к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Газодинамический лазер

Газодинамический лазер - газовый лазер ,в к-ром инверсия населенностей создаётся в системе колебат. уровней энергии молекул газа путём адиабатич. охлаждения нагретых газовых масс, движущихся со сверхзвуковой скоростью. Газодинамический лазер состоит из нагревателя, сверхзвукового сопла (или набора сопел, образующих т. н. сопловую решётку), оптического резонатора и диффузора (рис. 1). В нагревателе происходит тепловое возбуждение специально подобранной смеси газов (в результате сгорания топлива или подогрева с помощью электрич. разрядов и ударных волн). При течении газа в сверхзвуковом сопле смесь быстро охлаждается. Необходимая для возбуждения генерации инверсия населенностей энергетич. уровней рабочего компонента смеси достигается, если: 1) скорость опустошения (релаксации) ниж. уровня лазерного перехода в процессе расширения выше скорости релаксации верх. уровня; 2) время опустошения верх. уровня больше характерного т. н. газодинамич. времени (времени движения газа до резонатора). Если для определ. пары энергетич. уровней эти условия выполнены, то из-за сильной зависимости времён релаксации от температуры и плотности газа, начиная с нек-рого момента от начала расширения, быстрое падение населённости верх. уровня сменяется медленным, тогда как населённость нижнего продолжает уменьшаться с заметной скоростью. Часть избыточной энергии верх. уровня может быть трансформирована в резонаторе в энергию лазерного луча. Диффузор служит для торможения потока и повышения давления газа, к-рый выбрасывается в атмосферу.

1119920-6.jpg

Рис. 1. Схема газодинамического лазера: 1 - форкамера; 2 - критическое сечение сопла; 3 - оптический резонатор; 4 - диффузор; 5 - газовый тракт для подвода CO2 в случае "лазера с подмешиванием".

Активная среда

Указанным требованиям наиб. полно отвечают колебат. состояния молекул, обладающие большими временами жизни (по сравнению с электронными и вращательными уровнями). Процессы колебат. релаксации позволяют осуществить: полную инверсию колебат. уровней и т. н. частичную колебат--вращат. инверсию. В соответствии с этим "рабочими" частицами газодинамического лазера служат как многоатомные, так и двухатомные гетероядерные молекулы, имеющие, в отличие от гомоядерных молекул, разрешённые колебат--вращат. переходы.

Первым и наиб. распространённым является газодинамический лазер на полной колебат. инверсии между уровнями 0001 и 1000 (или 0200) молекулы CO2. Соответствующие длины волн генерации1119920-7.jpg=10,4-9,4 мкм (рис. 2). Уровень 0001 соответствует асимметрич. колебаниям молекулы CO2, уровни 1000 и 0200 - колебаниям деформационного и симметрического типов. Однако в чистом CO2 необходимое соотношение времён релаксации этих уровней не выполнено. Это соотношение сдвигается в нужную сторону при добавлении определ. кол-ва молекул H2, H2O, атомов Не и др. Их столкновения с молекулами CO2 опустошают нижние лазерные уровни (1000 и 0200) значительно быстрее, чем уровень 000I. Увеличение запаса колебат. энергии в охлаждённом газе достигается также введением в газовую смесь в форкамере донорного газа, молекулы к-рого релаксируют медленно и способны быстро передавать запасённую в них энергию на уровни, соответствующие асимметрич. колебаниям молекулы CO2. Роль донорного газа обычно выполняют возбуждённые молекулы N2, колебат. уровни к-рых близки к уровням молекулы CO2.

Газодинамический лазер на продуктах сгорания является простейшим газодинамическим лазером, имеющим практич. значение. В форкамере сжигается углеродсодержащее топливо в воздухе, горячие продукты сгорания пропускаются через сопловой аппарат и резонатор (рис. 1). В зависимости от используемого топлива и условий его сжигания давление р0, темп-pa T0 и хим. состав продуктов в форкамере меняются в широких пределах (р0=5-100 атм, T0= 1500-3000 К). Таким способом, как правило, не удаётся получить высокой эффективности. Газодинамический лазер на продуктах сгорания имеет низкий кпд (1119920-8.jpg1%). Это обусловлено тем, что только 7-10% от энергии сгорания идёт на возбуждение колебат. уровней молекулы CO2. Кроме того, из-за релаксац. потерь энергии в потоке, невысокого отношения энергии кванта лазерного излучения к энергии кванта, необходимого для возбуждения асимметрич. колебания молекулы CO2 (квантового кпд), и относительно небольшой эффективности резонатора не весь энергозапас может быть трансформирован в лазерное излучение. Реально в газодинамических лазерах на продуктах сгорания энергия, излучаемая на единицу массы сжигаемой смеси (уд. энергия излучения) 1119920-10.jpg20 кДж/кг, а показатель усиления 1119920-11.jpg0,5-1,0 M-1.

1119920-9.jpg

Рис. 2. Схема нижних колебательных уровней энергии молекулы CO2 (цифры- колебательные квантовые числа, степень - вырождение деформационного колебания).

Другие типы газодинамических лазеров

Один из путей повышения эффективности газодинамических лазеров состоит в снижении релаксац. потерь запасённой колебат. энергии. Из-за сравнительно высоких скоростей релаксации колебат. уровней молекулы CO2 практически вся теряемая средой энергия преобразуется в теплоту, причём это происходит в околокритич. части сопла, где высоки темп-pa и плотность газа. Отсутствие CO2 в этой части потока снижает до минимума потери энергии. Поэтому необходимое кол-во CO2 вводят в поток возбуждённого донорного газа в сверхзвуковую или околозвуковую часть сопла. При этом темп-pa вводимого CO2 может быть низкой (1119920-12.jpg200- 300 К). В таком варианте газодинамический лазер (газодинамический лазер "с подмешиванием") появляется дополнит. возможность повышения полного числа колебательно возбуждённых молекул за счёт нагревания донорного газа до более высоких температур Т0=4000-5000 К. Уд. энергия излучения достигает 50-100 кДж/кг, показатель усиления 3-5 м-1, полный кпд ~2-3%.

Эффективность газодинамического лазера повышается и в том случае, когда хотя бы часть запасённой энергии удаётся преобразовать в лазерное излучение с большим квантовым кпд. В случае CO2 эта возможность связана с т. н. каскадной генерацией одновременно на двух переходах 0001-1000(0200) и 1000(0200)-0l10. Последняя имеет квантовый кпд 71,6%. Условия для возникновения двухчастотной генерации более жёсткие, чем в одночастотном режиме. Они легче достигаются в газодинамическом лазере "с подмешиванием". По мере вывода каскадного излучения из резонатора внутр. энергия системы падает и условие двухчастотной генерации перестаёт выполняться. Оставшаяся в среде колебат. энергия (верх. переход) трансформируется в лазерное излучение следующим, расположенным ниже по потоку резонатором, настроенным на переходы 0001-1000(0200).

Газодинамический лазер на CO2 работают также на др. колебат. переходах, напр. на переходах 0310-1000, 0310-0220 и 0200-0l10 (1119920-13.jpg=18,4, 16,7 и 16,2 мкм). В этом случае необходимы замораживание как можно большей энергии в системе уровней деформац. и симметрич. колебаний молекулы и охлаждение газа до температур 1119920-14.jpg70- 100 К. Наилучшие результаты получены для смесей CO2 с Ar и Ne и сопловых аппаратов с большими степенями расширения. В качестве рабочего компонента в газодинамическом лазере используются и др. трёхатомные молекулы (N2O, COS, CS2).

Действие др. типа газодинамического лазера основано на инверсии в системе колебат--вращат. уровней в двухатомных гетероядерных молекулах (СО, HCl и др.). Инверсия возникает между вращат. подуровнями разл. возбуждённых колебат. уровней. Если это возбуждение мало, то вращат. подуровни, между к-рыми имеется инверсия, соответствуют очень большим значениям вращат. квантового числа, а потому имеют малую населённость. Это, в свою очередь, определяет малый показатель усиления, недостаточный для возбуждения генерации. Генерация возбуждается, если т. н. колебат. темп-pa Ткол (эфф. темп-pa, с к-рой заселены колебат. уровни) и темп-pa газа T находятся в соотношении1119920-15.jpg Наиб. высокое значение 1119920-16.jpg расширяющегося газа может быть сохранено в системе слабо релаксирующих уровней, напр. в системе уровней молекулы СО (1119920-17.jpg= 5 мкм). Необходимое охлаждение газа достигается в сопловых аппаратах с высокой степенью расширения.

Литература по газодинамическим лазерам

  1. Конюхов В. К., Прохоров A. M., Второе начало термодинамики и квантовые генераторы с тепловым возбуждением, "УФН", 1976, т. 119, с. 541;
  2. Лосев С. А., Газодинамические лазеры, M., 1977;
  3. Андерсон Д., Газодинамические лазеры: введение, пер. с англ., M., 1979;
  4. Бирюков А. С., Щеглов В. А., Газовые лазеры на каскадных переходах линейных трехатомных молекул, "Квантовая электроника", 1981, т. 8, с. 2371;
  5. Карлов H. В., Лекции по квантовой электронике, M., 1983.

А. С. Бирюков

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что, когда некоторые исследователи, пытающиеся примирить релятивизм и эфирную физику, говорят, например, о том, что космос состоит на 70% из "физического вакуума", а на 30% - из вещества и поля, то они впадают в фундаментальное логическое противоречие. Это противоречие заключается в следующем.

Вещество и поле не есть что-то отдельное от эфира, также как и человеческое тело не есть что-то отдельное от атомов и молекул его составляющих. Оно и есть эти атомы и молекулы, собранные в определенном порядке. Также и вещество не есть что-то отдельное от элементарных частиц, а оно состоит из них как базовой материи. Также и элементарные частицы состоят из частиц эфира как базовой материи нижнего уровня. Таким образом, всё, что есть во вселенной - это есть эфир. Эфира 100%. Из него состоят элементарные частицы, а из них всё остальное. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 01.10.2019 - 05:20: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 12:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Дэйвида Дюка - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 19:30: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 09:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 07:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Михаила Делягина - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 17:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Пешехонова - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 16:35: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 08:33: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 06:29: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:34: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:32: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> "Зенит"ы с "Протон"ами будут падать - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution