Lazerlarni gigant impulsli rejimda ishlatish
Download 28.26 Kb.
|
Gigant impuls lazerlari ru
Gigant impuls
Impulsli lazerli osilatorlarning ikkita asosiy ishlash tartibi mavjud , erkin ishlash rejimi va rezonatorning Q ulanishi bilan rejim (ulkan impulslar). Birinchi holda, radiatsiya impulsi t ning 10 dan 10 s gacha bo'lgan davomiyligi va 10 dan 10 Vt gacha bo'lgan kuch bilan tavsiflanadi. Gigant nurlanish impulslari uchun m 10-10 s, - 10 dan 10 Vt gacha. Analitik xususiyatlar . Lazer nurlari ta'sirida namunani bug'lanish va yo'q qilish mexanizmi hozircha juda kam o'rganilgan . Ma'lumki, har bir lazer chaqnaganda material miqdori bug'lanadi zarba kuchiga , namuna yuzasiga tushadigan lazer energiyasining zichligiga bog'liq , chunki kraterning maydoni va chuqurligi bunga bog'liq . Krater diametri yoritilgan maydonning diametridan (lazer nurlarining diametri) ko'p marta kattaroqdir , chunki energiyaning muhim qismi namuna yuzasining eng yaqin joylariga tarqaladi va ularni isitadi. Namunaning issiqlik o'tkazuvchanligi qanchalik baland bo'lsa, krater diametri nur diametridan shunchalik farq qiladi. Namuna yuzasiga etkazib beriladigan energiyaning pasayishi bilan krater chuqurligi va diametri pasayadi . Past erituvchi moddalar yuzasidaTeng sharoitda kraterning kattaligi refrakterlardan kattaroqdir. At kam lazer kuch, hajmi kraterlardan va, binobarin, quyultirilgan miqdori nazar bir pasayishi bilan o'sadi yuzasi aks ettirish . Gigant impulslar uchun krater o'lchamlari bir xil energiya va erkin ishlab chiqarish rejimiga qaraganda kichikroq bo'ladi. Bunday yoqut lazerining samaradorligi juda past va odatda 10 dan oshmaydi. Shunday qilib, masalan, gaz razryad pulslari 1000 Vt quvvatga ega bo'lsa, u holda yoqut lazerining chiqish quvvati 1 Vt dan kam. Chiqish quvvati ulkan impulsli lazer deb nomlangan maxsus modifikatsiyalangan yoqut lazerlari (ulkan impuls hosil qiluvchi lazerlar) yordamida Q-kommutatsiyalangan ( bilan maxsus yordamida qurilmalar ( optik panjurlar , Q-kalitlari ), juda yuqori radiatsiya elektr etiladi olingan (gigant puls rejimida 100 MVt gacha, bu javob bir nuri intensivligi uchun katta shahar). [p.88] Lazer nuri yuqori chiqqandan beri quvvat juda qisqa vaqt ichida sodir bo'ladi , bo'shatilgan energiyaning umumiy miqdori kichik (100 MVt quvvatga ega ulkan impuls rejimidagi lazer o'rtacha 10 Eynshteyn-ni chiqaradi). Vaqt o'tishi bilan fazoviy hal qilingan va integrallangan alyuminiy atomiznrovannogo spektrlari Q-o'tkazgich rejimida radiatsiya qattiq holat lazer ta'sirida . Spektrum I - bu ikkilamchi ulkan impuls, B spektri - bitta ulkan impuls. Gigant impulslarni olish uchun bo'yoq bilan xujayra lazer bo'shlig'iga joylashadi, u lazer nurlanish mintaqasida singib ketadi. Bo'yoq bajaradi sifatida optik panjurdan va past nasos vakolatlarini u kamaytirishmokda lazer nurlanish . Nasosning yuqori quvvatida shunchalik ko'p bo'yoq molekulalari hayajonlangan holatga o'tkaziladiki, eritmaning yutilishi susayadi (oqartirish). Bu lazer nurlanishining ko'payishiga , bo'yoq yutilishining yanada zaiflashishiga va hokazolarga olib keladi lazer moddasining qo'zg'alish energiyasi ulkan yorug'lik pulsi sifatida chiqmaydi. Agar rezonatorda aylanadigan prizma ishlatilsa, lazer nuri faqat nasos tugagandan so'ng chiqarilishi mumkin . Lazer nurlanish vaqti juda qisqa , shuning uchun impuls ushbu rejimda maksimal quvvatga etadi . Bunga ulkan impuls rejimi deyiladi. Lazer boshining sozlamasini o'zgartirib , siz yorug'lik pulsining davomiyligiga , uning kuchiga ta'sir qilishingiz mumkin . Mikroskopning optik parametrlarini o'zgartirib - sirt birligiga energiyanamuna va krater kattaligi bo'yicha. Lazer boshining o'rnatilishiga qarab , uzluksiz ravishda bepul ishlab chiqarish rejimi yoki ulkan impuls rejimi amalga oshiriladi . Tahlil uchun zarur bo'lgan rejim eksperimental ravishda tanlanadi. so'nggi yillarda, sohasida o'sish lazer mass- spektrometrik tahlil materiya bog'liq bilan asosan jarayonlarini o'rganish bo'yicha ulkan zarba o'zaro lazer nurlanish bilan, shuningdek masalani, texnikasi rivojlantirish qazib ionlar dan lazer plazmasi va ion shakllantirishberilgan xususiyatlarga ega nurlar. to'g'risida jarayonlarini o'rganish asosida ulkan zarba o'zaro lazer nurlanish materiya bilan, yuqori samarali laser- olov manbai bilan ionlar qaratib kuni bir kirish tirqishida masspektrometrda bilan ikki qaratib qilingan ishlab chiqilgan va qurilgan . Manba ion nurining yuz marta siqilishini va ion yig'ish koeffitsientini ta'minlaydi ( ro'yxatdan o'tgan ionlar sonining bug'langan atomlar soniga nisbati ) 10-. O'tkazilgan tadqiqot chiqish turli bilan ionlari zaryad davlatlar. Chiqish asos va aralashmalarning yakka zaryadlangan ionlari m / ga mutanosib. Manbaning ishlash usullari haqida ma'lumot mavjud . Usulning analitik imkoniyatlarini ko'rsatadigan turli xil moddalar - metallar, yarimo'tkazgichlar, dielektriklarni tahlil qilish bo'yicha ma'lumotlar keltirilgan. On standart namunalarini po'lat, mis, qalay va xalqaro geologik standarti, u holda aniqligi deb ko'rsatilgan standartlar foydalanish yaqinlashuvi 15%, 30% tashkil etadi. Ommaviy spektrni fotosuratga olish uchun aniqlash chegarasi 3-10 da.% 300 nk ta'sir qilish darajasi bilan va 3 soat ichida erishiladi. panjurlar aylanadigan disklar, nometall va prizmalardan foydalanadi. Agar kuchli bitta ulkan impulslarni olish zarur bo'lsa, unda aylanishning yuqori tezligi, qoida tariqasida, 30 000 rpm ga teng bo'ladi. At tezligi kam 10000 rpm, bir necha tikan o'rtacha kuch hosil . Spektrokimyoviy tadqiqotlarda aylanish tezligi odatda 3000 rpm. Bunday modulyatorlarning tipik xususiyatlari jadvalda keltirilgan. 2.2. Ushbu afzalliklar, shuningdek , sinxronlashtirishni boshlash va upravlyae.mogo qobiliyatini ta'minlaganligi uchun ham amal qiladi . Shuni ta'kidlash kerakki, qo'zg'atilgan Raman spektrlarini qo'zg'atish uchun asosiy ahamiyatga hayajonli nurlanish energiyasi emas, balki uning kuchi kiradi. Zarur energiya olinishi mumkin kelgan ulkan puls optik kvant generatorlari ko'pincha etiladi (LQGs), shuningdek, ataladi sifatida uyarılmış yoki Q-yoqilgan generator nur bir dan yoqut lazer 10 MVt quvvat bahaybat zarba. Uchun jadalligini oshirish Stokes nurlanishsinxronizm holatiga mos keladigan yo'nalish yaqinida, tekshirilayotgan suyuqlik bilan hujayraning o'qi lazer nurlari yo'nalishi bo'yicha 0 burchak ostida o'rnatildi. Kyuvetaning uzunligi 10 sm, kyuvetaning uchlaridagi oynalar qat'iy parallel ravishda o'rnatildi. Qismi Stokes nurlanish 0 burchak ostida orqaga aks edi shisha -air interfeys tufayli qaysi, radiatsiya intensivligi bu yo'nalishda bir oshdi stimulyatsiya qilish asosan yirik impuls rejimida ishlaydigan lazerlardan foydalanilganda amalga oshiriladi . Pulsning davomiyligiBunday lazer GO tartibida "-10 s, va puls oxirida birinchi hayajonlangan holat kuchli joylashadi . Masalan, Ha molekulasi uchun birinchi qo'zg'aladigan darajani 4156 sm ga to'ldirish mumkin ." Raman chiziqlari intensivligining vaqtga bog'liqligini pasayishini kuzatib, bunday holatning bo'shashish vaqtini aniqlash mumkin . Lazer tomonidan yaratilgan elektromagnit maydonlarda joylashgan chiziqli bo'lmagan kristallarda (ayniqsa , elektr maydon kuchining yuqori qiymatlari bilan ajralib turadigan ulkan impulslar rejimida ) turli xil chiziqli bo'lmagan ta'sirlar paydo bo'lib, nurlanish paydo bo'lishiga olib keladi harmonikada. Fenomenologik nuqtai nazardan , ushbu hodisalarni chiziqli sezuvchanlik tenzorlari yordamida tavsiflash mumkin, ular sezuvchanlik tensorini maydon kuchliligi bo'yicha ketma-ket ravishda kengaytirish orqali olingan , Ayniqsa rejimni qulflashda qisqa impulslarni olish mumkin . O'rnatish ulkan impuls rejimida ishlaydiganga o'xshaydi. Shmidt va Shefer tasvirlangan o'rnatish sxemasi ko'rsatilgan . Rhodamin G eritmasi bilan lazer xujayrasining bir uchiga oyna joylashtirilgan. Kyuvetaning ikkinchi uchi naychalangan bo'lib, nur nurini kyuvetadan ishchi muhitga tushirishni kamaytiradi . Ikkinchi rezonator oynasioptik qopqoq vazifasini o'taydigan ingichka hujayra bilan bevosita aloqada bo'lgan lazer xujayrasidan d masofada joylashgan . Bu hal yilda yutadi qaysi, dietiloksadikarbotsianiniodi Ha -, masalan, 3,3 bo'yoq strip viloyati Rhodamin fluoressensiya Asboblar modda to'lqin lazer kvazn-statsionar yilda nm radiatsiya -stationary bir darbeli rejimida, rejimida tartib-qulflash rejimida ulkan zarba Bu omil ta'sir mash'ala shakllanishini va uning atomlari qo'zg'alishi. Pipmayer va Osten ko'rsatganidek , atmosfera tarkibi spektrlarga, krater kattaligiga va ulkan impuls rejimida ishlaganda lazer nurlanishi ta'sirida bug'langan namuna moddasi miqdoriga ta'sir qiladi . Hosil bo'lgan plazma bilan nurlanishning yutilishi asosan atrofdagi atmosfera bosimi bilan belgilanadi . Natijada , krater diametri va bug'langan maqsadli materiallar miqdori atrof muhitning etarlicha past bosimida lazer pulsining energiyasini ko'payishi bilan ortadi . Traitl va boshq. [21] gaz atmosferasini o'rganishdi geliy, azot, kislorod va argondan. Ularning natijalarini izohlash qiyin. Biroq, u o'zgarmadi boshqa ostida ko'rinadi eksperimental sharoitda (ya'ni, bir-da puls energiyasi 1-8 haqida MJ), eng yuqori spektr chiziqlarining intensivligi edi olingan , bir Argo atmosfera da normal bosim qachon ulkan puls kuchli fon ishlab chiqarilgan uzluksiz spektrining va juda keng chiziq namuna komponentlari kambag'al o'zini o'zi farqli ravishda namoyish. rejim bepul avlodfon zaifroq, chiziqlar keng va kuchli ravishda o'z-o'zidan orqaga qaytadi. Agar yordamchi foydalanayotgan bo'lsangiz, juda qiziqarli rejimi lazer operatsiya deb atalmish bo'lgan Q-kommutatsiya rejimida rezonatörü yoki gigant zarba avlod. Ushbu ish rejimida juda yuqori quvvatli (1 MVt) va juda qisqa muddatli (5-20 ns) yorug'lik impulslarini olish mumkin . Bu hisobga olib lazer operatsiya rejimini , biz odatdagi rejimda birinchi qayd lazer ishga (ham uzluksiz avlod rejimida va uyarılmış avlod rejimida), teskari aholi ko'p bo'lishi mumkin emasma'lum bir chegaradan oshib ketish . Darhaqiqat, lasing aholi inversiyasining chegara qiymatiga erishilganda boshlanadi va shu bilan uning keyingi o'sishiga yo'l qo'ymaydi. Demak, lazerning normal ishlashida bo'shliqdagi bitta o'tishdagi yutuq bir o'tish paytida yo'qotish darajasidan katta darajada oshib ketmasligi kelib chiqadi . Endi rezonator ichiga shaffof bo'lmagan ekran o'rnatilgan deb taxmin qilaylik. Ekranning ta'siri - bu lasing paydo bo'lishi shartlarini istisno qilishdir , shunda teskari populyatsiya odatdagi chegara darajasidan sezilarli darajada oshib, juda katta qiymatlarga erishishi mumkin... Biz endi tez ekran o'chirsangiz, keyin teskari aholi ichida faol o'rta lazer sezilarli ostonasini oshadi, ya'ni, daromad faol o'rta sezilarli darajada yuqori zarar darajasiga ko'ra bo'ladi. Ushbu usul rejim deb nomlanadi. rezonatörün Q-omili modulyatsiya beri, rezonatörün Q-omil Q o'zgaradi arzimas bir (bir qorong'i ekran rezonatörü o'rnatilgan sharoitda) juda katta qiymatiga (ekran rezonatörü chetlatilsa) . Buning uchun katta parchalanish tezligi (ya'ni 1 past intensivlik) bilan to'yingan absorberlar juda mos keladi.to'yinganlik / siz). Yana bir talab shundaki, yuqori darajadagi bo'shashish vaqti 1 / Aco dan kam bo'lishi kerak , aks holda tebranishlar amplitudasi juda kichik bo'ladi, nihoyat, shuni ta'kidlash kerakki, to'yingan absorber ulkan impulslar avlodini olishga imkon beradi ( sek. 1.5) da ko'rib chiqilgan bo'lsa, u holda chiqadigan nurlanishning vaqtga bog'liqligi a. Taqqoslash uchun, har qanday ishlab chiqarilgan rejimning amplitudasini vaqt funktsiyasi sifatida ko'rsatadi... Xulosa qilib shuni ta'kidlash kerakki, to'yingan absorber bu holda ikkita funktsiyani bajaradi: 1) ulkan impulslarning hosil bo'lishini ta'minlaydi, 2) rejimlarni ishlab chiqarishda ishtirok etadigan fazali sinxronizatsiya hosil qiladi. Kroxin ko'rsatganidek, ulkan impulslar rejimida ishlaganda , aks ettirish ta'sirini e'tiborsiz qoldirish mumkin . Uning sharhida lazer yordamida bug ' va plazma ishlab chiqarishning tegishli nazariyalarining batafsil tavsifi berilgan . Redi gigant impulslar rejimi uchun krater chuqurligining yarim elektronik hisob -kitobini o'tkazdi . U dastlabki bug 'oqimining orqaga qaytarish bosimi ta'siri ostida taklif qildi bug'lanish issiqligi nolga tushmaguncha ostidagi material haddan tashqari qizib ketgan . Natijada paydo bo'lgan ortiqcha bosim materialni chiqarib tashlash bilan bartaraf etiladi . Bir qator materiallar uchun krater chuqurligining hisoblangan va o'lchangan qiymatlari 2 martadan ko'p farq qiladi va chuqurlik odatda 3 mikronni tashkil qiladi. Quyidagi tufayli aytib radiatsiya energiya singishi issiq Qachon lazer rejimi Q-yoqilgan PLD rejimi qisman Q- tufayli mash'alasini baland harorat juda intensiv ravishda chiqaradi. Bunday holda, emissiya spektrlarini ro'yxatdan o'tkazish va tahlil qilish oson . Bunday spektrlar odatdagi uchqun yoki yoy tushirishidan kelib chiqadigan spektrlardan xarakteriga ko'ra sezilarli darajada farq qiladi . Ular Q-kalitning kuchi va turiga , shuningdek atrofdagi atmosferaga juda bog'liq . Gigant impulslarning rejimi namuna va uning atrofidagi gazning intensiv fonini va emissiya chiziqlarini hosil bo'lishiga olib keladi va bu chiziqlarning kengayishi kuzatiladi va ko'pchilik ketma-ketlik ta'sirida hosil bo'lgan spektrda bitta nasos davrida bir nechta ulkan impulslar ushbu impulslarning takrorlanish tezligiga bog'liq bo'lib , bu o'z navbatida Q-kalit turiga qarab belgilanadi . Doyurulamayan bo'yoq modülatörü orqali tarqatilgan bir necha gigant o'qlaridan ishlab chiqarish uchun sozlangan bo'lishi mumkin , eng mel Bundan tashqari, yangi manba ega ayrim xususiyatlarini bir imkon batafsil o'rganishni nur o'zaro masala bilan. Shunday qilib, lazer paydo bo'lishi bilanoddiy Raman tarqalishidagi chiziqlar uchun signal -shovqinningeng yaxshi nisbati olinibgina qolmay, balkistimulyatsiya qilingan, teskari va giper-Raman tarqalish spektrlari ham hayajonlanib kuzatildi . Bu uch jarayonlar bilan bog'liq bir yilda ma'lum yo'l bilan lazer turi tajribalar ishlatiladigan. Ularniulkan impuls lazerlari va ikkita toifaga bo'lish mumkin doimiy lazerlar . Gigant impuls rejimida ishlaydigan lazer 10 soniya davomida 1 J energiya chiqaradi (maksimal quvvati 100 mVt atrofida), doimiy argon lazerining bitta chizig'ining quvvati 1 Vt. An'anaviy Raman sochilishining spektrlarini yaxshilash asosan cw lazerlari yordamida , stimulyatsiya qilingan , teskari va giper-Raman tarqalishining ta'siri gigant impuls rejimida ishlaydigan lazer yordamida olingan . Buning izohini elektr maydonlarining kuchliligi qiymatlaridan izlash mumkinbunday noodatiy yorug'lik manbalari bilan bog'liq . Oddiy qiymatlar 10 V-CM darajasida, bu qiymatlar atomlar, molekulalar yoki ionlardagi tashqi elektronlarni bog'laydigan 10-10 ° V-CM kuch maydoni bilan taqqoslanadi . Bunday ulkan impulsda yo'naltirilgan nurning kuchli elektr maydoni hatto havoning ionlanishiga olib kelishi mumkin yilda issiqlik parcha, bir bir zaif joy hayajonli engil to'lqinlar (oddiy yorug'lik manbai ) u bilan hisoblashish kerak emas, deb o'rta bunday arzimas ta'sir ko'rsatadi. Tarqoqlik paytida vaziyat boshqacha optik kvant generatoridan ulkan impuls nuridan hayajonlangan . Bunday holda, yorug'lik to'lqinining elektr maydonining kuchi shunchalik katta bo'ladiki, oa termal tarqalish maydoni bilan birga sezilarli kuchlarning paydo bo'lishiga olib keladi - striktiopik va anizotropik molekulalarda esa yo'naltirish. Elektrostriksiya SBS hodisasining sababi hisoblanadi , Bu hodisa shundan iboratki , ulkan lazer impulsining kuchli hayajonli nuri va entropiya tebranishlariga kuchsiz, birinchi navbatda termal, tarqalishi muhit bilan o'zaro ta'sirida sodir bo'ladi . kuchli harorat to'lqinlari. Bu o'zaro qiziqarli va to'lqinlar sochilgan yorug'lik olib keladi energiya uzatish sochilgan nur va harorat to'lqinlar kirib qiziqarli nurdan. SMBS bitta kristalga yo'naltirilgan ulkan yoqut lazer zarbasi bilan hayajonlanganda , namunani yo'q qilish normal sharoitda sodir bo'ladi . Yo'q qilishning tabiatishu kungacha u to'liq tushuntirib berilmagan, garchi turli gipotezalar mavjud va ulardan biri yo'q qilish uchun asosiy mas'uliyatni intensiv MB fononlarini yaratishga yuklaydi. Maqsadida bir darajada M-Bytes Fononlar rolini tushuntirmoq uchun bir kristalli vayron kvars mualliflar SBS rec bilan qilgan tajribalar geliy haroratlarda Fononlar o'rtacha bepul yo'l rejimi lazer va pol energiyasi ( quvvat hayajoni)Pn) beshinchi va oltinchi ustunlarda berilgan. Lasing rejimi uchun quyidagi belgilar qabul qilinadi va - impulsli, uzluksiz - doimiy, kvn - kvazi-doimiy va Gn - ulkan impulslar ( optik rezonatorning Q-o'zgarishi bilan lazerning ishlash tartibi ). "GIGANT IMPULS" VA REJIMNI SINXRONLASHTIRISH "Gigant impuls" rejimini olish uchun ( Q-ga o'tish rejimi yoki Q-switch)) lazer faol elementning pompalanishi, masalan, lazerda ko'zgulardan biri etishmayotgan paytda yoqiladigan qilib joylashtirilgan. Shu sababli, nasos energiyasi faol element tomonidan to'planadi, lekin uni lazer impulsi shaklida qayta chiqarish mumkin emas. Keyin, to'satdan - yuzlab nanosekundalar yoki undan kamroq - etishmayotgan oyna paydo bo'ladi. Va shu daqiqada faol element tomonidan to'plangan barcha energiya bitta qisqa va kuchli "ulkan" impulsda otilib chiqadi. Bunday impulsning davomiyligi asosan rezonatorning uzunligi bilan belgilanadi - qanchalik uzoq bo'lsa, rezonatorda yorug'lik oldinga va orqaga o'tishi va faol elementda to'plangan energiyani olib tashlash uchun qancha vaqt kerak bo'ladi. Odatda o'nlab nanosekundalarning ulkan pulsining davomiyligi (albatta, ko'zgu yo'qligi effekti maxsus optik usullar bilan erishiladi, va uning jismoniy yo'q qilinishi emas. Tafsilotlar Zvelto darsligida). Shu tarzda fiziklar ishlab chiqarishni o'rgandilarnanosaniyadagi impulslar . Ma'lumot uchun, vakuumdagi yorug'lik bir nanosaniyada 300 millimetr (ya'ni 30 sm) yuradi. Joule fraktsiyasidagi energiyalarda bunday impulslar yordamida mikroto'lqinlarni yuqori aniqlikda lehimlash, mayda teshiklarni, sinter kukunlarini yoqish va boshqa ko'plab texnologik operatsiyalarni bajarish mumkin. Bundan tashqari, 60-yillarning oxiriga kelib. bunday impulslarning energiyasini ko'p yuzlab jullar va hatto kilojoullar darajasiga etkazish imkonini beradigan yangi lazer vositalari va yangi lazer texnologiyalari paydo bo'ldi. Siz allaqachon bilganingizdek, bir nanosekundaga kilojoul - bu gigavatt quvvat. Bunday lazer impulslari 60-70-yillarning boshlarida. termoyadroviy reaktsiyalarni lazer bilan yoqish uchun yo'l ochdi. Yana ming baravar qisqaroq pikosekundalik impulslarga erishish yanada murakkab rejimni blokirovka qilish rejimining rivojlanishi bilan mumkin bo'ldi. Qanday g'alati tuyulishi mumkin, rejimni qulflash impulsli emas, balki doimiy lazerni talab qiladi. 60-yillarning oxiriga kelib. variant sifatida neodimiyum granatada doimiy lazerlar allaqachon paydo bo'lgan. Ammo bir qancha sabablarga ko'ra yoqutda cw lazerlari tayyorlanmagan. Download 28.26 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
ma'muriyatiga murojaat qiling