Том 37, номер 04, статья № 12

Аннотация:

Расположение электродов газоразрядной трубки (ГРТ) лазера на парах меди (ЛПМ) в холодных буферных зонах, где отсутствуют пары металла, обусловливает формирование фантомного тока до момента «пробоя», в связи с чем необходимо оценить, является ли фантомный ток дополнительным фактором ограничения энергетических характеристик и каков механизм данного ограничения. Показано, что на начальном этапе накачки осуществляется зарядка собственной емкости ГРТ до момента «пробоя», что определяет два процесса в этот период времени: заселение метастабильных состояний меди и формирование фантомного тока, который возникает в результате шунтирования собственной емкости ГРТ холодной буферной зоной со стороны анода ГРТ. Рассмотрены механизм формирования фантомного тока и его роль в ограничении энергетических характеристик ЛПМ. Проведенные исследования указывают на две проблемы связанные с повышением энергетических характеристик ЛПМ: высокая предымпульсная концентрация электронов в активной среде и формирование фантомного тока, вызванное процессами в холодных буферных зонах. Результаты работы могут быть полезны специалистам в области лазеров на парах металлов.

Ключевые слова:

лазер на парах меди, фантомный ток, импульсная накачка, частотно-энергетические характеристики

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Ponomarev I.V., Topchiy S.B., Pushkareva A.E. Numerical modeling of the dysplastic vessel heating in PWS by yellow 578 nm copper vapor laser radiation for different skin phototypes // J. Las. Med. Sci. 2022. V. 13: e11. DOI: 10.34172/jlms.2022.11.eCollection 2022.
2. Eimpunth S., Wanitphakdeedecha R., Triwongwaranat D., et al. Therapeutic outcome of melasma treatment by dual-wavelength (511 and 578 nm) laser in patients with skin phototypes III–V // Clin. Exp. Dermatol. 2014. V. 39(3). P. 292–297. DOI: 10.1111/ced.12267.
3. Григорьянц А.Г., Гусев А.Л., Казарян М.А., Лябин Н.А. Лазеры на парах меди для прецизионной обработки изделий электронной техники // Альтернативная энергетика и экология. 2013. № 7. С. 86–98.
4. Тригуб М.В., Торгаев С.Н., Евтушенко Г.С., Троицкий В.О., Шиянов Д.В. Бистатический лазерный монитор // Письма в журнал технической физики. 2016. Т. 42, № 12. С. 51–56.
5. Тригуб М.В., Васнев Н.А., Китлер В.Д., Евтушенко Г.С. Применение бистатического лазерного монитора для высокоскоростной визуализации процессов горения // Оптика атмосф. и океана. 2020. Т. 33, № 12. С. 962–966. DOI: 10.15372/AOO20201210.
6. Осипов В.В., Евтушенко Г.С., Лисенков В.В., Платонов В.В., Подкин А.В., Тихонов Е.В., Тригуб М.В., Федоров К.В. Эволюция лазерного факела в процессе получения нанопорошка с использованием волоконного иттербиевого лазера // Квант. электрон. 2016. Т. 46, № 9. С. 821–828. DOI: 10.1070/QEL16023.
7. Абрамочкин В.Н., Белов В.В., Гриднев Ю.В., Кудрявцев А.Н., Тарасенков М.В., Федосов А.В. Оптико-электронная связь в атмосфере на рассеянном лазерном излучении. Полевые эксперименты // Светотехника. 2017. № 4. С. 24–30.
8. Бохан П.А., Бучанов В.В., Закревский Д.Э., Казарян М.А., Калугин М.М., Прохоров А.М., Фатеев Н.В. Лазерное разделение изотопов в атомарных парах. М.: Физматлит, 2004. 208 с.
9. Le Guadec E., Coutance P., Bertrand G., Peltier C. A 280-W average power Cu–Ne–HBr laser amplifier // IEEE J. Quantum Electron. 1999. V. 35. P. 1616–1622. DOI: 10.1109/3.798084.
10. Marshall G.D., Coutts D.W. Repetition rate scaling up to 100 kHz of a small-scale (50 W) kinetically enhanced copper vapor laser // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 2000. V. 6. P. 623–628. DOI: 10.1109/2944.883376.
11. Пиотровский Ю.А., Реутова Н.М., Толмачев Ю.А. О роли ступенчатой ионизации в процессах формирования инверсной заселенности в лазерах на самоограниченных переходах // Опт. и спектроскоп. 1984. Т. 7, вып. 1. С. 99–104.
12. Юдин Н.А., Климкин В.М., Прокопьев В.Е., Калайда В.Т. Экспериментальные наблюдения ступенчатой ионизации атома Cu в активной среде Cu-лазера // Изв. вузов. Физика. 1999. № 9. С. 128–132.
13. Бохан П.А., Герасимов В.А., Соломонов В.И., Щеглов В.Б. О механизме генерации лазера на парах меди // Квант. электрон. 1978. Т. 5, № 10. С. 2162–2173.
14. Бойченко А.М., Евтушенко Г.С., Жданеев О.В., Яковленко С.И. Теоретический анализ механизмов влияния добавок водорода на генерационные характеристики лазера на парах меди // Квант. электрон. 2003. Т. 33, № 12. С. 1047–1058.
15. Hogan G.P., Webb C.E. Pre-ionization and discharge breakdown in the copper vapour laser: The phantom current // Opt. Commun. 1995. V. 117, N 5. P. 570–579. DOI: 10.1016/0030-4018(95)00143-V.
16. Yudin N.A., Baalbaki H.A., Nocheva C.V., Smirnova M.E., Yudin N.N. Discharge formation in a copper vapor laser: Optimal pumping conditions // Laser Physics. 2021. V. 31, N 12. P. 125001. DOI: 10.1088/1555-6611/ac32d5.
17. Baalbaki H., Yudin N.A. Effect of electrode locations on the matching of the pumping generator with the load in metal vapor laser // Opt. Quantum Electron. 2023. 55:70. DOI: 10.1007/s11082-023-04999-z.
18. Singh D.K., Dikshit B., Vijayan R., Nayak A., Mishra S.K., Mukherjee J., Rawat V.S. Dependence of phantom current in a metal vapor laser on electrode geometry // Laser Phys. 2020. V. 30, N 11. P. 115001. DOI: 10.1088/1555-6611/abb5ff.
19. Григорьянц А.Г., Казарян М.А., Лябин Н.А. Лазеры на парах меди: конструкция, характеристики и применения. М.: Физматлит, 2005. 312 с.
20. Cheng C., Sun W. Study on the kinetic mechanisms of copper vapor lasers with hydrogen-neon admixtures // Opt. Commun. 1997. V. 144, N 1. Р. 109–117. DOI: 10.1016/S0030-4018(97)00328-3.
21. Carman R.J., Brown D.J.W., Piper J.A. A self-consistent model for the discharge kinetics in a high-repetition-rate copper-vapor laser // IEEE J. Quantum Electron. 1994. V. 30, N 8. P. 1876–1895. DOI: 10.1109/3.301652.
22. Brown D.J.W., Kunnemeyer R., MacIntosh A.I. Time-resolved measurements of excited state densities in a copper vapor laser // IEEE J. Quantum Electron. 1990. V. 26, N 9. P. 1609–1619. DOI: 10.1109/3.102640.
23. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. 592 с.