Сборник тезисов докладов VIII Международной молодежной научной конференции

Полярное сияние 2005

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право

Содержание сборника

Секция «Перспективные приложения ядерных технологий»

Все доклады секции


Формирование энергетического профиля лазерного пучка в HF-лазере с пластинчатыми электродами

Писецкая А.В.

Саровский государственный физико-технический институт

Лажинцев Б.В.

РФЯЦ-ВНИИЭФ

В последнее время получили развитие HF-лазеры на основе пластинчатых электродов с индуктивной стабилизацией разряда. Профиль распределения плотности энергии лазерного пучка определяется распределением энерговклада по поперечному сечению активного объема и типом используемого оптического резонатора. Для пластинчатых электродов, также как и для сплошных, форма рабочей кромки пластин задает распределение энерговклада в рабочий объем и, соответственно, профиль лазерного пучка.

Распределение плотности лазерного излучения в ближней зоне для резонатора с плоскими зеркалами связано с распределением энерговклада по поперечному сечению активного объема. В работе предпринята попытка сопоставить распределение лазерного излучения в ближней зоне с распределением интенсивности излучения разряда по сечению активного объема.

В экспериментах использовалась разрядная камера диаметром 24 см и длиной 50 см, в которой располагался электродный узел. Камера закрывалась торцевыми металлическими фланцами, на которых крепились плоские зеркала резонатора со световым диаметром 50 мм.

Каждый электрод состоял из ряда изолированных друг от друга медных пластин толщиной 1 мм. В работе исследовались три формы профиля рабочей кромки электродных пластин:

·         ширина пластин 60 мм, радиус рабочей кромки 200 мм

·         ширина 60 мм, рабочая кромка с профилем Степперча

·         ширина 120 мм, профиль Степперча с центральной плоской частью шириной 60 мм.

На основе этих электродных пластин собирались несколько вариантов электродов. Пластины устанавливались перпендикулярно, либо под углом 30o к оптической оси. Каждая пластина катода устанавливалась в плоскости соответствующей пластины анода, расстояние между рабочими кромками анодных и катодных пластин могло варьироваться в диапазоне 30…50 мм.

Рисунок 1. Фотографии свечения разряда.

 

Типичные фотографии свечения разряда для высоты разрядного промежутка 34 мм и 52 мм с различной конфигурацией установки электродных пластин приведены на рис. 1.

На рис. 2 приведены результаты экспериментов по исследованию распределения интенсивности излучения разряда по сечению активного объема для электродных пластин на основе профиля Степперча.

 

Рис. 2. Распределения интенсивности свечения разряда (1) и плотности энергии лазерного излучения (2).

 

Конструкция не позволяла выставить одинаковое расстояние между электродами по всей их площади. В результате распределение интенсивности излучения разряда было несимметрично относительно центральной плоскости межэлектродного промежутка. На рис. 2 представлены симметризованные распределения.

На рис. 3 представлены распределения, полученные при использовании комбинации из пластин с радиусом рабочей кромки 200 мм и пластин c профилем Степперча, установленных перпендикулярно к оптической оси лазера.



Рис. 3. Распределения интенсивности излучения разряда (1) и плотности энергии лазерного излучения (2).

 

Из рис. 2, 3 видно, что распределение плотности энергии лазерного излучения и распределение интенсивности излучения разряда довольно хорошо совпадают по форме.

Учитывая полученные результаты, была предпринята попытка рассчитать энергию лазерного излучения Ек, которая может быть получена со всего активного объема, основываясь на энергии лазерного излучения (Ео), измеренной с ограниченной апертуры в центре разрядного промежутка, и несимметризованных значениях распределения интенсивности излучения разряда. Расчетные и измеренные значения энергии представлены в табл. 1.

 

Таблица 1. Энергетические характеристики HF-лазера.

Ширина пластин,

угол к оптич. оси

d = 34 мм

d = 52 мм

Ер, Дж

Eо, Дж

Ек, Дж

Ер/Ек,

Ер, Дж

Eо, Дж

Ек, Дж

Ер/Ек,

60 мм, 90 град

0,71

0,27

0,83

0,86

0,77

0,09

0,69

1,12

60 мм, 90 град

Степ. + R200

0,88

0,25

0,81

1,09

0,81

0,15

0,88

0,92

120 мм, 30 град

0,71

0,15

0,78

0,91

0,53

0,06

0,58

0,91

60 мм, 30 град

0,75

0,21

0,79

0,95

0,81

0,13

0,86

0,94

Как видно из таблицы, отношение Eк / Ер близко к единице для всех конфигураций расположения электродов. Это говорит о возможности достаточно корректно оценивать полную энергию лазера, основываясь на значениях интенсивности излучения разряда и измеренной на ограниченной апертуре энергии лазерного излучения.

Проведенные исследования показали, что использование пластинчатых электродов в сочетании с индуктивной стабилизацией разряда в HF-лазерах позволяет по-новому подходить к целенаправленному изменению распределения энерговклада по поперечному сечению активного объема и профиля лазерного пучка в резонаторе с плоскими зеркалами. В дополнение к традиционному способу, основанному на подборе соответствующего профиля рабочей кромки пластин, были использованы еще несколько приемов: расположение электродных пластин под углом к оптической оси лазера, использование в одном электродном узле пластин с различным профилем рабочей кромки.

В работе также показано, что по распределению интенсивности свечения разряда в видимой области спектра можно с достаточной степенью достоверности определить профиль распределения плотности энергии генерации по сечению активного объема. Это дает возможность оценивать полную энергию лазерного излучения по измерению энергии лазерного излучения с ограниченной апертуры, основываясь на данных по регистрации распределения интенсивности свечения разряда. Такой подход особенно актуален при масштабировании широкоапертурных электроразрядных лазеров.