Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники (1988) (1151949), страница 19
Текст из файла (страница 19)
4.4). С увеличением ток, рб сть ко от- текающего через лампу, спектр излучения смещается в о ла р ких длин волн, отдельные линии становятся менее выраженными. Удельное сопротивление газоразрядной плазмы связано с плот- ностью тока зависимое имостью р = 0,9/ — 'з. Эмпирическая зависимость 0.25 р, от начального давления наполняющего газа р, такова: р, ро' Полное сопротивление разряда импульсной лампы = 1,141,г[' '~14 [6). Пиковое значение плотности тока 1,281 с[„'2. При условии полною заполнения объема межэлектрод- ного промежутка разрядом плазмы разрядный импульс тока г с иеут, где т[,„= 0,8...1 — к.
и. д. разрядною контура. У ельная мощность излучения лампы, выделяющег й ося е е инины дли. д 2 лък ны разрядного промежутка, Р„- 0,7г(,1 '. й гэ гн го бг эя губ (б (о.г (О гго Об б, 44 бг (г м бг гб 1г йр о о о о ог оо об об 4о дням об (о фб г,зв а Рис. 4.4. Сп тр меня г = 0,2...2 м .. Спек ральное распределение знергин излучения лампы в момент ,2...2 мс н зависимость ковффипиента поглощения от длины волны (а): ы вре- 4 З ем, и-Зкн,и 144бмкФ, й Зо мкГ, !„-Зт кй!смг; З вЂ” б -за си. й 40кВ,С= ЫсомкФ.Е ЗО Г,т„=т,зкйт ЧЗ-б Збсм, и-гяВ, С Зобо якФ, Е = ЗО мнг,, 1 кйусм .
л а также изменение во времени параметров разряда импульсной лампы (б); т эктявноесопротявяеяяе; 3 мощность; з энергия; 4 яэяряженяе; б ток Длительность вспышки и энергия, подводимая к лампе, увеличиваются с увеличением емкости конденсаторов блока питания. Например, при изменении емкости в пределах 100...800 мкФ длительность вспышки увеличивается от 10 примерно до 7 10 ' с. Также благоприятно сказывается на возрастании предельной энергии лампы уменше ие крутизны нарастания импульса разрядного тока. Это достиган ьется введением индуктивности в разрядный контур лампы. Спектралны" коэффициент поглощения разрядом собственного излучения а, ()ь) й ьпропорционален напряжению питания лампы и прн оптимальном значении напряжения на электродах достигает 1,1...2 см-'.
Например, для лампы типа ИФП-800 при ио = 500 В а, ()ь) = 1,5 см ', а прн ыо = 1000 В сс, (Х) = 2,6 см — '. Коэффициент поглощения а, () ) зависит от длины волны (см, рис. 4.4, а) и от плотности тока 1 . Зависимость коэффициента поглощения от плотности тока близка к прямой оз, (Х) = ф (р) у, где гр (р) — функция давления наполнения, определяемая графически. Напряжение на электродах лампы !23! ио — — Я„= 0.9/ ' Ь,Зл ° (4.2) Изменение величин и„(, Р„, Е„, )г, во времени показано на рйс..4, б.
Температуру плазмы можно рассчитать, используя эмпирическую формулу 16! T = 1 14 ° 10з)ол Перечисленные особенности и характеристики импульсных ламп обусловливают определенные требования к системам питания, Этн требования влияют на выбор принципиальных электрических схем источников и на расчет отдельных элементов их конструкции. О дной из характерных особенностей лампы является возможность использования ее в качестве коммутирующего устройства для лазеров Ер б г 46 С ~~~~~ сисгеюя управа ных ламп (а) я схемы включения блока поджига в разрядный контур импульсной лампы (б...с): б — внешний вопжяг; г последовэтэяьямй поджягг г яояжяг дежурной дугой импульсного действия.
В этом случае лампа обеспечивает непроводящее состояние разрядного контура при наличии на ней напряжения питания. Для каждой лампы существует своя предельная частота вспышек, при превышении которой импульсная лампа переходит в стационарный режим горения 16, 23!. Максимальное напряжение источника питания не должно превышать напряжения самопробоя (самопроизвольный разряд). Управление лампой осуществляется инициированием разряда высоковольтным кратковременным импульсом поджига.
Напряжения самопробоя и зажигания определяют границы изменения напряжения на выходе источника питания. Конденсаторы. Импульсные лампы оптической накачки подключаются к накопителям энергии — конденсаторам, которые обеспечивают высокую импульсную мощность при сравнительно малой удельной энергии и неравномерной нагрузке питающей сети. Основными характеристиками накопителей энергии являются удельная энергия, мак.
симальная импульсная мощность, удельный объем, удельная масса. В 123! приведены основные характеристики накопительных конденсаторов, разработанных и освоенных промышленностью специально для устройств лазерной техники. Схемы источников питания импульсных ламп. Проектирование малогабаритных систем накачки для получения устойчивой импульсной генерации индуцированного излучения лазеров является сложной задачей, поскольку при достаточно малых размерах и массе необходимо разработать надежную конструкцию блока питания, обеспечивающую высокие значения энергии накачки и частоты заряда накопителя о.
К основным функциональным элементам электрических схем источников питания импульсных ламп ОЛ относятся (рис. 4.5, а): за- "Смл В ол к о в И. ь., В а к у лен ко В. М, Источники электропитания лазеров.— К., 1976,— С, 76, 61 рядное устройство ЗУ, назначением которого является передача э гни от питающей сети в емкостный накопитель; разрядный контур РК, нерпредназначенный для преобразования запасенной в накопителе электрической энергии в световую энергию ИЛ; блок поджига БП н б д для инициирования разряда в лампах, и, наконец, снсте имый , нео хоу р в ения СУ, координирующая работувсехвходящих в источник пинал С ма тания приборов.
Среди зарядных устройств емкостных накопителей наибольшее распространение получили схемы с активным или индуктивным сопротивлением. Эти схемы находят применение в импульсных модуляторах генераторов СВЧ. Теория таких модуляторов разработана достаточно полно, что и предопределило их широкое применение в первых экспериментальных и опытных образцах источников питания твердотельных лазеров. Анализу и исследованию разрядного контура импульсной лампы уделяется большое внимание прежде всего потому, что правильный выбор разрядного контура определяет длительность излучения, эффективность и срок службы лазера. В зависимости от режима работы лазера (свободная генерация или генерация с модулированной добротностью) применяются одноконтурные схемы и схемы с искусственными длинными линиями.
Форма импульса разрядного тока накопителя и, соответственно, форма импульса и длительность вспышки лампы в этих схемах зависят от соотношения волнового сопротивления разрядного контурарвл = )//.р.к/Срк и сопротивления лампыП,. Наиболееполное использование энергии, запасенной в разрядном контуре, наблюдается при выполнении условия р„,„= Я . л аба ы Поджиг лампы осуществляется высоковольтным импульсо р т ваемым в генераторе импульсов поджига. При внешнем поджим, выге высоковольтный импульс подается на специальный электрод поига (рис.
4.4, бс.г), которым обычно служит провод, подводимый к д" колбе лампы. ка Пороговое значение мощности накачки. Генерация лазера воз ет, когда энергия, излучаемая активным веществом на частоте рар вознибочего перехода, равна или несколько больше полных потерь энергии на этой же частоте. В этом случае электрическая мощность системы накачкитрехуровневого лазера превышает ее пороговое значение123): Р в = ь Ц (1 + 6) Б1Ко~Я %11тр (4.3) где 6 — отношение потерь излучения (т + гн „, ному усилению 6,„; 5, 1 — площадь и длийа активйого элемента соответственно; Ьт, — энергия кванта излучения накачки; Я)' — е ность ин м — вероятндуцированного перехода Е, -~ Е, (дезактивации метастабильного уровня, см.
п. 7.8); т, — коэффициент радиационных шу о; — эффициент преобразования электрической энергии в лучистую м в; (к. п. д. лампы накачки); т), — к. п. д. осветителя; т), — коэффициент использования излучения от лампы накачки, поглощенного активным элементом; ч,Ф вЂ” квантовая эффективность. здесь тх = р„, — потери на зеркалах резонатора (коэффициент пропускания выходного зеркала); Р „— внутренние потери (диссипативные) в активной среде; дифракционные потери.
Для уменьшения порогового значения мощности накачки — порога накачки (следовательно, уменьшения массогабаритвых параметров лазеров) необходимо уменьшать площадь поперечного сечения стержня активного вещества, уменьшать неоднородность кристалла и температуру его нагрева, увеличивать параметры Ь, Ч„че Ч,. Для кристаллов очень малых размеров порог накачки мал и генерация возникает даже при использовании источников света непрерывного излучения. Для стержней больших размеров и высоких гю необходимых для получения интенсивного излучения, значение порога накачки велико.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
