СО2- лазер. Вариант 2.
Развитие СО2- лазеров с поперечным возбуждением, работающих при повышенном давлении, началось с появлением в 1970 году лазера Бальо. Для получения стабильного гомогенного разряда по всей длине лазерной трубки использовались иголки, размещенные в ряд вдоль трубки и подключенные к блоку питания через резисторы.
Для возбуждения разряда в цилиндрическом объеме, который улучшает модовую структуру луча, отдельные искровые промежутки расположены спиралеобразно вдоль разрядной трубки ( лазер модели HELIX ). При использовании 100 пар резисторных игл и энергии накачки в 3 Дж Бальо получил луч, имеющий энергию 30 мДж, что соответствует КПД 1%..Расстояние между электродами составляло 2 см, а длина разрядной трубки 80 см. При таких параметрах требуются относительно высокоомные резисторы сопротивлением ~ 1 кОм для того, чтобы в большом объеме избежать перехода однородного разряда в отдельные искры. Разумеется, на резисторах теряется большая часть энергии, что уменьшает КПД лазера.
СО2-лазер, изготовленный по схеме Бальо
Позднее научились получать однородный объемный разряд при высоком давлении (~ 1 Бар ) посредством специальных способов предыонизации без применения снижающих КПД резисторов. По-крайней мере, в ТЕА СО2- лазерах уже не применяют стабилизирующие разряд резисторы. Несмотря на это, только лишь ради исторического интереса был изготовлен лазер модели HELIX.
Конструкция
В лазере использовались 100 проволочных резисторов сопротивлением 680 Ом, которые спиралью обвивались вокруг оргстеклянной трубки с внутренним диаметром 30 мм. Собственно электроды изготовлялись из винтов длиной 10 мм ( М3 ), которые вкручивались в трубку и герметизировались эпоксидной смолой, и таким образом, между отдельными электродами выставлялось расстояние 20 мм. Лазер накачивался разрядом на трубку банка конденсаторов, состоящим из 20 керамических конденсаторов ( 920 пФ х 40 кВ ), через неуправляемый самодельный искровой разрядник. Лазерную трубку завершают два дюралевых фланца, которые герметизируют трубку с обоих концов, а также являются держателями зеркал и служат для откачки воздуха из трубки и подачи в нее рабочей газовой смеси. Резонатор состоит из позолоченного 100%- зеркала и выходного зеркала, изготовленного из германиевой пластинки с позолоченным покрытием, центральная часть которого стерта для вывода излучения ( диаметр стертой области равен 3 мм ).
Схема СО2- лазера модели HELIX.
Для работы лазера была выбрана газовая смесь, состоящая примерно из одной части углекислого газа, одной части азота и десяти частей гелия при общем давлении ~100 мБар. Излучение лазера регистрировалось калиброванным пироэлектрическим детектором, подключенным к осциллографу. Первый запуск лазера разочаровал выходной энергией на уровне 4 мДж. Таким образом, при зарядном напряжении 25 кВ ( 5,75 Дж ) КПД лазера составил лишь 0,07%, что меньше ожидаемого 1%. Существенное улучшение работы лазера было достигнуто при использовании другого выходного зеркала. На место выходного зеркала была установлена отполированная до зеркального блеска германиевая пластинка, и выходная энергия луча составила 50 мДж, что дало КПД почти 1%.
Чтобы разряд в трубке лазера стал более заметным, лазерная трубка была обернута черной бумагой. После этого можно было ясно видеть разряд, светящийся в виде отдельных стримеров от электрода к электроду.
Разряд в трубке лазера
Трубка лазера обернута черной бумагой для улучшения визуализации разряда.
Пятно прожога на засвеченной фотопленке, полученное фокусировкой луча германиевой линзой, проявляет структуру мод лазерного луча.
Дальнейшие измерения параметров лазера ( длительность импульса, выходная мощность и т.д. ) в виду отсутствия соответствующей аппаратуры не проводились. Упомянутая выше энергоизмерительная головка с ее постоянной времени на уровне нескольких миллисекунд слишком инерционна для измерения импульсной мощности.