Компактный CO2-лазер средней мощности с воздушным охлаждением тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.17, кандидат технических наук Данилаев, Максим Петрович

• Данилаев, Максим Петрович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Данилаев, Максим Петрович

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ КОМПАКТНЫХ С02 ЛАЗЕРОВ СРЕДНЕЙ

МОЩНОСТИ

п. 1.1. Общие требования, предъявляемые к компактным С02

лазерам средней мощности

п. 1.2 Особенности температурного режима компактных

С02 лазеров средней мощности

п. 1.3 Оптические резонаторы компактных СО2 лазеров

средней мощности

п. 1.4 Системы накачки компактных С02 лазеров средней

мощности

п. 1.5 Постановка задачи

ГЛАВА 2. КОНСТРУКЦИИ И ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ КОМПАКТНЫХ С02 ЛАЗЕРОВ СРЕДНЕЙ

МОЩНОСТИ

п. 2.1 Температурный режим компактных С02 лазеров средней мощности с воздушным

охлаждением

п.2.2 Особенности теплового режима Н - волноводного

и слэб конструкций С02 лазеров

п.2.3 Влияние конвекции газа на выходные характеристики

Н-волноводного лазера

п.2.4 Сопоставительный анализ температурного режима разрядных камер различных

конструкций

п.2.5 Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. ОПТИЧЕСКИЙ РЕЗОНАТОР КОМПАКТНОГО С02

ЛАЗЕРА СРЕДНЕЙ

МОЩНОСТИ

п.3.1 Оптический резонатор Н-волноводного С02

лазера средней мощности

п.3.2 Анализ дифракционных потерь многопроходного

устойчивого резонатора

п.3.3 Аберрации в резонаторе Н-волноводного

лазера

п.3.4 Выводы по главе

ГЛАВА 4. СИСТЕМА НАКАЧКИ Н - ВОЛНОВОДНОГО С02

ЛАЗЕРА

п.4.1 Сравнительный анализ различных систем накачки малогабаритного С02 лазера средней

мощности

п.п.4.1.1 Самостоятельный разряд постоянного

тока

п.п.4.1.2 Несамостоятельный разряд постоянного

тока

п.п.4.1.3 Накачка ВЧ разрядом

п.п.4.1.4 Накачка СВЧ-разрядом

п.4.2 Особенности ВЧ разряда, применяемого для

накачки С02 лазеров

п.4.3 Системы согласования ВЧ генератора

с лазерной нагрузкой

п.4.4 Выводы по главе

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОМПАКТНОГО Н-ВОЛНОВОДНОГО

ЛАЗЕРА

п.5.1 Описание экспериментальной установки по исследованию

температурного режима Н-волноводного

лазера

п.5.2 Описание экспериментальной установки по исследованию

системы накачки Н-волноводного лазера

п.5.3. Анализ характеристик макета Н - волноводного С02 лазера средней мощности с воздушным

охлаждением

п.5.3 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Компактный CO2-лазер средней мощности с воздушным охлаждением»

ВВЕДЕНИЕ.

Лазерная техника, несмотря на сорокалетнюю историю, в настоящее время переживает этап бурного развития. Одним из важнейших вопросов, решаемых на данном этапе, является вопрос разработке и создания лазеров средней мощности 100 Вт) с малой расходимостью выходного пучка. Данный тип лазера нашел широкое применение в технологии, медицине, измерительных системах и хорошо зарекомендовал себя в стационарных условиях. Однако, использование существующих в настоящее время лазеров средней мощности в автономном режиме (условия чрезвычайных ситуаций, полевая хирургия, лидарные исследования с мобильных установок, микротехнология и точная производственная линия) часто бывает нецелесообразным, поскольку требует значительных экономических затрат, что связано с громоздкостью и большой энергоемкостью их систем охлаждения и накачки. По этой же причине значительно повышается себестоимость конечного продукта при использовании этих лазеров и в стационарных условиях. Поэтому актуальным является создание компактных лазеров средней мощности, практическая ценность которых состоит в том, что наряду с возможностью их автономного использования, они обладают высоким полным КПД, малой расходимостью излучения и высокой экономической эффективностью в стационарных условиях.

Наиболее перспективном в этом направлении является разработка методов и средств, направленных на создание компактных СО2 лазеров средней мощности. Использование СОг лазеров обусловлено тем, что они характеризуются наибольшими значениями достигнутой средней мощности излучения, хорошей отработанностью конструкций, высокими значениями полного КПД (до 10%), хорошим оптическим качеством пучка, надежностью в эксплуатации.

Современный этап развития компактных С02 лазеров средней мощности направлен на повышение полного КПД, а в частности на повышение эффективности резонатора и системы накачки, и базируется на использовании более совершенных конструкций разрядных камер и резонаторов таких лазеров, а также на выборе оптимальной системы накачки. Однако их применение не всегда позволяет добиться требуемых выходных характеристик, а именно мощности и расходимости выходного излучения. Серийные лазеры средней мощности перекрывают диапазон мощности излучения от 50-70 Вт и >500 Вт. Кроме того, следует подчеркнуть, что на сегодняшний день в существующих С02 лазерах средней мощности, как правило, используется жидкостное охлаждение, что приводит к значительному увеличению их габаритов и энергопотребления, а также невозможности работы таких лазеров в автономном режиме. Существующие в настоящее время серийные С02 лазеры с воздушным охлаждением являются маломощными и имеют выходную мощность до 10 Вт. Вопросы создания компактных С02 лазеров с принудительным воздушным охлаждением и выходной мощностью до 100 Вт, которые могли бы значительно повысить их технико-экономические показатели, не нашли отражения в научно-технической литературе. В результате возникает необходимость в разработке новых методов и средств, направленных на создание компактных С02 лазеров средней мощности, а также в усовершенствовании традиционных конструкций.

Необходимо отметить, что разработкой и совершенствованием характеристик компактных С02 лазеров занимаются многие коллективы специалистов, как в России, так и за рубежом. Так, например, вопросам исследований компактного С02 слэб лазера посвящены работы. В.П.Захарова, А.В.Кислецова, А.И.Дутов, А.А.Кулешов и др. Из работ зарубежных специалистов следует выделить труды ряда научно-исследовательских институтов США, ФРГ, Израиля, Японии.

В то же время следует подчеркнуть, что все эти публикации содержат в себе решение лишь частных вопросов, связанных со структурой резонатора и системы накачки, и лишь для лазеров с жидкостным охлаждением. Последнее обстоятельство не позволяет говорить о существенном уменьшении размеров установки даже в случае оптимально найденных решений в области систем накачки и резонатора, что значительно сужает области применения таких лазеров. Поэтому требуется проведение исследований по возможности использования принудительного воздушного охлаждения для компактных СОг лазеров средней мощности и исследование температурного режима их разрядных камер.

Отсутствуют всякие обоснованные рекомендации по выбору конструкции разрядных камер с принудительным воздушным охлаждением. Кроме того, отсутствуют всякие рекомендации по выбору конфигурации резонатора, обеспечивающего требуемые характеристики выходного пучка, а также оптимальной системы накачки для СО2 лазера средней мощности (до 100 Вт) с принудительной воздушной системой охлаждения.

Учитывая вышеперечисленные обстоятельства, данная диссертация посвящена моделированию температурного режима СО2 лазера с воздушным охлаждением и решению вопросов, связанных с обеспечением высокого КПД и требуемых характеристик излучения в указанном типе лазеров.

Резюмируя отмеченные выше обстоятельства, можно сказать, что актуальность настоящей работы обусловлена необходимостью разработки и создания нового, более совершенного компактного С02 лазера средней мощности, позволяющего решать остро стоящие задачи (полевая хирургия, хирургия чрезвычайных ситуаций, передвижные лидарные комплексы и др.) и обеспечивающего высокие характеристики выходного излучения.

Исходя из рассмотренных проблем и существующих потребностей, общая цель диссертационной работы может быть сформулирована следующим образом: решение задач, стоящих на пути создания компактных СО2

лазеров средней мощности с воздушным охлаждением и выработка конструктивных решений по созданию таких лазеров.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Обобщить опыт, накопленный в области создания малогабаритных СОг лазеров средней мощности и выявить проблемы, возникающие при создании конструкций таких лазеров. Определить наиболее перспективную конструкцию разрядной камеры такого лазера.

2. Провести теоретические и экспериментальные исследования теплового режима этой разрядной камеры при использовании принудительного воздушного охлаждения.

3. Рассмотреть возможные типы оптических резонаторов для компактных лазеров. Оценить влияние неоднородностей газовой смеси и дифракционных потерь на характеристики выходного излучения и на этой основе выбрать тип резонатора.

4. На основе анализа систем накачки определить наиболее подходящую систему накачки такого лазера; выбрать пути оптимизации системы накачки и провести её экспериментальные исследования.

Достоверность и обоснованность решаемых задач обеспечивается правильным выбором методов теоретического анализа и детальным сопоставлением его результатов с результатами экспериментальных исследований. При выработке концепции создания компактного СО2 средней мощности использовался системный анализ. Выбор наиболее приемлемых конструкций разрядных камер такого лазера основывался на детальном сопоставительном анализе основных существующих конструкций разрядных камер, который для наибольшей наглядности представлен в виде "матриц поиска". Исследования температурного режима выбранных конструкций разрядных камер (слэб, Н-волноводной) осуществлялись на базе математического аппарата термодинамики и газодинамики и подтверждались данными числен-

ного анализа и проведенных экспериментов. При исследовании характеристик оптического резонатора использовался метод лучевых матриц, математический аппарат теории рядов и дифференциальных уравнений. Анализ системы накачки проводился на базе математического аппарата теоретической радиоэлектроники и подтверждался данными проведенных экспериментов.

Научная новизна работы представлена следующими результатами:

1. На основе сравнительного анализа параметров и характеристик существующих компактных С02 лазеров средней мощности; определены наиболее приемлемые конструкции разрядных камер такого лазера: слэб, Н-волноводная.

2. Проведено детальное исследование температурного режима Н-волноводной и слэб конфигураций разрядных камер С02 лазера средней мощности с принудительным воздушным охлаждением; рассмотрен вопрос принудительной конвекции газовой смеси в Н-волноводном лазере, вызванной ипульсно-периодическим режимом накачки; оценена возможность уве- -личения выходной мощности такого лазера за счет движения газа; получены расчетные соотношения, позволяющие оценить температурный режим рассматриваемых конструкций лазеров.

3. На основе проведенных исследований характеристик оптических резонаторов Н-волноводного лазера выбран наиболее подходящий тип резонатора: многопроходной устойчивый резонатор с промежуточными поворотными сферическими зеркалами; оценены дифракционные потери такого резонатора и аберрации, вызванные конвекцией газа.

4. Проведен сравнительный анализ систем накачки Н-волноводного С02 лазера средней мощности, на базе которого выбрана оптимальная система накачки; рассмотрена проблема согласования ВЧ генератора накачки с лазером; разработаны рекомендации по проектированию и применению различных схем согласования.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы и необходимость ее проведения. Сформулирована цель работы, представлены основные защищаемые положения. Показана научная новизна и практическая значимость работы. Описана структура диссертации и приведено ее краткое содержание.

В первой главе указаны основные требования, предъявляемые к компактным С02 лазерам средней мощности, проведен сравнительный анализ характеристик существующих С02 лазеров средней мощности, определены наиболее приемлемые конструкции разрядных камер компактного лазера при использовании принудительного воздушного охлаждения.

Критическое рассмотрение характеристик существующих С02 лазеров средней мощности, на основании результатов сравнительного анализа показало, что успешное решение ряда практических задач во многом осложняется размерами существующих лазеров и качеством их выходного излучения. Данный вывод явился следствием нескольких взаимосвязанных причин.

Первая причина связана с необходимостью поддержания требуемого температурного режима в разрядной камере компактного С02 лазера средней мощности. Жесткие требования к температурному режиму лазера обусловлены тем, что превышение температуры в зоне разряда некоторого критического значения (для С02 лазеров критическая температура составляет 400 - 600 К), приводит к срыву генерации. При электрооптическом КПД лазера 10% и требуемой мощности до 100 Вт приходится отводить порядка 1кВт тепловой мощности. В существующих компактных С02 лазерах средней мощности для того, чтобы эффективно отводить такую тепловую мощность, как правило, используется жидкостное охлаждение. Использование жидкостного охлаждения приводит к существенному увеличению

размеров лазера, и в большинстве случаев к невозможности автономной его работы.

Вторая причина, обусловленная выбором конструкции оптического резонатора для компактного газового лазера, заключается в том, что не все конфигурации резонаторов позволяют получить требуемые характеристики излучения: малую расходимость выходного пучка и высокую степень его фокусировки. В широко применяемых в последнее время слэб лазерах чаще всего используются неустойчивые гибридные резонаторы. Несмотря на то, что такие резонаторы позволяют получить требуемые характеристики выходного излучения, потери энергии излучения в них оказываются достаточно большими. Это приводит к снижению КПД резонатора. Кроме того, следует отметить, что создание зеркал для таких резонаторов является весьма сложной технологической задачей. Поэтому применение таких резонаторов оказывается нецелесообразным.

Третья причина зачастую связана с неоптимальным выбором системы накачки. Существует четыре основных типа электрических разрядов, которые используются для накачки лазеров средней мощности: самостоятельный разряд постоянного тока; несамостоятельный разряд постоянного тока; высокочастотный емкостной разряд; СВЧ разряд в газе. При выборе системы накачки для малогабаритного СОг лазера средней мощности следует руководствоваться следующими соображениями: система накачки должна иметь максимальный КПД и удовлетворять требованию устойчивости разряда к контрагированию; блок питания лазера также должен быть компактным.

Отсутствие четких и обоснованных исследований по этим вопросам приводит к тому, что на практике приходится довольствоваться существующими конструкциями лазеров средней мощности, которые весьма громоздки и исключают возможность работы в автономном режиме.

На базе полученных выводов и сопоставительного анализа существующих конструкций разрядных камер лазеров средней мощности были предложены две наиболее приемлемые, с точки зрения использования принудительного воздушного охлаждения, конструкции разрядной камеры компактного СОг лазера средней мощности: слэб и Н-волноводная. Использование такого типа охлаждения позволит существенно уменьшить габариты лазера, то есть избежать одного из основных недостатков его аналогов.

Таким образом, в результате исследований, проведенных в первой главе, на основе сопоставительного анализа были определены наиболее рациональные пути уменьшения размеров компактных СО2 лазеров средней мощности; исследованы системы охлаждения, конструкции резонаторов и системы накачки таких лазеров; предложены две конструкции разрядных камер, которые являются наиболее приемлемыми при использовании принудительного воздушного охлаждения.

Во второй главе, проведены исследования температурного режима двух предложенных конструкций разрядных камер компактных С02 лазеров средней мощности на предмет возможности использования для них принудительного воздушного охлаждения; исследуется конвекция газа в разрядных камерах этих лазеров; рассматривается возможность увеличения выходной мощности Н-волноводного лазера за счет движения газа в зоне разряда; проведен сравнительный анализ трубчатого, слэб и Н-волноводного лазеров; показано, что Н-волноводная конструкция разрядной камеры является наиболее приемлемой при использовании принудительного воздушного охлаждения.

Сложность использования принудительного воздушного охлаждения для компактного лазера средней мощности связана с проблемой поддержания температуры в зоне разряда ниже критической (Ткр).' Устойчивая генерация будет наблюдаться только при выполнении условия: Тось < Ткр (Тось -температура на оси разрядной камеры).

Анализ температурного режима проводился для слэб и Н-волноводного лазеров, при этом в качестве базы для сравнения использовался хорошо изученный лазер трубчатой конструкции.

Задача определения температурного распределения сводилась к решению одномерного, стационарного уравнения теплопроводности. Для определения числового значения граничных условий проводились экспериментальные исследования. Показано, что принудительное воздушное охлаждение способно обеспечить требуемый температурный режим в Н-волноводной и слэб конфигурациях разрядных камер.

Исследовалась задача конвекции газа в этих конструкциях разрядных камер, вызванная импульсно-периодическим режимом накачки. Эта задача сводилась к решению уравнения " закона обобщенного воздействия" для температуры. Показано, что средняя скорость движения газа в Н-волноводном лазере составила 10 м/сек, в слэб лазера - 0,3 м/сек.

Рассмотрена возможность дополнительного увеличения выходной мощности лазера Н-волноводного лазера за счет принудительной конвекции газа в зоне разряда. Анализ проводился в приближении "двухуровневой" модели активной среды, которая позволяет получить результаты в аналитическом виде и наглядно выявить основные закономерности влияния конвекции на увеличения выходной мощности лазера. Показано, что в Н-волноводном лазере за счет принудительной конвекции газа выходная мощность увеличивается примерно в 1,3 раза.

Проведен сопоставительный анализ теплового режима трех конструкций разрядных камер СОг лазеров средней мощности (трубчатой, Н-волноводной и слэб). Показано, что Н-волноводная конструкция разрядной камеры является наиболее приемлемой при использовании принудительного воздушного охлаждения: температура на оси разрядной камеры такой геометрии оказывается ниже, чем для слэб лазера.

В третьей главе исследуется устойчивый многопроходной оптический резонатор Н-волноводного лазера средней мощности; рассматриваются дифракционный потери и аберрации, вызванные конвекцией газа в зоне разряда.

Основным требованием, предъявляемым к выходному излучению компактных С02 лазеров средней мощности, является малая расходимость излучения. Наименьшую расходимость выходного излучения имеют пучки с гауссовым или равномерным распределением интенсивности при плоском или сферическом фронте. Такие пучки целесообразно получать на устойчивых резонаторах, которые следует использовать, если к спектральным и временным характеристикам излучения не предъявляются специальные требования.

Анализ многопроходного устойчивого резонатора Н-волноводного лазера проведен с использованием закона "АВСО-матриц". Были рассмотрены трех и пятипроходной резонаторы. Приведена таблица характеристик этих типов резонаторов. Для исследуемой геометрии разрядной камеры предложено использовать пятипроходной резонатор, который позволяет получить требуемое качество выходного излучения при минимальных размерах. Для того чтобы избежать влияния волноводных мод на распределение выходного излучения такого лазера его конструкция обеспечивает дополнительные потери на их распространение.

Анализ дифракционных потерь проведен с использованием численных методов с учетом векторных условий отражения и преломления. Проведена оценка выходной мощности Н-волноводного лазера с эквивалентным резонатором. Показано, что предельное значение выходной мощности такого лазера с многопроходным резонатором составляет порядка 120 Вт. Исследования аберраций в многопроходном резонаторе такого лазера, вызванных движением газа в зоне разряда, показали, что они не оказывают существенного влияния на качество выходного пучка: при средней скорости газа 10

м/с изменение показателя преломления составляло 10"7, в результате чего радиус перетяжки увеличивается не более чем на 10%.

Таким образом, в третьей главе проведен анализ оптического резонатора и его характеристик для Н-волноводного С02 лазера средней мощности; предложенный пятипроходной резонатор позволяет получить требуемое качество выходного излучения при компактной геометрии.

В четвертой главе рассматривается вопрос выбора оптимальной системы накачки Н-волноводного лазера; проводится анализ схем согласования генератора накачки и лазера.

Серьезной проблемой при использовании электроразрядной системы накачки компактных лазеров средней мощности является поддержание устойчивого горения разряда. Это обусловлено требованием стабильности выходной мощности при использовании принудительного воздушного охлаждения. Поэтому в качестве критериев оптимизации при выборе оптимальной системы накачки использовались КПД системы накачки и устойчивость разряда. На основании проведенного сопоставительного анализа возможных систем накачки такого лазера была выбрана накачка ВЧ разрядом.

Исследовалась задача согласования ВЧ генератора накачки с разрядной камерой такого лазера. Проблема согласования обусловлена тем, что параметры разрядной камеры лазера, изменяются не линейно в течение одного радиоимпульса. Рассмотрена возможность использования двух типов схем согласования для Н-волноводного лазера: адаптивная и неадаптивная. Показано, что лучшее согласование позволяют получить адаптивные схемы, эффективность согласования которых достигает 90%. Проведен анализ неадаптивной цепи согласования для Н-волноводного лазера. При оптимально выбранных параметрах, эффективность такой цепи согласования составляет 60%.

В пятой главе рассматриваются вопросы технической реализации макета Н-волноводного лазера средней мощности с принудительным воздушным охлаждением; проводится анализ характеристик макета.

Экспериментальные исследования температурного режима проводились на одном стенде, который включал в себя: полноразмерную разрядную камеру Н-волноводного С02 лазера, температурный датчик, нагревающий элемент. Было показано, что расхождение экспериментальных данных с теоретическими результатами, полученными ранее, составляет не более 12%. Сделан вывод, что принудительное воздушное охлаждение способно обеспечить требуемый температурный режим Н-волноводного лазера средней мощности.

На основании результатов и выводов, полученных в первых четырех главах диссертации был разработан и создан макет Н-волноводного лазера.

Все экспериментальные исследования проводились на одном стенде, который включал в себя разрядную камеру, систему газоснабжения, ВЧ генератор, неадаптивную схему согласования, высоковольтный источник постоянного тока, температурный датчик. На основании проведенных экспериментальных исследований системы ВЧ накачки такого лазера был сделан вывод, что по сравнению с теоретически полученными результатами КПД согласования неадаптивной схемы оказалось меньшим не более чем на 15%.

Основное содержание диссертации отражено в работах автора [32,33,34,35,36,37,38,39] и одном отчете по НИР.

В диссертационной работе нумерация формул принята со следующей условностью; первая цифра - соответствует номеру главы вторая цифра -номеру формулы по порядку. Нумерация рисунков и таблиц следующая; первая цифра - соответствует номеру главы вторая цифра - номеру рисунка.

На базе проведенных в диссертационной работе исследований разработана и создана Н-волноводная конструкция разрядной камеры малогаба-

ритного СОг лазера средней мощности с принудительным воздушным охлаждением и высоким качеством выходного излучения. Экспериментально показано, что такая конструкция разрядной камеры С02 лазера средней мощности полностью удовлетворяет требованию по температурному режиму С02 лазеров. Создан макет Н-волноводного лазера с накачкой ВЧ разрядом.

Результаты исследований внедрены и используются в учебном процессе в Казанском государственном техническом университете им. А.Н.Туполева.

17

Заключение диссертации по теме «Радиотехнические и телевизионные системы и устройства», Данилаев, Максим Петрович

5.3 Выводы по главе.

1. Проведенные экспериментальные исследования температурного режима двух полногабаритных моделей (трех- и пятипроходных) Н-волноводной конструкции разрядной камеры С02 лазера средней мощности показали, что для такой конфигурации разрядной камеры возможно использование принудительного воздушного охлаждения.

2. Расхождение экспериментальных данных по тепловому режиму макета Н-волноводного лазера с теоретическими расчетами составляет не более 12%.

3. Проведены экспериментальные исследования макета Н-волноводного лазера. Показано, что ВЧ накачка обеспечивает однородное и стабильное горение разряда.

4. Отмечено, что уменьшение КПД неадаптивной схемы согласования на 15% связано с потерей ВЧ энергии на излучение на дискретных элементах. Для уменьшения потерь на излучение предлагается строить неадаптивные схемы согласования на элементах с распределенными параметрами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

На базе проведенных исследований по данной работе сформулированы следующие выводы:

1. Литературный обзор подтверждает, что актуальность создания компактного С02 лазера средней мощности обусловлена острой потребностью в таком лазере в следующих областях науки и техники: медицина, технологические процессы, лидарные комплексы и лазерная локация и др. На основании обзора формализованы требования, предъявляемыми к таким лазерам.

2. На основании проведенного сопоставительного анализа различных конфигураций разрядных камер компактных газовых лазеров средней мощности, впервые предложено использовать Н-волноводную конструкцию лазера средней мощности с принудительным воздушным охлаждением.

3. Детальные теоретические и экспериментальные исследования показали, что наиболее полно сформулированным требованиям отвечает Н-волноводная конструкция разрядной камеры. Показано, что использование принудительного воздушного охлаждения позволяет получить требуемый температурный режим в лазере такой конструкции, а также увеличить полный КПД лазера такой конструкции до 15%) и уменьшить его габариты.

4. Теоретически исследован многопроходной устойчивый оптический резонатор Н-волноводного лазера. Показано, что такой резонатор позволяет получить требуемые характеристики излучения для Н-волноводной конструкции лазера. Предельное значение мощности выходного излучения исследуемого лазера с этим резонатором оказалось около .100-120 Вт.

5. Поведен сравнительный анализ адаптивной и неадаптивной цепей согласования. Показано, что неадаптивная цепь согласования имеет низкую эффективность 0,6. Адаптивные системы позволяют наилучшим образом обеспечить согласование ВЧ генератора с нелинейной нагрузкой, и обладают высоким КПД (0,9). Однако эта цепь не позволяет обеспечить согласования при выходных мощностях лазера выше 20-30 Вт.

6. Исследован температурный режим двух полноразмерных моделей разрядных камер Н-волноводного лазера (трех и пятипроходной). Эти исследования с высокой точностью подтверждают ранее полученные результаты по тепловому режиму и системам накачки таких лазеров. Относительная погрешность экспериментального значения температуры на оси разрядной камеры от теоретического, составляет 12%.

7. Исследование малоразмерной модели Н-волноводного лазера показало, что ВЧ накачка при использовании неадаптивной цепи согласования позволяет получить приемлемые характеристики активной среды.

8. Проведенные исследования подтверждают возможность создания компактного лазера с воздушным охлаждением и правильность выбранной конструкции и технического решения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Данилаев, Максим Петрович, 1999 год

ЛИТЕРАТУРА.

1. А.Э.Абалиев, Л.О.Гурвич, М.Б.Гутман и др. Тезисы докладов Всесоюзной конференции. "Применение лазеров в народном хозяйстве". М.: Наука., с. 4, 1985

2. В.К.Аблеков, Ю.Н.Денисов, Ф.Н.Любченко "Справочник по газодинамическим лазерам".-М.: Машиностроенгие, 1982-167с

3. Автореферат на соискание уч. степени к.ф. - м.н. Ю.М.Хохлова " Непрерывный электроразрядный С02 лазер коаксиальной конструкции с медленной заменой рабочей смеси и предварительной ионизацией газа короткими высоковольтными импульсами", Казанский авиационный институт, 1983 г.

4. Автореферат на соискание уч. степени д.т.н. В.И.Воронова "Численное моделирование сложных лазерных резонаторов ...", Казанский государственный технический университет им. А.Н.Туполева, 1997 г.

5. М.Адаме "Введение в теорию оптических волноводов".-М.:Мир, 1984-512с.

6. А.Г.Акимов, А.В.Коба, Н.И.Липатов, и др.// Квантовая электроника, т. 16, №5, с. 938 - 944, 1989.

7. Л.Р.Айбатов// Вестник КГТУ им.А.Н.Туполева, №2,1с.7-9, 1997.

8. Л.Р. Айбатов Условия эквивалентности диэлектрических разрядных камер в системе предыонизации газовых смесей/ КАИ, 1984, 17 е., Деп. в ВИНИТИ 06.02.84, N 851 - 84 Деп.

9. Л.Р.Айбатов, Б.В.Орлов, Ю.Е.Польский, Ю.М.Хохлов// Радиотехника и электроника, т.31, №7, с.1352-1358, 1986.

10. М.Т.Александров, А.С.Федоров, Р.И.Баграмов и др.,"Применение лазеров в медицине", -М.:ЦНИИ "электроника", 1986, с.197.

11. Ю.А.Ананьев "Оптические резонаторы и лазерные пучки",- М.: Наука, 1990, с.264.

12. В.В.Апалонов, Н.Ахунов, В.Р.Миненков и др.// Квантовая электроника, т. 10, №7, 1458-1461, 1983.

13. Л.П.Бабич, И.М.Куцык// Квантовая электроника,т.21, №6, с.550-552, 1994.

14. Н.С.Бахвалов, Н.П.Жидков, Г.М.Кобельков "Численные методы",- М.: Наука, 1987.600 с.

15. А.Е.Белянко, Н.И.Липатов, П.П.Пашин и др.// Квантовая электроника, т. 11, № 1, с.184-195,1984.

16. Ю.В.Богданов, В.Н.Сорокин// Квантовая электроника, т.22, №4, с.350-356,1995.

17. С.Браун "Элементарные процессы в плазме газового разряда",-М.:Наука, 1961,с.249.

18. A.B.Бурмистров, Ю.В.Маношкин// ЖТФ, т.46, №12, с.2517-2522, 1976.

19. М.П.Вайсфельд, В.И.Воронов, Б.В.Русяев, Ю.Е. Польский и др. "Проектирование оптических квантовых генераторов".- Казань, КАИ, 1980, с.92.

20. М.П.Вайсфельд,Ю.Е.Польский// Квантовая электроника, т.8, с.2230-2233, 1981.

21. Б.И.Васильев, О.А.Евин, И.Д.Тасмагулов и др.// Приборы и техника эксперимента, №5, с.164-166,1991.

22. В.Виттеман "С02 лазер".-М.Мир, 1990-360с.

23. В.И.Воронов, С.С.Большаков, А.В.Ляпахин и др.// Приборы и техника эксперименте, №3 , с. 162-167, 1993.

24. В.И.Воронов// Вестник КГТУ им. А.Н.Туполева, №2, с. 4447, 1996.

25. В.И.Воронов, А.Б.Ляпахин// Опт.-мех. пром-сть, №4, с.57-65, 1985.

26. "Газодинамические проблемы в лазерной техники ( по материалам отечественной и зарубежной печати 1970-1978гг.).-Б.м, 1980, с.243.

27. М.Г.Галушкин, В.С.Голубев, Ю.Н.Завалов и др.// Квантовая электроника, т.24, №3, с.223-225, 1997.

28. Н.А.Генералов, В.П.Зимаков, В.Д.Косынкин и др.// Квантовая электроника, т.9, №8, с. 1549-1553,1982

29. Н.А.Генералов, В.П.Зимаков, В.Д.Косынкин, Ю.П.Райзер, Д.И.Ройтенбург// Физика плазмы, т.З, №3,с.626-633, 1977

30. М.Герцбергер "Современная геометрическая оптика",- М.: Изд-во иностр. лит., 1962.487с.

31. Б.Ф.Гордиец, А.И.Осипов, Л.А.Шелепин "Кинетические процессы в газах и газовые лазеры".-М.:Наука, 1980, - 512 с.

32. М.П.Данилаев, Ю.Е.Польский// Электронное приборостроение, Вып.5, с. 72-78,1998, Казань.

33. М.П.Данилаев, В.И.Воронов, Ю.Е.Польский// Тезисы докладов IV Межд. симпозиума " Оптика атмосферы и океана", Томск, 1998, 17-19 июня.

34. М.П.Данилаев, Ю.Е.Польский// Материалы III международной научно-технической конференции "ФРЭМБ '98", Владимир, 17-19 июля 1998г.

35. М.П.Данилаев, Ю.Е.Польский// I региональная конференция "Лазеры в Поволжье", Казань, Лазерная ассоциация, НПО Элекон, 1996.

36. М.П.Данилаев, Ю.Е.Польский// Оптика атмосферы и океана, №5,с.510-512, 1996.

37. М.П.Данилаев, Ю.Е.Польский// Тезисы докладов IV Межд. симпозиума " Оптика атмосферы и океана", Томск, 1996, 19-21 июня.

38. М.П.Данилаев, Ю.Е.Польский// Вестник КГТУ, №2, с.23-26, 1998.

39. М.П.Данилаев, Ю.Е.Польский//Электронное приборостроение, Вып.9, с.60-65, 1999, Казань.

40. Н.Д.Девятков, В.П.Беляев, Н.Ф.Гамалея, и др. "Лазеры в клинической медецине". -М.:Медецина, 1981-439 с.

41. Г.Н.Дульнев "Теплообмен в радиоэлектронных устройствах".-М.-Л.,Госэнергоиздат,1963 - 288 с.

42. А.И.Дутов, В.Н.Иванова, В.Е.Семенов, и др.// Оптический журнал, №5, с.37-42, 1996.

43. А.И.Дутов, А.А.Кулешов, В.И.Соколов// Оптический журнал №5, с.31-36, 1996.

44. О.А.Журавлев, А.А.Шепеленко "Газовый разряд в С02 лазерах". -Куйбышев, КАИ, 1988, с. 140.

45. В.П.Захаров, А.В.Кислецов, О.А.Левченко" Основы проектирования малогабаритных электроразрядных лазеров".- Куйбышев, КуАИ, 1990-92с.

46. Д.Ю.Зарослов,Н.В.Карлов,Г .П.Кузьмин,С.М.Никифоров// Квантовая электроника, т.5, №7, с.1221-1227, 1978.

47. Ш.Х.Закиров, А.Т.Мирзаев, А.А.Сипайло и др.// Приборы и техника эксперимента, N6, с.143-147,1982.

48. О. Звелто "Физика лазеров".- М.:Мир, 1979- 373 с.

49. Д.Н.Зыбин, Т.А.Тихомиров //Препр/ АН СССР Ин-т общ. физ., N10, 1,(1991)

50. П.Л.Капица// Журнал экспериментальной и технической физики, т.48, с.1508-1513, 1965.

51. В.Ю.Колесников, Б.В.Орлов, Ю.Е.Польский, Ю.М.Хохлов// Квантовая электроника, т.11, №5,с. 957-963,1984.

52. С.Т.Корнилов, Е.Д.Проценко " Волноводные газовые лазеры" М., МИФИ, 1987, с.258.

53. В.П.Козолупенко, В.С.Межевов, Ю.С.Сизов, А.А.Хахлев// Квантовая электроника, т.18, №5 , с.583-585, 1991.

54. В.В.Крестинин, Ю.В.Маношкин, В.А.Царьков// Радиотехника и электроника т.З0, №10, с.2004-2008, 1985.

55. Ф.Крейт,У.Блэк "Основы теплопередачи".- М.:Мир,1983-512с.

56. А.В.Крючков, А.П.Минеев, А.Г.Самойлов, С.А.Самойлов Препринт N58. М.:ИОФАН, 1991.

57. Г.Ландсберг "Оптика" М.;Наука,1973, с.389.

58. Н.И.Липатов, П.П.Пашинин, А.М.Прохоров и др.// Труды ИО ФАН., т.17, с. 53-116, 1989.

59. С.А.Лосев "Газодинамические лазеры" М.,Наука,1977, с. 336.

60. А.Ф.Максименко, А.С.Проворов, М.Ю.Реушев и др.// Квантовая электроника. Т.21, №9, с.827-829, 1994.

61. А.Мейнтленд, М.Данн "Введение в физику лазеров".-М..'Наука, 1978-407с.

62. В.С.Михалевский, Г.Н.Толмачев, В.Я.Хасилев // Квантовая электроника, т.7, №7, с.1537-1542, 1980

63. В.И.Мышенков, Н.А.Яценко// Квантовая электроника, т.8, №10, с. 2121-2129,1981.

64. А.И.Одинцов, В.А.Спажкин// Квантовая электроника, т.9, №8, с.1708-1710, 1982.

65. В.Н.Очкин "Волноводные газовые лазеры".- М.:3нание, 1988 -63с.

66. Ю.Е.Польский, Ю.Л.Ситенков, Ю.М.Хохлов// Радиотехника и электроника, тЗЗ, №3, 564-568, 1988.

67. Ю.Е.Польский "Оптические резонаторы мощных газовых лазеров", В кн. Итоги науки и техники, серия Радиоэлектроника, т.21, с.118-235, 1980г.

68. Ю.Е.Польский, Л.Р.Айбатов, Ю.М.Хохлов// Квантовая электроника, т. 12, №7, с. 1459-1464, 1985.

69. П.А.Полушин, А.Г.Самойлов, С.А.Самойлов// Материалы III международной научно-технической конференции "ФРЭМБ '98", Владимир, 17-19 июля 1998г.

70. П.А.Полушин, А.Г.Самойлов// Приборы и техника эксперимента, №2, с.99-106, 1995.

71. А.В.Приезжев, В.В. Тучин, Л.П. Шубочкин "Лазерная диагностика в биологии и медицине".- М.:Наука,1989- 240 с.

72. Проектирование радиопередающих устройств, Под ред. В.В.Шахгильдяна,М.: Радио и связь, 1993-512с.

73. "Плазма в лазерах" Под ред. Дж.Бекефи,- М.: Энергоиздат,1976, 412с.

74. Райзер Ю.П. "Оснсвы современной физики газоразрядных процессов".-М.:Наука, 1980-415 с.

75. А.Г.Самойлов, С.А.Самойлов, П.А.Полушин// Радиотехника и электроника, №6, с.53-57, 1996.

76. А.И. Сидоров, В.Н.Чирков, И.ЛЯинев// Квантовая электроника, т.21, №6, с.553-558, 1994.

77. Справочник Технологические лазеры 2т. Под ред. Г.А. Абиль-сиитова,М. .-Машиностроение, 1991 -346с.

78. Е.Л.Ступицкий// Квантовая электроника, т. 10, №3, с.534-539, 1983.

79. В.П.Тычинский// Успехи физических наук, т91, с.З 89-468, 1967.

80. Г.Хакен "Лазерная светодинамика" -М.Мир, 1988, 350с.

81. П.Хилл " Наука и искусство проектирования",- М.: Мир, 1973. 264с.

82. А.В.Чернетский " Введение в физику плазмы ", М.: Атомиздат, 1969, с.304.

83. Н.А.Яценко // Изв. АН СССР. Сер. физ., т.56, №12, с.77-85, 1992

84. J.Uhlenbusch, Z.B.Zhang «С02 laser exitation by microwave discharges» // Proceedings of the 5th international school on quantum electronics « Laser-physics and applications», Bulgaria, 1988.

85. Cool T.A.J. Appl.Phys. 40, N9, 3563 1969

86. Crocer A., Wills M.S., Carbon-dioxid laser with hight power per unit lenght. - "Electron. Lett. ", 1969, v.5, N4, p.63-64.

87. Fox A.G., Li T. // Bell Syst. Techn.J. - 1961.-V.40.-P.453.

88. Feder D.P. Optical calculations with automatic computing machinery //JOSA. 1951. Vol.41.P.630.

89. Swift J.D., Schwar J.R. "Electrical probes for plasma diagnostics"