ВМЛИВ научные исследования
| Штат/Сотрудничество | Научные исследования | Практические применения | Публикации |
Научные исследования
Непрерывные СО2-лазеры с быстрой аксиальной прокачкой газа (БАПГ) относятся к основному типу технологических лазеров киловаттного диапазона мощности. Использование быстрой продольной прокачки активной среды через разрядный промежуток дало принципиальную возможность получения излучения высокого качества киловаттного уровня на установках приемлемых габаритов.
|
Обладая рядом хорошо известных преимуществ перед другими технологическими лазерами, такие лазеры имеют свои особенности, одна из которых – радиальная неоднородность скорости прокачки, температуры и параметров усиления, что обусловлено особенностями формирования разряда в быстром потоке газа, проходящем через газоразрядные трубки (ГРТ), ограниченного поперечного размера.
1. Были проведены исследования особенностей формирования разряда в БАПГ СО2-лазере. Установлено, что радиальная неоднородность усиления в непрерывных БАПГ СО2‑лазерах, обусловленная радиальной неоднородностью распределения температуры и сжатием продольного разряда к осевой области газоразрядной трубки, может оказывать влияние на энергетические параметры излучения. В частности, экспериментально и теоретически показано, что такая неоднородность вызывает насыщение роста коэффициента усиления слабого сигнала с увеличением полного тока в газоразрядных трубках и приводит к снижению степени роста выходной мощности излучения гауссового пучка с ростом энерговклада. При этом усредненные по объему газоразрядной трубки параметры активной среды недостаточно полно описывают энергетические характеристики лазера. Разработан метод расчета распределения по радиусу трубки концентрации электронов в положительном столбе самостоятельного разряда с учетом объемной рекомбинации при наличии отрицательных ионов и проявлении турбулентной диффузии в потоке газа.
2. Разработана методика расчета генерационных характеристик БАПГ СО2-лазера на основе одномерной кинетической модели с учетом радиальной неоднородности накачки и температуры.
3. Исследован эффект образования термической расфокусирующей линзы вблизи оптической оси БАПГ СО2-лазера. Основной причиной образования такой крупномасштабной оптической неоднородности является радиальная неоднородность самостоятельного разряда постоянного тока в газоразрядных трубках ограниченного поперечного размера. Такая термическая расфокусирующая линза оказывает влияние на параметры гауссова пучка и дифракционные потери для мощных БАПГ СО2-лазеров ее роль возрастает с увеличением мощности лазера, вследствие зависимости тепловыделения в усиливающей среде от интенсивности излучения.
Важной характеристикой лазера является пространственная яркость его излучения, а, следовательно, оптическое качество активной среды лазера. Существенным фактором, влияющим на качество лазерного пучка мощных БАПГ СО2-лазеров, являются мелкомасштабные неоднородности коэффициента рефракции активной среды, возникающие из-за турбулентности газового потока.
1. Методом люминесцентной диагностики были проведены измерения турбулентных пульсаций плотности активной среды БАПГ СО2-лазера с накачкой продольным тлеющим разрядом постоянного тока и БАПГ СО2- лазера с накачкой поперечным ВЧ разрядом. Для различных величин энерговкладов в присутствии и отсутствии излучения экспериментально получены спектры продольных пульсаций плотности активной среды в зависимости от различных величин плотности мощности энерговклада в разряд, в присутствии и отсутствии лазерной генерации. Показано, что в неравновесных условиях газового разряда и лазерной генерации в турбулентном потоке активной среды при превышении порогового значения плотности мощности энерговклада происходит возрастание амплитуд флуктуаций плотности и соответствующее увеличение структурной характеристики показателя преломления среды. Установлено также, что вдоль по потоку активной среды пульсаций плотности активной среды возрастают.
Эффект рассеяния внутрирезонаторного излучения на мелкомасштабных неоднородностях показателя преломления турбулентной активной среды приводит к возникновению флуктуаций фазы и амплитуды выходного пучка, тем самым, понижая его качество.
Другое направление исследований лаборатории - кислородно-лазерная резка металлов и их сплавов излучением мощных СО2- лазеров. В частности, разработана технология лазерной резки стали с использованием в качестве вспомогательного газа смеси кислорода с инертным газом.
|
