2.1 Способи організації несамостійного розряду постійного струму
Несамостійний тліючий розряд постійного струму з іонізацією імпульсно-періодичним розрядом (РПТ-ІР) використовується для створення активного середовища в електророзрядних технологічних СО2-лазерах з швидким поперечним протокою газу з безперервною потужністю від 1 до 40 кВт. Цей метод був вперше використаний для накачування СО2-лазерів в роботах Рейлі [1] і Хілла [2], про значні практичних досягненнях повідомляли Шашак з співр. [3], Сеген з співр. [4], а також Генералів з співр. [4]
На малюнку 2.1 зображено два способи організації несамостійного розряду постійного струму з іонізацією імпульсно-періодичним розрядом (РПТ-ІР).
В
Малюнок 2.1 - Способи організації несамостійного розряду постійного струму
У схемах, використовуються в роботах [1] напруга імпульсно-періодичного розряду і напруга несамостійного розряду (постійне або також імпульсне) подаються на одні й ті ж електроди, як показано на малюнку 2.1, вгорі. Просторова однорідність розряду в цьому випадку забезпечується шляхом секціонування електродів, а також введенням додаткової предионізаціі.
В іншій схемою, розробленою Генералова [1] (Малюнок 2.1, внизу) напруга самостійного імпульсно-періодичного розряду прикладається до додатковій парі електродів, що представляють собою металеві пластини великій площі, ізольовані від розрядного проміжку шарами діелектрика. Цей тип допоміжного розряду називається безелектродним або ємнісним імпульсно-періодичним розрядом еір, або ємнісний імпульсної предионізаціі. Для еір характерна висока імпульсна потужність, необхідна для того щоб створити однорідну іонізацію в розрядному об'ємі, укладеному між діелектричними пластинами, при порівняно низькою середньою за часом потужності. Збудження коливальних ступенів свободи молекул в однорідно іонізованої середовищі здійснюється стаціонарним несамостійним основним розрядом, який можна охарактеризувати як розряд постійного струму з іонізацією безелектродним (Ємнісним) імпульсно-періодичним розрядом РПТ-еір. Постійна напруга основного розряду прикладається до металевих електродів у формі трубок (Катода і анода), розташованих на вході і виході газового потоку в розрядної камері. Потік спрямований від катода до анода, перпендикулярно оптичної осі резонатора. Дві що залишилися стінки розрядної камери мають отвори для виходу випромінювання до дзеркал, розташованим зовні. Проходи багатопрохідного оптичного резонатора розташовані Z-образно для кращого заповнення випромінюванням обсягу розрядної камери.
Ця схема була запропонована і розроблялася протягом тривалого часу. На базі цих досліджень був спроектований ряд промислових СО2-лазерів В«ЛантанВ» потужністю від 1,5 до 5 кВт [4]. Крім того, була створена експериментальна лазерна установка В«ЦиклонВ» потужністю 10 кВт [4]. Ці лазери відрізняються високим ККД, гарною якістю випромінювання, широкими можливостями для управління потужністю, низьким споживанням робочих газів і високою надійністю.
Високі експлуатаційні характеристики цих лазерів досягнуті завдяки особливостям застосовуваної схеми РПТ-еір: оптичної однорідності, простий електродної системі, низької плазмохимической активності та оригінальною схемою управління потужністю основного розряду.
Нижче наведено докладний опис фізики РПТ-еір та особливостей його застосування в потужних технологічних СО2-лазерах. Розглядаються досягнуті результати і перспективи подальшого розвитку даного методу.
В
Малюнок 2.2 - Взаємне розташування електродів і еквівалентна схема еір
2.2 безелектродних імпульсно-періодичний розряд
безелектродних (Ємнісний) імпульсно-періодичний розряд (еір) відноситься до порівняно добре вивченим об'ємним імпульсним розрядами, широко використовуваним в імпульсних газових лазерах. Відмінною особливістю еір є те, що електроди, на які подається імпульсна напруга, ізольовані від розрядного проміжку пластинами діелектрика (Малюнок 2). Цей незвичайний тип розряду досліджувався теоретично і експериментально у зв'язку із застосуваннями в СО2-лазерах [3]. Щоб краще зрозуміти процеси в розряді, розглянемо просту модель.
Вважаємо, що імпульс напруги має ступінчасту форму з напругою U0 і пренебрежимо коротким переднім фронтом. Первісна щільність електронів Ne0 вважається розподіленої однорідне в розрядному обсязі. У імпульсно-періодичному розряді помітна концентрація електронів залишається від попереднього імпульсу. Розподіл потенціалу в розрядному проміжку вважається однорідним, шари просторового заряду поблизу діелектричних пластин вважаються тонкими, а падіння напруги на них мало в порівнянні з U0. У цих припущеннях можна розглядати схему, показану на Малюнку 3, як еквівалентну еір. Електричний опір плазми розряду Rg пов'язано з щільністю вільних електронів Ne в плазмі розряду, Cg - ємність розрядного проміжку,...
