектору тока. Представлена магнитогазодинамическая модель процесса самопрокачки.

- Численным методом показана возможность достижения в разрядной камере ЛПМ скоростей потока (250-500) м/с.

- Экспериментально продемонстрировано азимутальное вращение рабочей среды в коаксиальной разрядной камере ЛПМ при наложении продольного магнитного поля перпендикулярно радиальному току накачки. При этом показано, что перемешивание рабочей среды в коаксиальной камере существенно увеличивает удельную мощность генерации.

  1. Предложен способ увеличения пиковой мощности импульсов излучения усилителей на парах меди с использованием особых многопроходных схем. Построена качественная физическая модель работы таких усилителей. Проведены экспериментальные исследования, в которых проверена справедливость этой модели.

- Впервые получен эффект увеличения пиковой мощности излучения (без существенного изменения средней мощности).

- Впервые по предложенной схеме успешно реализован двухпроходный вариант усилителя на парах меди со средней мощностью излучения 2225 Вт. Достигнута пиковая мощность импульсов излучения в 305 кВт, что в 2,2 раза больше, чем пиковая мощность при обычном однопроходном усилении в канале с тем же объёмом и такой же мощностью накачки.

- Разработана схема четырёхпроходного усилителя на парах меди и создан экспериментальный макет.

  1. Проведён цикл экспериментальных исследований процессов усиления мощности и энергии импульса излучения в двухпроходной и четырёхпроходной схемах усилителя.

- Изучена зависимость величины усиления от амплитуды, формы и длительности импульса задающего генератора, от задержек усиливаемого импульса в блоках возврата. Прослежены характер и динамика усиления импульса от одного прохода к другому.

- Обнаружено, что в четырёхпроходном усилителе, при большом числе проходов импульса, усиление качественного пучка сдерживается конкурентным развитием генерации из спонтанных затравок в “паразитном” резонаторе, образуемом поворотными зеркалами блоков возврата пучка.

Полученные результаты полезны для анализа и расчёта физических процессов, протекающих в многопроходных усилителях на парах меди.

  1. Проведён цикл экспериментальных исследование нелинейного преобразования частот излучения ЛПМ (трубки ГЛ-201и LT-10Cu) с неустойчивым оптическим резонатором на кристаллах DKDP и ВВО. Осуществлена оптимизация оптических схем, формирующих в нелинейном кристалле пучок с острой фокусировкой или параллельный пучок.

- Показано, что с параллельным пучком достигаются более высокие (в 1,5-2 раза) значения к.п.д. преобразования и мощности ультрафиолета Wуф, чем в экспериментах с острой фокусировкой.

- Определена роль различных резонаторных пучков в процессе генерации УФИ. Показано, что наибольшие значения Wуф и наблюдаются, когда через кристалл проходят и вместе участвуют в нелинейном преобразовании резонаторные пучки с минимальной и средней расходимостью.

- При полной мощности ЛПМ не более 20 Вт на кристалле DKDP достигнуты максимальные значения Wуф ~0,75 Вт и ~12 % (для ГСЧ, =0,271 мкм).

- На основе всех полученных результатов совместно с ООО “НПП “ВЭЛИТ” разработан и создан опытный образец промышленного лазера “KULON-10Cu-UV”, генерирующий излучение в видимом и УФ диапазоне

В целом, экспериментальные исследования генерации ультрафиолетового излучения (ГСЧ, ГВГ) с использованием ЛПМ небольшой полной мощности (до 20 Вт) обосновали и подтвердили возможность достижения практически значимых параметров (Wуф ~1 Вт и ~10-15%).

  1. Для увеличения эффективности генерации УФИ с использованием лазерных активных элементов небольшой мощности предложена новая оригинальная схема источника “генератор - многопроходный усилитель - нелинейный кристалл”.

- Впервые реализована схема источника УФИ на базе двухпроходного усилителя на парах меди, импульсы генерации которого имели повышенную (в два раза) пиковую мощность.

- Проведён цикл исследований эффективности нелинейного преобразования излучения по предложенной схеме источника УФИ. Показано, что существенное увеличение эффективности и мощности Wуф обусловлено, в основном, более высокой пиковой мощностью (по сравнению с ЛПМ) и высоким качеством излучения усилителя.

- При уровне полной мощности излучения двухпроходного усилителя W19 Вт с использованием нелинейных кристаллов DKDP, ВВО и цилиндрической оптики получены рекордные мощности УФ излучения (ГВГ и ГСЧ) от 2,1 Вт до 3,6 Вт.

- На кристалле ВВО реализованы весьма высокие значения среднего к.п.д. преобразования : для ГВГ из зелёной линии 27 % (=0,255 мкм) и ГСЧ 24 % (=0,271 мкм). Для ГВГ (=0,289 мкм) из жёлтой линии излучения достигнуто рекордное значение 44 %.

Представленные результаты говорят о перспективности создания эффективных источников ультрафиолетового излучения на базе лазерных многопроходных усилителей на парах меди с повышенной пиковой мощностью.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

  1. Батенин В.М., Бохан П.А., Бучанов В.В., Евтушенко Г.С., Казарян М.А., Карпухин В.Т., Климовский И.И., Маликов М.М. Лазеры на самоограниченных переходах атомов металлов – 2. Т.2 / Под ред. В.М. Батенина. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2011. – 610 с.
  2. Директор Л.Б., Маликов М.М., Сковородько С.Н., Фомин В.А., Шелков Е.М., Шпильрайн Э.Э. Теплофизические характеристики коаксиальных камер лазеров на большие мощности // ТВТ. 1983. Т. 21. № 1. С. 162166.
  3. Директор Л.Б., Карасёв А.В., Маликов М.М., Сковородько С.Н. Методика измерения температуры стенки в лазере на парах металлов // Приборы и техника эксперимента 1983. № 5. С. 191192.
  4. Карасев А. В., Полищук И. Я., Маликов М.М., Фомин В. А. О переносе резонансного излучения // ТВТ. 1985. Т. 23. № 4. С. 807.
  5. Директор Л.Б., Качалов В.В., Маликов М.М., Сковородько С.Н., Фомин В.А. К вопросу о применении коаксиальных разрядных камер для ОКГ на парах металлов // ТВТ. 1985. Т. 23. №1. С.193195.
  6. Васильев Л.А., Герц В.Е., Директор Л.Б., Качалов В.В., Маликов М.М., Менделеев В.Я., Ратников Г.Е., Рязанский В.М., Сокол Г.Ф., Соколов А.В., Татаринцев Л.В., Фомин В.А., Шпильрайн Э.Э. Лазеры на парах меди с магнитным полем // ТВТ. 1982. Т. 20. № 5. С. 995997.
  7. Маликов М.М., Фомин В.А., Шевченко А.Л.





    , Шпильрайн Э.Э. Самопрокачка рабочего тела электроразрядного ОКГ на парах металлов // ТВТ. 1985. Т. 23. № 5. С. 966971.

  8. Директор Л.Б., Маликов М.М., Фомин В.А. Реабсорбция излучения в неоднородной низкотемпературной плазме // ЖТФ. 1987. Т. 57. № 1. С.2832.
  9. Директор Л.Б., Маликов М.М. Баланс энергии электронов и возбуждённых атомов в плазме лазера на парах меди // ТВТ. 1989. Т. 27. №5. С. 1036. Деп. в ВИНИТИ, № 3571В-89, 26 с. 30.05. (1989).
  10. Директор Л.Б., Маликов М.М., Фомин В.А. Расчёт параметров лазера на парах меди с коаксиальной разрядной камерой // ТВТ. 1990. Т. 28. № 3. С. 427432.
  11. Карпухин В.Т., Конев Ю.Б., Маликов М.М. ГСЧ излучения лазера на парах меди // Оптика атмосферы и океана. 1995. Т.8. №11. С. 16521657.
  12. Карпухин В.Т., Конев Ю.Б., Маликов М.М. Исследование суммирования частот лазера на парах меди // Квантовая электроника. 1998. Т. 25. № 9. С. 809813.
  13. Карпухин В.Т., Маликов М.М. Использование лазера на парах меди для получения ультрафиолетового излучения // Оптика атмосферы и океана. 1998. Т. 11. № 23. С.181186.
  14. Карпухин В.Т., Климовский И.И., Маликов М.М., Марковец В.В. Особенности работы генератора на парах меди и системы “Генератор на парах меди УФ преобразователь” в режиме лазерного монитора // Оптика атмосферы и океана. 1999. Т.12. № 11. С. 1064 – 1069.
  15. Карпухин В.Т., Маликов М.М. Нелинейное преобразование частот излучения лазера парах меди в сфокусированном и параллельном пучках // ЖТФ. 2000. Т. 70. № 4. С. 8789.
  16. Карпухин В.Т., Конев Ю.Б., Маликов М.М. Использование активной среды лазеров на самоограниченных переходах в схеме многопроходного лазерного усилителя // Известия АН, серия физическая. 2002. Т. 66. № 7. С. 934938.
  17. Карпухин В.Т., Маликов М.М. Генерация ультрафиолетового излучения по схеме многопроходный лазерный усилитель на парах меди – нелинейный кристалл // Квантовая электроника. 2003. Т. 33. № 5. С. 416418.
  18. Карпухин В.Т., Маликов М.М. Лазерный усилитель на самоограниченных переходах с повышенной пиковой мощностью импульса излучения // Квантовая электроника. 2003. Т. 33. №5. С. 411415.
  19. Батенин В.М., Карпухин В.Т., Маликов М.М. Эффективная генерация суммарной частоты и вторых гармоник излучения с помощью системы лазер на парах меди двухпроходный усилитель // Квантовая электроника. 2005. Т. 35. № 9. С. 844848.
  20. Карпухин В.Т., Маликов М.М. Двухпроходный лазерный усилитель на парах меди с высокой пиковой мощностью // ЖТФ. 2005. Т.75. №10. С.6972.
  21. Карпухин В.Т., Маликов М.М. Экспериментальное исследование многопроходных лазерных усилителей на парах меди // Квантовая электроника. 2008. Т. 38. №12. С. 11211126.
  22. Лепёхин Н.М., Присеко Ю.С., Филиппов В.Г., Карпухин В.Т., Маликов М.М., Лябин Н.А., Чурсин А.Д. Энергетические характеристики излучения саморазогревного промышленного лазера «KULON-10 Cu-M» // Квантовая электроника. 2007. Т. 37. № 8. С. 765769.
  23. Батенин В.М., Карпухин В.Т., Лепёхин Н.М., Лябин Н.А., Маликов М.М., Присеко Ю.С., Филиппов В.Г., Чурсин А.Д. Энергетические характеристики излучения лазера KULON-10Cu-UV // Квантовая электроника. 2009. Т. 39. № 5. С. 405409.
  24. Батенин В.М, Карпухин В.Т., Лепёхин Н.М., Лябин Н.А., Маликов М.М, Присеко Ю.С., Филиппов В.Г., Гальетов М.В. Промышленный лазер на парах меди с генерацией вторых гармоник и суммарной частоты KULON-10Сu-UV // Прикладная физика. 2009. № 4. С. 129132.
  25. Кондратенко В.С., Лепёхин Н.М., Присеко Ю.С., Карпухин В.Т., Маликов М.М. Промышленный лазер на парах меди с генерацией вторых гармоник и суммарной частоты серии KULON для прецизионных технологий. // Вестник МГУПИ 2009. Т. 17. С. 124131.
  26. Директор Л.Б., Карасев А.В., Маликов М.М., Менделеев В.Я., Рязанский В.Н., Сковородько С.Н., Фомин В.А. Устройство для измерения температуры внутренних стенок рабочей камеры лазера на парах металлов / Авторское свидетельство СССР № 993710 от 01.10. 1982 г. Заявка № 2964662 от 15.07. 1980 г.
  27. Карпухин В.Т., Маликов М.М. Способ генерации импульсного лазерного излучения. Патент РФ № 2197042 по заявке №2001104528 от 20.02.2001 г. // БИПМ. 2003. № 2.
  28. Карпухин В.Т., Маликов М.М. Устройство для генерации импульсного лазерного излучения. Патент РФ на полезную модель № 19612, по заявке № 2001110644 от 24.04.2001 г. // БИПМ. 2001. № 25. С. 524.
  29. Карпухин В.Т. Маликов М.М. Устройство для нелинейного преобразования частот лазерного импульсного излучения. Патент РФ на полезную модель № 22590, по заявке № 2001129954 от 08.11.2001 г. // БИПМ. 2002. № 10.
  30. Директор Л.Б., Маликов М.М., Фомин В.А., Шпильрайн Э.Э. Фи­зическая модель и расчет параметров плазмы и излучения импульсно-периодического разряда в смеси паров меди и неона. Препринт ИВТАН № 5–189, 51 с., (Москва, 1986).
  31. Директор Л.Б., Маликов М.М. Физическая модель и методика расчёта параметров лазера на парах меди. Препринт ИВТАН № 5249, 52 с., (Москва, 1988).
  32. Батенин В.М., Карпухин В.Т., Маликов М.М. Генерация ультрафиолета суммарной частоты 3,6 Вт и вторых гармоник излучения двухпроходного усилителя на парах меди мощностью менее 20 Вт / В сб. “Новые Российские Разработки в лазерной науке, технике, и технологии”, ред. чл.-корр. РАН Панченко В.Я., №1, с. 411, (Калуга, 2005).
  33. Маликов М.М., Фомин В.А., Шевченко А.Л., Шпильрайн Э.Э. Магнитогидродинамическая самопрокачка рабочего тела электроразрядного лазера / Тезисы докладов IV международной научной конференции “ Лазеры и их применение”, (ILA4,1981), (ГДР, Лейпциг, 1981).
  34. Директор Л.Б., Маликов М.М., Фомин В.А. Учёт реабсорбции излучения в неоднородной плазме / В сб. тезисов докладов Всесоюзного семинара “Лазеры на парах металлов и их применение “, (РГУ, Ростов-на-Дону, 1985).
  35. Директор Л.Б., Маликов М.М. Спонтанное излучение и динамика концентраций возбуждённых атомов в плазме лазера на парах меди / В сб. тез. докл. VI Всесоюзной конф. “Оптика лазеров”, с.102, (ГОИ, Ленинград, 1990).
  36. Karpukhin V, Konev Yu., Malikov M. Cu vapor laser UV frequency conversion in DKDP / Proceeding of Tenth International. Symposium on Gas Flow and Chemical Lasers, v2502, pp. 172177. SPIE, Bellinghamp, USA, 1994.
  37. Карпухин В.Т., Конев Ю.Б., Маликов М.М. ГСЧ излучения лазера на парах меди / Доклад на II Международной конференции ИЛПАМ’95, Программа, с. 16, (Томск, 1995).
  38. Карпухин В.Т., Маликов М.М. Использование лазера на парах меди для получения ультрафиолетового излучения / Доклад на III Международной конференции ИЛПАМ’97, Программа, с.21. (Томск, 1997).
  39. Карпухин В.Т., Маликов М.М. Сравнительные характеристики нелинейного преобразования частот излучения лазера на парах меди в сфокусированном и параллельном пучке / В сб. тезисов докладов Всероссийского симпозиума “Лазеры на парах металлов и их применение”, Новороссийск, 1998, стр.12, (РГУ, Ростов-на-Дону, 1998).
  40. Karpukhin V., Klimovskii I., Malikov M., Markovets V. Operating Features of a CVL Oscillator and a CVL Oscillator – UV Converter System as a Laser Monitor / IV International Conference “Atomic and Molecular Pulsed Lasers” (AMPL’99), Program, p.39. (Tomsk, Russia, 1999).
  41. Карпухин В.Т., Конев Ю.Б., Маликов М.М. Использование активной среды лазеров на самоограниченных переходах в схеме многопроходного лазерного усилителя / В сб. тезисов докладов на VII Международной конференции. «Лазерные и лазерно-информационные технологии: фундаментальные проблемы и приложения». Программа и аннотации, 2001, ВладимирСуздаль. Под ред. В.Я. Панченко, В.С. Голубева. ИПЛИТ РАН, Шатура ВлГУ, Владимир, 2001, стр.18, ISBN 5-89368-254-8.
  42. Карпухин В.Т., Маликов М.М. О возможности создания лазерных усилителей на самоогр

    Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 ||
     

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.