laser TEA

Laser TEA to laser gazowy zasilany przez wyładowanie elektryczne o wysokim napięciu w mieszaninie gazowej, zazwyczaj pod ciśnieniem atmosferycznym lub wyższym . Najpopularniejszymi typami są lasery na dwutlenku węgla i lasery ekscymerowe , oba szeroko stosowane w przemyśle i badaniach; mniej powszechne są lasery azotowe . Akronim „TEA” oznacza Transversely Excited Atmospheric.

Historia

Wynalazek

z dwutlenkiem węgla (CO 2 ) został wynaleziony pod koniec lat 60. XX wieku przez Jacques'a Beaulieu pracującego w kanadyjskim Departamencie Badań i Rozwoju Obrony w Valcartier w prowincji Quebec w Kanadzie . Rozwój był utrzymywany w tajemnicy do 1970 roku, kiedy to opublikowano krótkie szczegóły.

W 1963 roku C. Kumar N. Patel , pracujący w Bell Telephone Laboratories , po raz pierwszy zademonstrował moc lasera przy długości fali 10,6 µm z niskociśnieniowego wyładowania gazowego CO 2 wzbudzonego RF . Po dodaniu azotu i helu oraz zastosowaniu wyładowania elektrycznego prądu stałego uzyskano moc CW około 100 W. Poprzez pulsowanie wyładowania przy użyciu wyższych napięć lub przełączanie Q przy użyciu obracającego się lustra, jako praktyczny limit można było uzyskać moc impulsu rzędu kilku kilowatów.

Wyższe moce szczytowe można było osiągnąć jedynie poprzez zwiększenie gęstości wzbudzonego CO2 Cząsteczki. Pojemność zmagazynowanej energii na jednostkę objętości gazu rośnie liniowo wraz z gęstością, a tym samym ciśnieniem gazu, ale napięcie potrzebne do osiągnięcia rozpadu gazu i sprzężenia energii z górnymi poziomami lasera rośnie w tym samym tempie. Praktycznym rozwiązaniem pozwalającym uniknąć bardzo wysokich napięć było impulsowanie napięcia poprzecznie do osi optycznej (a nie wzdłużnie, jak to miało miejsce w przypadku laserów niskociśnieniowych), ograniczając odległość przebicia do kilku centymetrów. Pozwoliło to na zastosowanie możliwych do opanowania napięć rzędu kilkudziesięciu kV. Problem polegał na tym, jak zainicjować i ustabilizować wyładowanie jarzeniowe przy tych znacznie wyższych ciśnieniach gazu, bez degeneracji wyładowania w jasny łuk wysokoprądowy, oraz jak to osiągnąć przy użytecznej objętości gazu.

CO 2 TEA

Beaulieu zgłosił poprzecznie wzbudzony laser CO2 pod ciśnieniem atmosferycznym . Jego rozwiązaniem problemu powstawania łuku było umieszczenie pręta przewodzącego skierowanego w stronę liniowego układu kołków w odległości kilku centymetrów. Kołki były indywidualnie obciążane rezystorami, zmuszając wyładowanie z każdego kołka do szczotki o niskim natężeniu prądu lub wyładowania jarzeniowego, które rozchodziło się w kierunku pręta. Wnęka lasera sondowała 100-200 tych wyładowań szeregowo, zapewniając wzmocnienie lasera. Szybko rozładowujący się kondensator szybko przełączał się między elektrodami laserowymi za pomocą iskiernika lub tyratronu, który zapewniał impulsy wysokiego napięcia.

Te pierwsze lasery TEA „Pin-Bar”, działające z prędkością około jednego impulsu na sekundę, były łatwe i tanie w budowie. Pracując pod ciśnieniem atmosferycznym, można było uniknąć skomplikowanych systemów próżniowych i gazowych. Mogą wytwarzać MW o czasie trwania kilku 100 ns , zdolne do rozbicia powietrza, jeśli zostaną ustawione na ostrość za pomocą obiektywu o krótkiej ogniskowej. Wadami były słaba symetria wzmocnienia, rozpraszanie w rezystorach i rozmiar.

Pearsona i Lambertona

Obwód lasera CO 2 TEA

Pierwszy prawdziwy (bez pin-bar) laser TEA został zrealizowany przez Pearsona i Lambertona pracujących w UK MOD Services Electronic Research Laboratory w Baldock. Użyli pary elektrod o profilu Rogowskiego oddalonych od siebie o jeden lub dwa centymetry. Ich podwójnie rozładowany [ wymagane wyjaśnienie ] projekt połączył część energii wyładowania z cienkim drutem biegnącym równolegle i przesuniętym względem jednej strony elektrod. Służyło to wstępnej jonizacji gazu, co skutkuje jednolitym objętościowym wyładowaniem jarzeniowym. Równie ważna jak prejonizacja była potrzeba bardzo szybkiego wyładowania. Dzięki szybkiemu wprowadzaniu energii do gazu łuki wysokoprądowe nie miały czasu na utworzenie się.

Pearson i Lamberton użyli kamery smugowej , aby zweryfikować sekwencję zdarzeń. Gdy napięcie zostało wzniesione na elektrodach, emisja pola z cienkiego drutu spowodowała wyładowanie arkusza między nim a anodą. Ponieważ późniejsze wyładowanie główne rozpoczęło się od katody, zasugerowano, że mechanizmem inicjującym była fotoemisja. Następnie inni pracownicy zademonstrowali alternatywne metody osiągania prejonizacji. Obejmowały one izolowane dielektrycznie druty i elektrody, przesuwne układy iskier, wiązki elektronów i szpilki obciążone impedancyjnie kondensatorami.

Oryginalny laser Pearson-Lamberton TEA mógł działać z prędkością około jednego impulsu na sekundę, gdy był przełączany z iskiernikiem rozładowującym kondensator naładowany rezystancyjnie z zasilacza prądu stałego. Poprzez cyrkulację gazu między elektrodami, która wykorzystywała bezstratne ładowanie kondensatorów i zastąpienie iskiernika tyratronem, osiągnięto następnie częstotliwość powtarzania przekraczającą tysiąc impulsów na sekundę przy różnych konstrukcjach lasera TEA.

Metoda podwójnego rozładowania

ciśnieniem atmosferycznym , jak i powyżej , a te urządzenia również można nazwać laserami TEA. Komercyjne lasery ekscymerowe działające w ultrafiolecie wykorzystują tryb podwójnego wyładowania, bardzo podobny do lasera CO 2 TEA. Używając kryptonu , chlorku argonu lub ksenonu lub gazowego fluoru buforowanego helem do ciśnienia 2–3 atmosfer, lasery ekscymerowe mogą wytwarzać megawatowe impulsy ultrafioletowego światła laserowego.

Opis wyładowań mikroskopowych

W większości iskierników przepięciowych lawiny elektronów poruszają się w kierunku anody. Wraz ze wzrostem liczby elektronów prawo Coulomba mówi, że wzrasta również natężenie pola. Silne pole przyspiesza lawinę. Powolny czas narastania napięcia pozwala elektronom dryfować w kierunku anody, zanim zdążą wytworzyć lawinę. Cząsteczki elektrofilowe wychwytują elektrony, zanim zdążą wywołać lawinę. Efekty termiczne destabilizują jednorodny wyładowany elektron, a dyfuzja jonów stabilizuje go.

Aplikacje

spalania papieru fotograficznego z wiązką gaussowską [ potrzebne wyjaśnienie ] lasera TEA na dwutlenek węgla, uzyskane podczas procesu optymalizacji poprzez regulację lusterek wyrównawczych.

Lasery TEA CO 2 są szeroko stosowane do znakowania produktów. Logo, numer seryjny lub data przydatności do spożycia są umieszczane na różnych materiałach opakowaniowych poprzez przepuszczanie światła laserowego przez maskę zawierającą informacje i skupianie go do intensywności, która abluje materiał, który ma być oznakowany. Poza tym lasery TEA CO 2 są używane do przygotowania powierzchni w środowiskach przemysłowych od połowy lat 90-tych. Zastosowania obejmują:

  • Selektywne lub całkowite usuwanie farby, znane jako selektywne usuwanie powłoki laserowej (SLCR) w dziedzinie konserwacji lub naprawy samolotów; ten selektywny proces usuwania izolacji został zatwierdzony w 2001 roku jako pierwszy proces usuwania laserowego przez centra obsługi OEM i samolotów.
  • Aktywacja lub czyszczenie powierzchni do malowania i klejenia.
  • Usuwanie zanieczyszczeń lub warstw powłokowych jako przygotowanie do klejenia lub spawania.
  • Bezzużyciowe czyszczenie form i narzędzi, np. form do opon lub form do produkcji powłok wewnętrznych części samochodowych.

Zaletą tego specyficznego lasera jest połączenie długości fali CO2 , głównie 10,6 µm, z wysokim poziomem energii krótkich impulsów (~2 µs).

Zobacz też

  •   Patel, CKN (1964-05-25). „Interpretacja eksperymentów z maserem optycznym COM 2 ” . Fizyczne listy przeglądowe . Amerykańskie Towarzystwo Fizyczne (APS). 12 (21): 588–590. doi : 10.1103/physrevlett.12.588 . ISSN 0031-9007 .
  •   Beaulieu, AJ (15.06.1970). „Poprzecznie wzbudzone lasery CO2 pod ciśnieniem atmosferycznym” . Listy z fizyki stosowanej . Wydawnictwo AIP. 16 (12): 504–505. doi : 10.1063/1.1653083 . ISSN 0003-6951 .
  •   Pearson, P.; Lamberton, H. (1972). „Lasery CO2 pod ciśnieniem atmosferycznym dające wysoką energię wyjściową na jednostkę objętości”. IEEE Journal of Quantum Electronics . Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników (IEEE). 8 (2): 145–149. doi : 10.1109/jqe.1972.1076905 . ISSN 0018-9197 .
  •   Levatter, Jeffrey I.; Lin, Shao Chi (1980). „Warunki niezbędne do jednorodnego powstawania pulsacyjnych wyładowań lawinowych przy wysokich ciśnieniach gazu”. Journal of Applied Physics . Wydawnictwo AIP. 51 (1): 210–222. doi : 10.1063/1.327412 . ISSN 0021-8979 .

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=TEA_laser&oldid=1120909443 ”