​Исследователи из Института сильноточной электроники Сибирского отделения РАН, Томского государственного университета, Томского политехнического университета и Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники разработали новую модель для изучения накачки азотной рабочей среды для лазеров с наносекундными импульсами.

Согласно ей, при особо тонких электродах и специфическом способе накачки подобные лазеры могут работать с широким по составу спектром рабочих сред, в которых кроме азота будут и примеси других газов. Соответствующая статья опубликована в Optics Communications.

Газовые лазеры с различными рабочими средами продолжают оставаться весьма интересной темой для научных групп по всему миру, так как спектр излучения разных газовых сред может сильно отличаться от других лазеров, что позволяет эффективнее использовать их для абляции или обработки поверхностей различных материалов. В теории, газовые лазеры позволяют сравнительно легко менять длину излучаемой волны, за счет небольшого изменения химического состава рабочей среды. Но на деле все куда сложнее - обычно изменение ее состава ведет к тому, что прежние методы накачки не могут эффективно работать. Например, для молекулярного азота большинство схем накачки дает слишком низкий КПД. Однако в ряде публикаций последних лет было заявлено о достижении КПД вплоть до одного процента. При этом азот - крайне дешевая рабочая среда для лазеров, и подобная эффективность сделала бы их широко применимыми в самых разных отраслях промышленности.

Авторы новой работы провели моделирование процесса накачки азотной рабочей среды лазера при помощи быстрого диффузного разряда. Его формируют так называемые убегающие электроны, вырабатываемыми в зазорах между длинными электродами, сделанными на базе фрагментов стальных лезвий.

На основании моделирования выяснилось, что оптимальным методом накачки для азотной среды будет использование убегающих электронов, поступающих в газовую среду с длинных и тонких электродов. Максимальная эффективность для азотных лазеров достигается при добавлении в азот сравнительно дешевого и химически стабильного элегаза - в этом случае КПД азотного лазера можно поднять до 0,2 процентов. При этом излучение подобного газового лазера будет иметь два пика - в районе длин волн в 337 и 357 нанометров (ультрафиолетовый диапазон). Добавление в газовую смесь гелия дополнительно повышает КПД до 0,23 процентов, при этом в зависимости от концентрации гелия пики ультрафиолетового излучения лазера также слегка смещаются в область чуть более коротких длин волн. Заявленные в ряде более ранних экспериментальных работ уровни КПД до 1,0 процента в модели подтверждения не нашли.

Эксперименты, проведенные авторами, показали корректность их модели - КПД в них было получено соответствующее расчетам, а максимальную эффективность действительно показали электроды из лезвий, работающие в смеси азота с элегазом и гелием. Достичь указанных выше результатов КПД в один процент в экспериментах также не удалось - по всей видимости, более ранние работы не являются воспроизводимыми.

Похожие новости

  • 01/03/2018

    Томские физики создали миниатюрные голубые струи и красные спрайты

    ​Сотрудники Института сильноточной электроники СО РАН описали открытое и воспроизведенное ими в лабораторных условиях явление апокампа — формирование голубых и красных струй плазмы, возникающих на изгибе канала импульсно-периодического электрического разряда в различных газах.
    427
  • 12/04/2016

    В ИСЭ СО РАН разрабатывают систему диагностики бортовой аппаратуры

    ​В 2015 году на орбите отказали несколько спутников российского производства, принадлежащих другим странам: EgyptSat 2, AMOS 5,  при запуске был утрачен «Канопус-СТ». Важнейшая задача, стоящая перед разработчиками — поиск путей предотвращения преждевременных поломок и увеличение срока службы космических аппаратов.
    1146
  • 30/11/2016

    Ученые ТПУ и СО РАН создают модифицированные металлы для строительства космических аппаратов

    ​Ученые Томского политехнического университета и Института сильноточной электроники СО РАН разработали метод нанесения на металлы износостойких покрытий с их последующим вплавлением в подложку. Такие модифицированные материалы, благодаря сочетанию легкости, коррозийной стойкости и прочности, могут использоваться в машиностроении, авиа- и космостроении.
    1530
  • 25/09/2018

    Ученые ИФПМ СО РАН раскрывают потенциал высокоэнтропийных сплавов

    ​Молодые сотрудники ИФПМ СО РАН участвуют в реализации научного проекта «Роль стехиометрического состава и внутренней структуры в формировании свойств и зарождении пластической деформации в высокоэнтропийных сплавах CoCrFeMnNi» при финансовой поддержке Российского научного фонда, грант № 17-79-10108.
    214
  • 26/06/2017

    Как ракушка помогла материаловедам

    ​​Морская раковина - удивительно красивое творение природы. Все знают, что если прислонить ее к уху, то услышишь шум прибоя, вспомнишь о мягком песке, теплых летних днях. Но, оказывается, это еще и эталон, достичь которого стремятся ученые-материаловеды из разных стран, работающие над созданием материалов нового поколения! В течение 11 лет Томский ​научный центр Сибирского отделения РАН занимается созданием многослойных металло-интерметаллидных композиционных материалов и моделированием процессов их разрушения.
    814
  • 13/01/2017

    Вышла в свет книга «Создатели российских лазеров»

    ​​Осенью 2016 года Издательский дом «Столичная энциклопедия» выпустил в свет книгу «Создатели российских лазеров». Книга посвящена истории создания, испытаний и промышленного производства отечественных лазеров.
    1613
  • 25/09/2018

    В Томске пройдет серия научно-популярных событий Science&Technology Dive

    На форуме новых решений U-NOVUS 13 октября в научных лабораториях и центрах Томска пройдет серия научно-популярных событий Science&Technology Dive. В акции примут участие 29 площадок томских университетов и НИИ.
    275
  • 28/07/2017

    Нестоличная наука: новгородские викинги, миниатюрный лазер и нейросеть-кардиолог

    ​​Робот-разведчик, древняя птица, рентгеновская линза и другие открытия и разработки российских ученых, сделанные вне Москвы и Санкт-Петербурга. Великий Новгород Уникальное кладбище X-XI веков обнаружила экспедиция Института археологии РАН при раскопках в центре Новгорода.
    762
  • 14/02/2017

    Томский ученый Илья Романченко - о физике и разработках

    ​​​Томский физик Илья Романченко получил премию президента в области науки и инноваций для молодых ученых за 2016 год. В интервью РИА Томск он рассказал о том, как его работа может помочь в борьбе против раковых клеток и террористов, почему в физике недостаточно просто выучить формулы, а также на что он собирается потратить 2,5 миллиона рублей.
    2646
  • 07/05/2018

    Томские ученые разрабатывают материал для производства имплантатов

    ​Ученые томского Института физики прочности и материаловедения СО РАН работают над получением биоинертных сплавов с низким модулем упругости для производства медицинских имплантатов. Сегодня самый распространенный материал для имплантатов - технически чистый титан, модуль упругости которого составляет около 120 гигапаскалей.
    394