Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Розрахунок та розробка конструкції аргонового лазера з повітряним охолодженням.
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра електронних приладів
Інформація про роботу
Рік:
2004
Тип роботи:
Розрахункова робота
Предмет:
Квантова електроніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Національний Університет “Львівська політехніка”
кафедра
Електронні прилади
Розрахункова робота
з курсу : „Квантова електроніка”
тему :
“Розрахунок та розробка конструкції аргонового лазера
з повітряним охолодженням”
Виконав:
ст. гр.
Перевірив:
Львів 2004р.
Зміст
Технічне завдання………………………………………………………..
Вступ………………………………………………………………………
Теоретична частина………………………………………………………
Креслення конструкції Ar лазера……………………………………….
Розрахункова частина……………………………………………………
Список літератури…………………………………………………………
Технічне завдання
Розрахувати і розробити неперервний багатомодовий аргоновий лазер металокерамічної конструкції.
Вимоги:
Довжина хвилі генерації: λ = 0,48 мкм.
Вихідна потужність: Рвих = 1 – 10 Вт
Режим роботи лазера: мода ТЕМ11q
Коефіцієнт корисної дії: = 0,01 – 0,1 %
Геометричні параметри
Довжина резонатора: L = 1 м.
Діаметр кювети: dk = 2 мм.
Вступ
Іонні лазери
В порівнянні з нейтральними атомами шкала енергетичних рівнів іонізованого атома є більш широкою. Дійсно, в цьому випадку кожен електрон атома піддається дії поля додатнього заряду ядра Ze (Z - атомний номер елемента, а е - заряд електрона), екранованого від’ємним зарядом (Z - 2)e решти електронів. Таким чином, результуючий ефективний заряд рівний 2е, в той час як у випадку нейтрального атома він рівний тільки е. Це розширення енергетичної шкали приводить до того, що іонні лазери зазвичай працюють у видимій та ультрафіолетовій області спектру. Як і лазери на нейтральних атомах, іонні лазери можна поділити на дві категорії : 1) іонні газові лазери, що використовують більшість інертних газів, серед яких найбільш відмінним прикладом є Аr лазер; 2) лазери на парах металів, в яких застосовуються різні метали (Sn, Pb, Zn, Cd, і Se); серед цих лазерів виділяється Не-Cd лазер. [2]
Аргоновий лазер
EMBED MSGraph.Chart.8 \s
Спрощена схема приймаючих участь у генерації рівнів енергії приведена на малюнку. Основний стан Аr одержується шляхом віддалення одного з шести 3р електронів зовнішньої оболонки аргону. Збуджені стани 4s і 4р виникають, коли один із 3р5 електронів запригує на рівні 4s і 4р. З врахуванням взаємодії з іншими 3р електронами два рівня 4s і 4р, намальовані на малюнку як прості рівні, насправді складаються із декількох рівнів (відповідно 9 і 2). Збудження верхнього лазерного рівня 4р відбувається за рахунок двухступінчатого процесу, включаючи в себе зіткнення з двома різними електронами. При першому зіткненні аргон іонізується, тобто переходить в основний стан іону Ar+. Іон Ar+ , що знаходиться в основному стані, зазнає другого зіткнення з електроном, що може привести до :
безпосереднє збудження іону аргону на рівень 4р;
збудження в більш високо лежачі стани з наступними каскадними
випромінювальними переходами на рівень 4р;
збудження на метастабільні рівні з наступнім третім зіткненям з
електроном, що приводить до збудження на 4р-рівень.
Оскільки процеси 1 і 2 включають в себе два етапи, пов’язаних із зіткненнями з електронами, варто очікувати, що швидкість накачки в верхній стан буде пропорційна квадрату густини струму розряду. Можна показати, що при високих густинах струму розглянутий вище процес (3) також приводить до того, що швидкість накачки пропорційна квадрату густини струму. Таким чином, накачка різко зростає із збільшенням густини струму і для того, щоб розглянутий вище малоефективний двоступінчатий процес дозволив закачати достатньо іонів у верхній стан, необхідні високі густини струму (~ 1кА/см2). Іон Аr+ , будучи закинутим на верхній лазерний рівень 4р, може релаксувати на рівень 4s завдяки швидкій (~10-8 c) випромінювальній релаксації. Однак, необхідно помітити, що релаксація із нижнього лазерного рівня в основний стан Ar+ відбувається за час, що приблизно в 10 раз коротший. Таким чином умова неперервної генерації виконується.
Із сказаного вище випливає, що генерацію в аргоновому лазері слід очікувати на переході 4р→ 4s. Так як два рівня 4р і 4s насправді складаються із багатьох підрівнів, аргоновий лазер може генерувати на багатьох лініях, серед яких найбільш інтенсивними є зелена (λ= 514,5 нм ) і синя (λ= 488 нм). Серед вимірювань спектру спонтанного випромінювання було помічено, що доплерівська ширина лінії Δν0 наприклад зеленого переходу, складає близько 3500 МГц. Це означає, що температура іонів рівна 3000 К. Іншими словами, іони є дуже гарячими завдяки їх прискоренню в електричному полі розряду. Відносно широка доплерівська ширина лінії також приводить до того, що в режимі синхронізації мод в аргоновому лазері спостерігаються порівняно короткі імпульси (~ 150 пс).
Механізми збудження.
Рис 1.1 Можливі механізми збудження верхнього рівня для ліній генерації ArII, лежачих в жовто-зеленій області спектру
Історично перший механізм збудження іонного лазера (мал. 1.1, а) був запропонований Гордоном та ін. Відповідно до цього механізму верхній лазерний рівень збуджується електронним ударом з основного стану іона (процес 2). Передбачається, що іон утворений в результаті зіткнення електрона з нейтральним атомом, що знаходиться в основному стані (процес 1); каскадними переходами з вищележачих рівнів і руйнуванням стану при електронному ударі нехтують. Вважають, що нижній рівень швидко спустошується випромінювальними переходами (для 4s-станів Аr II ці переходи лежать у вакуумній ультрафіолетовій області, λ ~ 74 нм) і його спустошення відбувається швидше, ніж заселення електронним ударом (штрихова стрілка на малюнку).
Якщо прийняти, що плазма в цілому залишається електрично нейтральною і температура електронного газу не залежить від сили струму, то населеність N2 верхнього лазерного рівня можна вважати пропорційною наступним величинам:
N2 ~ neni ~ ne2 ~ j2 (1.1)
Де ne, ni і j — відповідно щільності електронів, іонів і розрядного струму. Квадратична залежність N2 від сили струму підтверджена експериментами із спонтанним випромінюванням для широкого діапазону значень сили струму, тиску газу і розмірів трубки, характерних для неперервних лазерів.[1]
На мал. 1.2 показана діаграма нижніх енергетичних рівнів іона аргону. Інверсію населеності можна створити між рівнями 4р (верхні робочі рівні) і 4s (нижні робочі рівні). Інверсія створюється в основному за рахунок ступінчастого електронного збудження з основного стану іона. Як показують теоретичні оцінки, між двома близько лежачими (в порівнянні з їх відстанню до основного енергетичного рівня) енергетичними рівнями інверсія населеності створюється тоді, коли час життя верхнього рівня більше.[4]. Рівень 4р, що має в порівнянні з рівнем 4s більший час життя, заселяється іонами аргону за рахунок їх зіткнення з швидкими електронами в газовому розряді і за рахунок переходів збуджених іонів з групи розташованих вище рівнів 5р. У той же час рівень 5р, що володіє дуже коротким часом життя, приблизно в 25 раз менше, ніж час життя рівня 4р, швидко спустошується за рахунок повернення іонів в основний стан. Оскільки рівні 5р; 5s; 4р складаються з груп підрівнів, генерація може відбуватися одночасно на декількох довжинах хвиль: від 0,45 до 0,53 мкм (мал. 1.3).[3].
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора