Электрические методы обработки материалов - Могорян Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
по энергии с колебательным уровнем молекулы N2, поэтому между ними
существует резонансный обмен колебательным возбуждением.
Третий компонент (1-2% паров Н20) предназначен для сокращения времени
жизни молекул С02 на нижнем лазерном уровне и ускорения перехода молекул
С02 в основное состояние. Роль третьего компонента в составе смеси может
выполнять и гелий.
Газовая смесь нагревается различными способами- в камерах сгорания
взрывного действия, ацетиленокислородными горелками, в электродуговом
разряде, с помощью ТЭНов и др.
Мощность газодинамических лазеров превышает 200 кВт в непрерывном режиме
при достаточно высоком КПД.
III. 4. Конструкции газовых лазеров
Различают два конструктивных варианта исполнения газовых лазеров,
возбуждаемых с помощью электрического разряда,- с внутренним и внешним
резонаторами. В первом варианте зеркала резонатора располагаются внутри
газоразрядной трубки (рис. 88); подвижная часть механизмов юстировки
зеркал соединяется с разрядной трубкой посредством гибких сильфонов.
Вакуум-плотное соединение всех элементов достигается применением
специальных прокладок и спаев металл - стекло. Для длительной устойчивой
работы ОКГ с внутренним расположением резонатора необходимы тщательная
предварительная откачка разрядной трубки и обезгаживание всей арматуры,
находящейся внутри нее (зеркал, прокладок, электродов, сильфонов) путем
прогрева до 600 К, что является существенным недостатком, так как далеко
не все оптические элементы способны выдерживать тадой нагрев,
143
Рис. 88
не теряя при этом своих характеристик. Поэтому конструкция с внешними
зеркалами (рис. 89) обладает рядом преимуществ по сравнению с описанной
выше. В ней упрощается система крепления зеркал; их поверхность не
подвергается опасности повреждения от нагрева при обезгаживании и
действия разряда во время работы; рабочий газ не загрязняется продуктами
испарения зеркальных покрытий; можно легко заменять зеркала, изменять
расстояние между ними, вводить в резонатор дополнительные элементы
(диафрагмы, линзы и др.). Выходные окна устанавливаются под определенным
углом, величина которого зависит от коэффициента преломления материала
окна. Кроме того, установка выходных окон под углом к оптической оси
трубки (угол Брюстера) позволяет снизить потери на отражение на окнах до
0,1-0,2%, тогда как при уста-
2
3
Рис. 89
144
новке окна перпендикулярно оптической оси эти потери составляют 7-13%
[9].
Выбор конструкции разрядной трубки определяется активной средой ОКГ,
режимом работы и уровнем выходной мощности. В лазерах малой и средней
мощности газоразрядная трубка, как правило, представляет запаянную кювету
с рабочим газом. Газовые ОКГ, имеющие в качестве активного элемента такие
разрядные трубки, называют отпаянными. Для увеличения срока службы
отпаянных систем часто применяют конструкции разрядных трубок с
дополнительными резервуарами. К достоинствам отпаянных систем следует
отнести простоту конструкции и возможность раздельной замены
газоразрядной трубки и зеркал резонатора.
Для увеличения мощности излучения и срока службы газовых лазеров
используют непрерывную прокачку рабочего газа через разрядную трубку
(рис. 90). ОКГ с прокачкой имеют большие габариты, чем отпаянные, и
требуют для работы кроме источника питания системы откачки и напуска
рабочего газа.
Необходимо отметить, что разрядные трубки, как отпаянные, так и с
прокачкой, имеющие мощность излучения свыше 1 Вт, снабжаются охлаждающей
ру-
10 Н В Могорян
Рис. 90
145
башкой, через которую прокачивается соответствующий хладоагент (чаще
всего вода). Для повышения долговечности разрядных трубок применяют
специальные газопоглотители (для поглощения вредных газов) или генераторы
газа, позволяющие восстанавливать необходимый состав рабочего газа в
процессе эксплуатации газового ОКГ.
Желание повысить мощность излучения приводит к необходимости увеличения
длины разрядной трубки, а там, где это возможно, и ее диаметра.
Увеличение длины требует повышения напряжения для возбуждения
электрического разряда между электродами и увеличения габаритов
установки. Длина разрядных трубок в зависимости от мощности и применяемых
газовых смесей колеблется в пределах 0,5-3 м.
Однако, как показывает опыт, для уменьшения габаритов установки разрядная
трубка может быть составлена из отдельных разрядных секций, расположенных
параллельно и соединенных оптически последовательно. Оптическая схема
такого лазера представлена на рис. 91. Активный элемент лазера состоит из
четырех разрядных трубок, расположенных параллельно друг другу и
оптически связанных последовательно посредством трех зеркальных
отражателей с углом поворота луча на 180°. Отражатели образованы двумя
плоскими зеркалами, установленными под углом 90° друг к другу, оптический
резонатор ОКГ - двумя концевыми зеркалами.
dEF
я
ГЛ/ч/"
L_^v4_
1-w-
Lna.
?
БП
=^7
146
Рис. 91
Выходная мощность лазера, выполненного по схеме, представленной на рис.
