Исследователи из Института сильноточной электроники Сибирского отделения РАН, Томского муниципального университета, Томского политехнического университета и Томского муниципального университета систем управления и радиоэлектроники разработали новейшую модель для изучения накачки азотной рабочей среды для лазеров с наносекундными импульсами. Согласно ей, при особо тонких электродах и специфичном способе накачки подобные лазеры могут работать с широким по составу диапазоном рабочих сред, в которых кроме азота будут и примеси других газов. Соответственная статья опубликована в Optics Communications.
Газовые лазеры с разными рабочими средами продолжают оставаться весьма увлекательной темой для научных групп по всему миру, так как диапазон излучения разных газовых сред может очень отличаться от других лазеров, что позволяет эффективнее использовать их для абляции либо обработки поверхностей различных материалов. В теории газовые лазеры позволяют сравнимо легко менять длину излучаемой волны за счет маленького изменения химического состава рабочей среды. Но на деле все куда труднее: обычно изменение ее состава ведет к тому, что прежние способы накачки не могут эффективно работать. К примеру, для молекулярного азота большинство схем накачки дает очень низкий КПД. Однако в ряде публикаций последних лет было высказано о достижении КПД вплоть до 1-го процента. При этом азот крайне доступная рабочая среда для лазеров, и схожая эффективность сделала бы их широко применимыми в самых различных отраслях промышленности.
Авторы новейшей работы провели моделирование процесса накачки азотной рабочей среды лазера при поддержке быстрого диффузного разряда. Его формируют так именуемые убегающие электроны, вырабатываемые в зазорах меж длинными электродами, сделанными на базе фрагментов железных лезвий.
На основании моделирования выяснилось, что хорошим методом накачки для азотной среды будет внедрение убегающих электронов, поступающих в газовую среду с длинноватых и тонких электродов. Максимальная эффективность для азотных лазеров достигается при добавлении в азот сравнимо дешевого и химически стабильного элегаза — в этом случае КПД азотного лазера можно поднять до 0,2 процента. При этом излучение подобного газового лазера будет иметь два пика — в районе длин волн в 337 и 357 нанометров (ультрафиолетовый спектр). Добавление в газовую смесь гелия дополнительно увеличивает КПД до 0,23 процента, при этом в зависимости от концентрации гелия пики ультрафиолетового излучения лазера также немного смещаются в область чуть более маленьких длин волн. Заявленные в ряде более ранешних экспериментальных работ уровни КПД до 1,0 процента в модели доказательства не нашли.
Эксперименты, проведенные создателями, показали корректность их модели: КПД в их было получено соответствующее расчетам, а наивысшую эффективность действительно показали электроды из лезвий, работающие в консистенции азота с элегазом и гелием. Достигнуть указанных выше результатов КПД в один процент в опытах также не удалось — по всей видимости, более ранешние работы не являются воспроизводимыми.
Источник контента: nformio.ru
