Что такое освещение накачки

освещение накачки

3.10 освещение накачки: Время освещения поверхности элементов ФЭС, необходимое для возбуждения фотолюминесцентного свечения.

Смотреть что такое «освещение накачки» в других словарях:

ГОСТ Р 12.2.143-2009: Система стандартов безопасности труда. Системы фотолюминесцентные эвакуационные. Требования и методы контроля — Терминология ГОСТ Р 12.2.143 2009: Система стандартов безопасности труда. Системы фотолюминесцентные эвакуационные. Требования и методы контроля оригинал документа: 3.1 аварийный выход: Дверь, люк или иной выход, которые ведут на путь эвакуации,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЛАЗЕР — лазер на основе полупроводникового кристалла. В отличие от лазеров др. типов, в П. л. используются излучательные квант. переходы между разрешёнными энергетич. зонами, а не дискр. уровнями энергии (см. ПОЛУПРОВОДНИКИ). В полупроводниковой активной … Физическая энциклопедия

ЛАЗЕР — (оптический квантовый генератор), устройство, генерирующее когерентные эл. магн. волны за счёт вынужденного испускания или вынужденного рассеяния света активной средой, находящейся в оптич. резонаторе. Слово «Л.» аббревиатура слов англ. выражения … Физическая энциклопедия

ЛАЗЕР — квантовый генератор, источник мощного оптического излучения (laser аббревиатура выражения light amplification by stimulated emission of radiation усиление света вынужденным излучением). Принцип действия лазера тот же, что и у ранее созданного… … Энциклопедия Кольера

Туннельная эмиссия — (автоэлектронная, холодная, электростатическая, полевая) испускание электронов твёрдыми и жидкими проводниками под действием внешнего электрического поля Е высокой напряжённости (Е Туннельная эмиссия 107 в/см). Т. э. была обнаружена в… … Большая советская энциклопедия

Франция — (France) Французская Республика (République Française). I. Общие сведения Ф. государство в Западной Европе. На С. территория Ф. омывается Северным морем, проливами Па де Кале и Ла Манш, на З. Бискайским заливом… … Большая советская энциклопедия

Безэлектродная лампа — Устройство лампы. Безэлектродная лампа осветительный прибор, принцип действия которого основан на газовом разряде в высокочастотном электромагнитном поле. Отсутствие нитей накаливания или … Википедия

Ипотечный кризис в США (2007) — Ипотечный кризис в США (англ. subprime mortgage crisis) финансово экономический кризис, характерными проявлениями которого стали увеличение количества невыплат по ипотечным кредитам с высоким уровнем риска, учащение случаев отчуждения… … Википедия

Источник

Что такое освещение накачки

В случае оптической накачки свет от мощной некогерентной лампы с помощью соответствующей оптической системы передается активной среде. На рис. 3.1 представлены три наиболее употребительные схемы накачки. Во всех трех случаях активная среда имеет вид цилиндрического стержня, как это обычно встречается на практике. Его диаметр может быть от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, а длина — от нескольких сантиметров до нескольких десятков сантиметров. Лазер, очевидно, может работать в импульсном или в непрерывном режиме, в зависимости от того, является ли лампа накачки импульсной (лампа-вспышка) или непрерывной.

Рис. 3.1, Наиболее широко используемые системы оптической накачки.

Изображенная на рис. 3.1, а лампа имеет форму спирали; при этом свет попадает в активную среду либо непосредственно, либо после отражения от зеркальной цилиндрической поверхности (указанной на рисунке цифрой 1). Такая конфигурация использовалась при создании первого рубинового лазера и до сих пор иногда применяется для импульсных лазеров. На рис. 3.2, б лампа имеет форму цилиндра (линейная лампа), радиус и длина которого приблизительно те же, что и у активного стержня. Лампа размещается вдоль одной из фокальных осей зеркально отражающего эллиптического цилиндра (отмеченного на рис. 3.1, б цифрой 1), а лазерный стержень располагаются вдоль другой фокальной оси Хорошо известное свойство эллипса состоит в том, что луч выходящий из первого фокуса проходит после отражения от эллиптической поверхности через второй фокус Это означает, что большая часть света, излучаемого лампой, благодаря отражению от эллиптического цилиндра попадает в лазерный стержень. На рис. 3.1, в изображен пример так называемой конфигурации с плотной упаковкой. Лазерный стержень и линейная лампа располагаются как

можно ближе друг к другу и плотно окружаются цилиндрическим отражателем (указан на рис. цифрой 1). Эффективность конфигурации с плотной упаковкой обычно ненамного ниже, чем в случае эллиптического цилиндра. Заметим, что часто вместо зеркально отражающих рефлекторов в схемах на рис. 3.1, а и в применяют цилиндры, изготовленные из диффузно отражающих материалов (таких, как спрессованные порошки или или белая керамика). Заметим также, что применяются и сложные типы осветителей, в конструкции которых использованы более чем один эллиптический цилиндр или несколько ламп в конфигурации с плотной упаковкой. На рис. 3.2 представлены два возможных примера такой конфигурации. Осветители с несколькими лампами дают более низкий КПД, чем соответствующие конфигурации с одной лампой, показанные на рис. 3.1, б и в. Тем не менее их нередко применяют в системах высокой мощности (или высокой энергии). В импульсных лазерах используют ксеноновые или криптоновые импульсные лампы при давлениях или от среднего до высокого значений (450—1500 мм рт. ст.). Световой импульс в этом случае создается разрядом через лампу электрической энергии, запасенной в батарее конденсаторов (заряженной соответствующим источником питания; рис. 3.3.). В электрическом контуре для уменьшения времени нарастания тока часто используется последовательно включенная катушка индуктивности. Разряд может возбуждаться при ионизации газа, заполняющего лампу, путем подачи высоковольтного импульса поджига на вспомогательный электрод вокруг лампы (параллельный поджиг; см. рис. 3.3,а). В другом способе предварительная ионизация может быть создана с помощью высоковольтного импульса, приложенного непосредственно к двум основным электродам лампы (последовательный поджиг; см. рис. 3.3, б). Как только газ в лампе ионизован, происходит интенсивная вспышка света, длительность которой определяется емкостью и индуктивностью контура, а также импедансом лампы (обычно длительность вспышки варьируется от нескольких микросекунд до нескольких миллисекунд).

Рис. 3.2. Схемы накачки с двумя лампами. а — двухэллипсная конфигурация; б — конфигурация с плотной упаковкой.

В непрерывных лазерах наиболее часто применяют криптоновые лампы высокого давления (1—8 атм) или вольфрам-иодные лампы. Питание постоянным током осуществляется от источника через подходящее балластное сопротивление (рис. 3.4).

Рис. 3.3. Электрическое возбуждение импульсной лампы с использованием внешней системы поджига (а) и системы с последовательным включением поджига (б).

В этом случае для создания необходимой начальной степени ионизации к схеме должен быть подведен электрический импульс поджига, как правило, от последовательно включенного поджигающего устройства.

Рис. 3.4. Электрическое возбуждение непрерывной лампы.

Для того чтобы лучше почувствовать условия, которые имеют место на практике, приведем на рис. 3.5, а два спектра излучения ксеноновой импульсной лампы накачки, работающей при типичных плотностях тока, а на рис. 3.5, б представим спектры поглощения ионов в кристалле и ионов в кристалле (александрите). В обоих случаях это примесь, присутствующая в кристаллической матрице как трехвалентный ион, который поглощает падающий свет и который играт роль активного элемента. Для сравнения приведем на рис. 3.6 спектр излучения

непрерывной криптоновой лампы с плотностью тока (типичная рабочая плотность тока криптоновой лампы несколько выше, а именно .

Рис. 3.5. (см. скан) а — спектр испускания ксеионовой импульсной лампы при давлении 500 мм рт. ст.; б — сечеиие поглощения иона кристалле (сплошные кривые) и иоиа в александрите (штриховые кривые). На рис. 3.5, б левая шкала относится к кристаллу Nd:YAG и правая — к александриту. В случае александрита выбрано среднее из трех измеренных значений для поляризаций вдоль главных оптических осей а, Ь и с.

Заметим, что в непрерывной лампе, в которой плотность тока существенно ниже, излучение сконцентрировано в линиях криптона, сильно уширенных вследствие высокого давления газа. В импульсной лампе плотность тока значительно выше, поэтому в ее спектр

входит еще и широкая непрерывная компонента, обусловленная рекомбинационным излучением (рекомбинация ионов и электронов), а также тормозным излучением электронов, которые рассеиваются ионами при столкновениях. Таким образом, считается, что непрерывная составляющая пропорциональна произведению в то время как интенсивность линий излучения пропорциональна где плотности соответственно электронов и ионов в разряде.

Рис. 3.6. Спектр испускания непрерывной дуговой криптоновой лампы (внутренний диаметр 6 мм, длина дуги 50 мм, давление газа 4 атм, входная мощность

Поскольку в нейтральном разряде то в первом приближении непрерывная компонента спектра пропорциональна в то время как линейчатый спектр пропорционален Из сравнения рис. 3.5, б с рис. 3.5, а и 3.6 следует, что относительно широкие спектры ионов как так и позволяют достаточно полно использовать свет, испускаемый импульсной лампой, а также, как в случае кристалла и свет от непрерывной лампы. Заметим, что спектр поглощения редкоземельного элемента вроде меняется незначительно от матрицы к матрице, поскольку при таком поглощении происходят электронные переходы между внутренними оболочками атома. Поэтому спектр кристалла можно рассматривать как типичный пример спектров других материалов, легированных неодимом, например широко используемое стекло с неодимом (ионы в стеклянной матрице). В случае когда используются примесные ионы переходных металлов, такие, как ионы где спектр определяется переходами внешних электронов, материал матрицы оказывает большее влияние на спектр. Однако спектр александрита похож на спектр рубина в кристалле

материала, который с самого начала развития лазеров играет важную роль и до сих пор широко используется. Заметим также, что спектр поглощения другого материала, а именно оба иона присутствуют в качестве примеси в кристалле причем играет роль активного иона), который становится все популярнее, более или менее соответствует суперпозиции спектров кристаллов Nd : YAG и александрита (скорректированных с учетом относительных концентраций обоих ионов в кристалле),

Источник

Лампы Накачки. Часть 1

Лампы Накачки. Часть 1.

Введение

Дуговые и импульсные лампы, объем которых заполнен инертными газами криптоном и ксеноном широко используются в качестве источника оптической накачки твердотельных лазеров. В первом лазере на рубине, разработанном Мейманом в 1960 году, использовалась лампа, предназначенная для студийной фотографии. За прошедшие годы, производство ламп для накачки лазеров превратилось в отдельную отрасль, произведено множество исследований, получены выдающиеся результаты.

Материалы колбы

В настоящее время в качестве колбы используются следующие материалы:

· пайрекс (сверхпрочное стекло).

В свою очередь кварц делится на следующие типы:

Основным требования к выбору материала колбы – спектральное пропускание во всем диапазоне излучения лампы, способность не пропускать газовые частицы, способность выдерживать высокие температурные градиенты и механическая прочность.

Чистый кварц

Наиболее распрастраненный материал, выдерживает температуры до 600град Цельсия. Пропускание в широком спектре от 220нм. Основной недостаток кварца – изменение пропускания при больших мощностях, из-за присутствия центров окраски (ионы, примеси алюминия, Германия и редкоземельных металлов).

Легированный кварц

Спектр пропускания УФ излучения ламп может быть изменен добавлением различных примесей, обычно оксидов церия или титана. Отсечка УФ излучения увеличивает срок службы колбы, позволяет использовать лампы на открытом воздухе, где УФ излучение приводит образованию озона. Также фильтрация УФ спектра позволяет использовать лампы для накачкиNd:YAG кристаллов (УФ излучение вредит кристаллу, покрытию отражателя и герметизирующим силиконовым прокладкам). Кварц с добавлением оксида церия пропускает от 380нм. УФ излучение переизлучается колбой в видимом спектре из-за явления флуоресценции, что увеличивает эффективность накачки. Легированный кварц наиболее распрастраненный материал для изготовления ламп накачки лазеров. Кварц с добавлением оксида титана также отрезает УФ часть спектра, однако не флуоресцирует и сильно подвержен изменению пропускания из-за центров окраски. Такие лампы используются в основном в медицинском оборудовании.

Синтетический кварц

Синтетический кварц обладает наиболее выдающимися характеристиками, пропускает от 160нм, полностью исключены центры окраски, выдерживает высокие перепады температур. Наиболее дорогой материал.

Рис.1. Спектральные характеристики пропускания материалов колбы.

Толщина колбы

Обычно используются колбы с толщиной стенки 1мм, что является идеальным компромиссом между механической прочностью, доступностью, технологичностью и температурными свойствами материала. Если внутренний диаметр ламп более 12мм используют колбу толщиной 1.25-1.5мм. Толщины более 2.5мм, 3мм нежелательны для использования, т. к. температурные градиенты приводят к растрескиванию материала. Для криптоновых ламп характерны большие средние мощности и низкие пиковые мощности, поэтому для снижения температурных градиентов желательно использование толщины кварца 0.5мм.

Как правило, производят лампы с внутренними диаметрами от 2мм до 12мм с шагом 1мм. По спецзаказу возможны промежуточные значения, но это приводит к существенному удорожанию. Точности диаметров обычно 0.3мм. Для внутренних диаметров 2-4мм точности могут быть существенно увеличены, что очень положительно сказывается на повторяемости параметров лампы, особенно импеданса.

Лампы Накачки. Часть 2.

Продолжение цикла статей об устройстве и использовании ламп накачки лазеров. В данной статье рассотрены способы герметизации лампы и принципы выбора материала и формы электродов

Герметизация лампы

Сборка электродов и кварцевая трубка должны иметь надежную герметизацию, удерживая внутри лампы газ или вакуум. В производстве дуговых и импульсных ламп обычно используется 3 способа герметизации: ленточный способ, паянное соединение и ступенчатый способ.

В ленточном способе кварц непосредственно обжимает тонкую полоску молибденовой фольги. Тонкая фольга позволяет избежать образования трещин из-за различия в температурных коэффициентах расширения между кварцев и молибденом. При таком способе герметизации соединение получается жестким с минимальной зоной «мертвого объема», наилучшими температурными характеристиками. Однако тонкая фольга не позволяет пропускать большие токи, поэтому такие лампы не могут быть использованы в приложениях высокой и средней мощности.

Рис. 2. Ленточный способ герметизации.

Способ герметизации пайкой позволяет соединить кварцевую колбу с манжетой из инвара, т. е. сплава, обладающего очень малым коэффициентов температурного расширения с помощью паянного индием соединения. Лампы с такой герметизацией также обладают малой зоной «мертвого объема», помимо этого способны пропускать очень большие пиковые токи. Недостаток данного метода – низкая технологичность, низкая температура плавления индий не позволяет надлежащим образом выполнить все требуемые производственные вакуумные высокотемпературные операции. В процессе эксплуатации также не допускается превышение температуры 1000 С, что не позволяет использовать лампы в приложениях с высокими энергиями.

Рис. 3. Герметизация пайкой.

В ступенчатом способе, кварцевая колба расплавляется и обжимает декапированные электроды, изготовленные из вольфрама. Данный способ очень технологичен и позволяет получить отличные температурные свойства лампы. Однако обладает наибольшим значением зоны «мертвого объема». Возможен краткосрочный нагрев до 6000 C, однако при продолжительных периодах работы в высокотемпературных условиях – не более 3000 C. При температурах более 3000 Cпроисходит оксидирование вольфрама (образуется ржавчина), что приводит к разгерметизации лампы.

Рис. 4. Ступенчатая герметизация.

Электроды

Наиболее важный компонент в дуговой или импульсной лампе – катод. Следует очень тщательно подходить к выбору материалов для электродов. Анод бомбардируется электронами дуги, катод же должен обеспечивать мощность потока электронов без повреждения напыление на поверхности.

Катод обычно изготовляют из вольфрама, имеющего пористую матричную структуру. Поры заполняются сплавом на основе бария. Технология изготовления катода, как правило, является интеллектуальной собственностью компании производителя. При неправильном проектировании катода дуга распыляет большое количество материала, что значительно снижает ресурс лампы.

Основные критерии проектирования и производства анода – масса и площадь поверхности, достаточные для выдерживания мощных нагрузок. Аноды обычно изготавливаются из чистого вольфрама или вольфрама с добавление лантана, что улучшает возможность механической обработки.

Рис. 5. Форма катода дугой лампы. Рис. 6. Форма катода импульсной лампы.

Форма электродов лампы накачки лазеров определяется условиями работы, электроды импульсной лампы и дуговой отличается. В случае дуговой лампы катод выполнен в виде конуса, что преследует выполнение двух целей, удаление крайней точки электрода от внутренней поверхности колбы (снижение температурных нагрузок на колбу) создание достаточной температуры для обеспечения термоэлектронной эмиссии. Катод импульсной лампы выполнен в виде сферы со сплющенным концом. Такая форма электрода позволяет избежать образования горячих точек, которые увеличивают распыление материала катода. Пиковые токи импульсных ламп могут достигать 1000А, ток дуговых ламп обычно в пределах 15-40А, значения токов – определяющие параметры условий работы ламп, от которых зависит форма электродов.

Средняя мощность также определяет конфигурацию электрода. При малых мощностях электрод нагревается совсем немного, поэтому электрод имеет малые габариты. При больших же средних мощностях температура очень высока, электрод имеет значительные габариты, чтобы облегчить отвод тепла. Это достигается обжатием кварцевой колбы (площадь которой, как правило, имеет принудительно охлаждение) вокруг электродов.

Если при производстве была обеспечена должная герметизация лампы, во время работы не важно, как сильно нагревается анод. Однако перегрев катода приводит к значительному снижению ресурса лампы.

Лампы Накачки. Часть 3.

Третья часть цикла статей о лампах накачки твердотельных лазеров. На этот раз рассмотрены вопросы охлаждения ламп, типы газовов, использумых для наполнения колбы, понятия «мертвая зона» и импеданс. В следующей статье будут рассмотрены физические принципы свечения лампы сверхвысокого давления и их спектры излучения ксеноновых и криптоных ламп.

Охлаждение

При малых мощностях и низких частотах повторения достаточно естественного охлаждения лампы. В противном случае используется принудительно воздушное или водяное охлаждение. В мощных лазерах обычно применяется водяное охлаждение с потоком порядка 4-10 л/мин.

Материал колбы характеризуется предельно допустимым потоком мощности, выражаемым в Вт/см2. Это значение, а также рабочие мощности и частоты, определяют требуемый вид охлаждения. При водяном охлаждении предпочтительно деионизированная вода. Обычная вода, обладает высокой проводимостью и может привести к КЗ электрической цепи лампы, также приводит к разрушению контактов лампы из-за электролиза. Сопротивление воды должно быть 200кОм или больше. Допускается контакт с охлаждаемой водой только нержавеющей стали и пластиков.

При принудительном воздушном охлаждении поток воздуха должен проходить пылеулавливающий фильтр и обдувать лампу целиком, включая контакты.

Для определения требуемого типа охлаждения, необходимо разделить значение подводимой средней мощности на значение внутренней поверхности колбы, ограниченной длиной дуги. Результат в Вт/см2 определяет тип охлаждения:

· 0-15 Вт/см2 – конвекционное воздушное;

· 15-30 Вт/см2 – принудительное воздушное, либо водяное при использовании отражателя;

· 30-320 Вт/см2 – принудительное водяное. Указанные значения представлены для ламп с ксеноновым наполнением.

Из-за более высоких внутренних температур значения повышаются на 10% для ламп с заполнением криптоном. Значения предельных плотностей мощности для различных материалов колбы:

· 160 Вт/см2 – легированный кварц, толщина 1мм;

· 200 Вт/см2 – чистый кварц, толщина 1мм;

· 240 Вт/см2 – синтетический кварц, толщина 1мм;

· 320 Вт/см2 – синтетический кварц, толщина 0,5мм.

Неправильное охлаждение приводит к ненадежному функционированию и значительному снижению сроку службы лампы.

Используемые газы и их давление

Для дуговых ламп чаше всего используется криптон, а для импульсных – ксенон. Ксенон обладает большей эффективностью преобразования электрической энергии в оптическую, особенно в импульсных режимах. Однако криптон обладает спектральной характеристикой лучше падающей в спектр поглощения граната. Существуют импульсные криптоновые лампы, применяющиеся в приложениях с небольшими средними мощностями.

Обычно, чем выше давление газа внутри колбы, тем выше эффективность накачки. Для импульсных ламп наибольшее практически применяемое давление – 3000торр. При больших значениях очень тяжело поджечь лампу. Большие давления (>760торр) используются в малогабаритных лампах (диаметром 3-5мм), работающих в ограниченных режимах. Давление влияет на электрические параметры лампы – напряжение пробоя, импеданс. Снижая давление, снижается напряжения пробоя лампы, однако при давлении меньше 100торр, рассеяние материала катода становится очень сильным. Типичные значения давления:

· импульсные ксеноновые общего назначения – 450торр;

· дуговые криптоновые – 4 атм.; импульсные криптоновые – 700торр;

· малогабаритные импульсные ксеноновые – 1-3 атм.

«Мертвая зона»

Данное понятие определяет пространство лампы, не участвующее в преобразовании электрической Давление внутри лампы возрастает пропорционально плотности тока. Давление в лампах с большой «мертвой зоной» будет меньше, чем в лампах с малой. Чем выше давление, тем выше эффективность лампы, таким образом, КПД ламп с малой «мертвой зоной» выше. «Мертва зона» захватывает пространство, занимаемое электродом, при проектировании высокомощных лап приходится идти на компромисс между охлаждением катода и уменьшением «мертвой зоны».

Импеданс – К0

Существует множество способов выразить импеданс лампы К0, наиболее распространенный – Ом/А0.5. К0 зависит от геометрии лампы, давления, типа инертного газа, «мертвой зоны».

В рабочих условиях импеданс лампы с большой «мертвой зоной» при равной длине дуги, внутреннем диаметре и давлении, меньше, так как рабочее давление такой лампы выше. Теоретический расчет импеданса учитывает только значение тока дуги, а на практике зависит от множества прочих параметров, например от объема «мертвой зоны», как описано выше. Значение К0 обратно пропорционально внутреннему диаметру, прямо пропорционально длине дуги, является слабой функций внутреннего давления. Разница в импедансе двух одинаковых ламп с разным наполнением всего 12% при одинаковом давлении. Однако, чтобы получить одинаковый импеданс для криптоновой лампы из ксеноновой, требуется увеличение давления криптона на 70% по сравнению с ксеноном. Ниже будут даны приближенные формулы для вычисления импеданса по известным геометрическим параметрам лампы. Точно определить импеданс лампы можно только экспериментально.

Лампы Накачки. Часть 4.

Четвертая часть монументального труда о лампах накачки твердотельных лазеров. На этот раз освещаются вопросы: физика плазмы в лампе и спектры криптоновых и ксеноновых ламп, общая информация о поджиге.

Физика свечения плазмы

Рис. 7. Динамика плазмы. — потенциал «темной зоны» катода 5-15В, — толщина «темной зоны» десятки мкм, — потенциал «темной зоны» катода, — количество нейтральных атомов, — количество электронов, — количество ионизированных атомов ксенона или криптона.

Так как электроны обладают гораздо большей подвижностью, чем положительно заряженные ионы Xe и Kr, они располагаются около внутренней стенки колбы, делая ее отрицательно заряженной. Электромагнитное поле притягивает положительно заряженные ионы к внутренней стенке колбы, где происходит электрон-ионная рекомбинация, что приводит к образованию большого количества нейтрально заряженных атомов Xe и Kr. Эти атомы имеют гораздо меньшую температуру чем, заряженные частицы и образуют термальный буферный слой между плазмой дуги и колбой.

В плазме дуги одновременно присутствуют 3 типа частиц: электроны, ионы, нейтральные атомы. Концентрация ионизированных атомов меньше 1%, именно они испускают оптическое излучение. Ионы движутся от анода к катоду, электроны наоборот.

Крайне близко к поверхности катода прилегает тонкая область ионного тока называемая «темной зоной». Она заполнена ионами, создающими электрическое поле с напряжением 5-15В (мембранное напряжение), которое ускоряет ионы, подлетающие к поверхности катода. Высоко заряженные частицы в этом поле разгоняются до скоростей, достаточных чтобы нанести катоду механические повреждение. Данное явление основным неустранимым фактором, определяющим срок жизни лампы.

Полное падение напряжение на работающей лампе равно сумме падений на аноде и катоде, анодное и катодное мембранное напряжение и напряжение плазмы.

Спектральные характеристики

Дуговые и импульсные лампы излучают в широком спектре. Материалом колбы блокирует УФ 160-381нм и ИК после 2.5мкм. Излучение лампы сильно зависит от плотности тока и гораздо меньше от типа газа и давления (исключение – ртутные и галогенные лампы). При низких плотностях мощности тока преобладает атомарные линии излучения, соответствующие связанно-связанным переходам. При более высоких плотностях мощности преобладает непрерывный спектр, соответствующий свободно-связанным и свободно-свободным переходам. Узкие линии также наблюдаются, однако они являются небольшими отклонениями от непрерывного спектра. При высоких плотностях тока спектр совпадает со спектром АЧТ при температуре 95000С.

Рис. 8. Спектр поглощения алюмоиттриевого граната легированного неодимом (Nd+3:YAG)

Рис. 9. Спектр излучения криптона при различных плотностях тока в плазме.

Рис. 10. Спектр излучения ксенона при различных плотностях тока в плазме.

Из приведенных спектральных характеристик (рис. 8-10) следует что при малых плотностях тока эффективнее использовать криптон в качестве наполнителя для ламп накачки твердотельных лазеров, так как его линии гораздо лучше попадают в спектр поглощения активной среды. Однако при больших плотностях тока лучше использовать ксенон, так как он обладает лучшей эффективностью преобразования электрической энергии в оптическую. Для криптона преобразование подводимой электрической энергии в оптическую в диапазоне 200-1100нм около 50%. Эффективность увеличивается с увеличением плотности тока и давления. Эффективность ксенона выше на 10% по сравнению с криптоном.

Поджиг

Обычно напряжение импульса разряда через лампу меньше значения напряжения самопробоя. Поэтому перед подачей разрядного импульса, на лампу подается высоковольтный (20-30кВ) кратковременный импульс поджига. Как и прочие газовые приборы лампы обладают очень высоким сопротивлением в непроводящем состоянии. Чтобы привести лампу в проводящее состояние нужно сформировать искру между электродами (обычно в радиальном направлении, либо в направлении дуги в случае использования симмера) с помощью высоковольтного импульса. Для импульсных ламп при отсутствии симмера поджиг необходимо производить перед каждым импульсом разряда, для дуговой же лампы только в начале работы.

Процесс поджига состоит из нескольких стадий. Сначала формируется искра между электродом и внутренней стенкой колбы. Искра из-за емкостного эффекта распространяется по колбе к другому электроду. Если падение напряжение между электродами от искры меньше падения напряжения на разрядной емкости, то лампа переходит в проводящее состояние.

Не зависимо от метода поджига процесс требует наличия разности потенциалов на опорной плоскости или рядом с поверхностью лампы. Без этой разницы напряжения невозможен надежный поджиг. Для обеспечения надежного поджига следует заземлять металлический корпус квантрона в приложениях с водяным охлаждением (последовательный поджиг). При воздушном охлаждении вокруг лампы наматывают никелевый провод один конец которого соединяют с одним из электродов (внешним поджиг).

Сложно точно рассчитать требуемые параметры импульса поджига. Следует учитывать не только напряжение импульса, но и его длительность. Если длительность будет недостаточной, то поджиг не произойдет даже при очень большом приложенном напряжении. Обычно достаточно 60нс. Напряжение поджига очень сильно разнится даже для ламп одной серии. Обычно достаточно напряжения на 60% выше напряжения самопробоя лампы.

Лампы Накачки. Часть 5.

Пятая часть мануала по лампам. На этот раз весьма объемная информация о блоках питания ламп накачки лазеров, способах поджига, управление мощностью и т. д. Рассматриваются способы включения импульсных ламп при различных условиях эксплуатации, а также дуговых ламп. Описываются принципы применения симмера, способы организации обратной связи, ШИМ-модуляции. Для понимания материала требуется умение читать принципиальные электротехнические и электронные схемы, а также понимание аналоговой электроники.

Типы поджига

Поджиг газоразрядной лампы может быть произведен 3 способами:

· Последовательный поджиг, когда высоковольтный импульс подается элементом электрической цепи подключенным последовательно импульсной или дуговой лампе. Наиболее распространен в промышленном применении твердотельных лазеров.

· Параллельный поджиг, когда высоковольтный импульс подается элементом электрической цепи подключенным параллельно импульсной или дуговой лампе. Практически не используется из-за дороговизны компонентов электрической схемы.

· Внешний поджиг, когда высоковольтный импульс подается элементом гальванически развязанным с цепью питания лампы.

Рис. 11. Схема последовательного поджига лампы.

Рис. 12. Схема параллельного поджига лампы

Рис. 13. Схема внешнего поджига лампы.

Для правильного поджига следует соблюдать полярности напряжения поджига и напряжения емкости:

Источник