eng
Инерес к проблеме изучения распределения температуры вдоль разряда He-Ne лазера вызван возможностью создания лазеров с нетрадиционной геометрией активных элементов. Изучена возможность регулирования обнаруженной неравномерности распределения температуры.
DOI:10.22184/1993-7296.2016.58.4.64.66
DOI:10.22184/1993-7296.2016.58.4.64.66
Теги: hе-nе laser hе-nе лазер inhomogeneity of temperature distribution неравномерности распределения температуры
Г
елий-неоновый лазер наиболее часто используется для видимой области спектра (0,63 мкм). Активная среда Hе-Nе лазера представляет собой газовую смесь, к которой в электрическом разряде подается необходимая энергия. Благодаря высокому качеству луча Hе-Nе лазер широко используется в метрологических целях. Казалось, его характеристики хорошо известны. Измерения температуры вдоль активного элемента He-Ne лазера не занимали умы исследователей. Их внимание приковывали вопросы изменения температуры в активных средах мощных твердотельных лазеров, где по понятным причинам возникает тепловая линза. Однако интерес к проблеме распределения температуры вдоль активного элемента Hе-Nе лазера вызван исследованием возможностей создания лазеров с нетрадиционной геометрией активных элементов [1, 2]. Известно, что для обеспечения механизма генерации излучения Hе-Nе лазера требуется создать условия для столкновения электронов с холодными стенками трубки. При увеличении диаметра газоразрядной трубки условия генерации ухудшаются. Но для создания конусообразного Hе-Nе лазера обнаруженные нами зависимости могут помочь повысить мощность излучения.
Специалистам хорошо знаком тот факт, что в диапазоне температур поверхности стеклянного активного элемента от 40 до 400°C наблюдается увеличение мощности излучения He-Ne лазера с ростом температуры [3, 4]. Естественно, температура поверхности активного элемента не характеризует однозначно процессы в активной среде, но этот параметр является довольно удобным для наблюдений. Результаты исследований зависимости мощности от температуры и поиск причин этой зависимости подробно изложены в книге [5]. В известных нам работах обычно не производились локальные измерения температуры. Измеренное в одной точке или усредненное по нескольким точкам значение температуры приписывалось всему активному элементу, иногда за величину температуры принимали интегральное показание термостата.
С помощью пирометра IR 260–85 была измерена температура вдоль активного элемента He-Ne лазера ГЛ-110 длиной 30 см (рис.1). Активный элемент (рис.1) заключен в цилиндрический баллон и имеет холодный катод, расположенный параллельно основному разрядному промежутку. Анодом является молибденовый цилиндр, установленный соосно основному разрядному промежутку. В штатном рабочем режиме лазера значения температуры обоих концов трубки элемента, не соприкасающихся с разрядом, примерно одинаковые. Это обусловлено естественным воздушным охлаждением. Но конец, расположенный ближе к катодному баллону, нагрет на несколько градусов выше. Максимум функции распределения температуры расположен примерно в геометрическом центре трубки (рис.2). Принудительное охлаждение одного из концов трубки приводило соответственно к снижению температуры и в других точках для всех значений тока разряда.
Конечно, сразу напрашивается гипотеза о влиянии теплопроводности стекла на распределение температуры. С целью проверки гипотезы было решено уравнение теплопроводности. Активный элемент газового лазера рассматривался как неограниченный цилиндр. Практически цилиндр можно считать неограниченным, если его длина значительно больше радиуса его основания, что справедливо для газового лазера. В результате численных экспериментов было установлено, что в He-Ne лазерах длиной около метра, как и ожидалось, появления в центре элемента максимума температуры не наблюдается. В работе [7] показано, что конусообразная трубка в He-Ne лазере обеспечивает мощность излучения в 1,8 раз больше, чем цилиндрическая конструкция. Использование температурных эффектов дополнительно поможет увеличению мощности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Привалов В.Е. – Известия ВУЗов. Физика. 2013, т. 56, № 2/2, с.246.
2. Привалов В.Е., Золотов С.А. – Оптический журнал, 2014, т.83, № 3, с.20–22.
3. Белоусова И.М., Данилов О.Б., Киселев В.М. – ЖТФ 1968, т.38, №3, с.493.
4. Белоусова И.М., Данилов О.Б., Елькина И.А., Киселев В.М. – Оптика и спектроскопия, 1969, т.26, №1, с.779.
5. Орлов Л.Н. Тепловые эффекты в активных средах газовых лазеров. – Минск: Навука i тэхнiка, 1991.
6. Привалов В.Е. Газоразрядные лазеры в измерительных комплексах. – Ленинград: Судостроение, 1989.
7. Черниговский В.В., Федотов А.А. – Известия ЛЭТИ, 1974, вып.140, с.75–77.
елий-неоновый лазер наиболее часто используется для видимой области спектра (0,63 мкм). Активная среда Hе-Nе лазера представляет собой газовую смесь, к которой в электрическом разряде подается необходимая энергия. Благодаря высокому качеству луча Hе-Nе лазер широко используется в метрологических целях. Казалось, его характеристики хорошо известны. Измерения температуры вдоль активного элемента He-Ne лазера не занимали умы исследователей. Их внимание приковывали вопросы изменения температуры в активных средах мощных твердотельных лазеров, где по понятным причинам возникает тепловая линза. Однако интерес к проблеме распределения температуры вдоль активного элемента Hе-Nе лазера вызван исследованием возможностей создания лазеров с нетрадиционной геометрией активных элементов [1, 2]. Известно, что для обеспечения механизма генерации излучения Hе-Nе лазера требуется создать условия для столкновения электронов с холодными стенками трубки. При увеличении диаметра газоразрядной трубки условия генерации ухудшаются. Но для создания конусообразного Hе-Nе лазера обнаруженные нами зависимости могут помочь повысить мощность излучения.
Специалистам хорошо знаком тот факт, что в диапазоне температур поверхности стеклянного активного элемента от 40 до 400°C наблюдается увеличение мощности излучения He-Ne лазера с ростом температуры [3, 4]. Естественно, температура поверхности активного элемента не характеризует однозначно процессы в активной среде, но этот параметр является довольно удобным для наблюдений. Результаты исследований зависимости мощности от температуры и поиск причин этой зависимости подробно изложены в книге [5]. В известных нам работах обычно не производились локальные измерения температуры. Измеренное в одной точке или усредненное по нескольким точкам значение температуры приписывалось всему активному элементу, иногда за величину температуры принимали интегральное показание термостата.
С помощью пирометра IR 260–85 была измерена температура вдоль активного элемента He-Ne лазера ГЛ-110 длиной 30 см (рис.1). Активный элемент (рис.1) заключен в цилиндрический баллон и имеет холодный катод, расположенный параллельно основному разрядному промежутку. Анодом является молибденовый цилиндр, установленный соосно основному разрядному промежутку. В штатном рабочем режиме лазера значения температуры обоих концов трубки элемента, не соприкасающихся с разрядом, примерно одинаковые. Это обусловлено естественным воздушным охлаждением. Но конец, расположенный ближе к катодному баллону, нагрет на несколько градусов выше. Максимум функции распределения температуры расположен примерно в геометрическом центре трубки (рис.2). Принудительное охлаждение одного из концов трубки приводило соответственно к снижению температуры и в других точках для всех значений тока разряда.
Конечно, сразу напрашивается гипотеза о влиянии теплопроводности стекла на распределение температуры. С целью проверки гипотезы было решено уравнение теплопроводности. Активный элемент газового лазера рассматривался как неограниченный цилиндр. Практически цилиндр можно считать неограниченным, если его длина значительно больше радиуса его основания, что справедливо для газового лазера. В результате численных экспериментов было установлено, что в He-Ne лазерах длиной около метра, как и ожидалось, появления в центре элемента максимума температуры не наблюдается. В работе [7] показано, что конусообразная трубка в He-Ne лазере обеспечивает мощность излучения в 1,8 раз больше, чем цилиндрическая конструкция. Использование температурных эффектов дополнительно поможет увеличению мощности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Привалов В.Е. – Известия ВУЗов. Физика. 2013, т. 56, № 2/2, с.246.
2. Привалов В.Е., Золотов С.А. – Оптический журнал, 2014, т.83, № 3, с.20–22.
3. Белоусова И.М., Данилов О.Б., Киселев В.М. – ЖТФ 1968, т.38, №3, с.493.
4. Белоусова И.М., Данилов О.Б., Елькина И.А., Киселев В.М. – Оптика и спектроскопия, 1969, т.26, №1, с.779.
5. Орлов Л.Н. Тепловые эффекты в активных средах газовых лазеров. – Минск: Навука i тэхнiка, 1991.
6. Привалов В.Е. Газоразрядные лазеры в измерительных комплексах. – Ленинград: Судостроение, 1989.
7. Черниговский В.В., Федотов А.А. – Известия ЛЭТИ, 1974, вып.140, с.75–77.
Отзывы читателей
