Исследование режимов работы источника питания CuBr-лазера с согласующим импульсным автотрансформатором
В процессе исследования проводились: обзор источников литературы, существующие аналоги и их применение схемах накачки лазера, разработка компьютерной модели схемы накачки с кабельным импульсным автотрансформатором, разработка макета кабельного импульсного автотрансформатора, апробация и доработка разработанного макета, анализ полученных данных, экспериментальные исследования влиянию давления буферного газа на характеристики импульса.
РЕФЕРАТ 6
ВВЕДЕНИЕ 13
ГЛАВА 1. ЛАЗЕРЫ НА ПАРАХ МЕТАЛЛОВ 15
1.1 Общие сведения о лазерах на самоограниченных переходах 15
1.2 Основные этапы развития лазеров на самоограниченных переходах 18
1.3 Основные этапы развития лазеров на парах меди 21
1.4 Традиционная схема накачки лазеров на парах металлов 23
ГЛАВА 2. КАБЕЛЬНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР 26
2.1 Импульсный трансформатор с обмоткой из коаксиального кабеля 26
2.2 Расчет элементов схемы замещения трансформатора 27
2.3 Определение числа витков, выбор материала и параметров магнитопровода 32
2.4 Влияние скорости нарастания индукции на работу сердечника 35
2.5 Конструкция «кабельного» импульсного трансформатора 38
2.6 Цели использования кабельного импульсного трансформатора 39
ГЛАВА 3. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КАБЕЛЬНОГО ИМПУЛЬСНОГО
АВТОТРАНСФОРМАТОРА. 43
3.1 Общий вид автотрансформатора 43
3.2 Техническое задание для расчета 44
3.3 Выбор кабеля для обмотки 44
3.4 Выбор сердечника для автотрансформатора 45
3.5 Потери в сердечнике автотрансформатора 48
3.6 Моделирование схемы накачки лазера с автотрансформатором 49
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 53
4.1 Объекты и методы исследования 53
4.2 Экспериментальная часть без генерации излучения 57
4.3 Эксперименты с введением в трубку паров CuBr 68
4.4 Влияние давления в ГРТ на мощность генерации 75
ГЛАВА 5. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 81
Введение 81
5.1 Предпроектный анализ 81
5.2 Инициация проекта 86
5.3 Планирование управления научно-техническим проектом 88
5.4 Оценка сравнительной эффективности исследования 96
ГЛАВА 6. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ 101
Введение 101
6.1. Производственная безопасность 101
6.1.1. Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать объект исследования
6.1.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть при проведении
исследований 106
6.2 Экологическая безопасность 115
6.3. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. 116
6.4. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 117
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 121
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 122
ПРИЛОЖЕНИЕ А The cable pulse transformer as an element of the laser’s power supply 127
На сегодняшний день лазеры на самоограниченных переходах атомов
меди являются одним из эффективнейших источников излучения среди
лазеров, излучающих в видимом спектре [1-3]. Отличительной особенностью
таких лазеров является работа в импульсно-периодическом режиме с
достаточно высокой частотой следования импульсов (ЧСИ) и высокой
импульсной мощностью генерации [1-5]. Благодаря своим уникальным
характеристикам такие лазеры применяются в различных областях:
микрообработка материалов, зондирование атмосферы, демонстрационные
системы, визуализация быстропротекающих процессов и т.д. [5-10].
КПД таких лазеров варьируется от 1 до 4 %. Для того чтобы увеличить
этот показатель и улучшить условия эксплуатации в схеме накачки лазера
используют кабельный импульсный трансформатор.
На параметры импульса значительное влияние оказывает собственная
емкость и индуктивность разрядного контура генератора. Величина этих
паразитных параметров определяется размерами установки и увеличивается с
увеличением габаритов этой установки. В связи с этим, требования уменьшения
длительности фронта и длительности импульса в целом и увеличения
амплитуды импульса накачки являются противоречивыми, так как при росте
тока и напряжения увеличиваются габариты импульсной установки, а вместе с
ней растут и значения паразитных параметров. Для устранения этих
противоречий могут быть использованы коаксиальные конструкции с
распределенными параметрами. К одной из таких конструкций относится
импульсный трансформатор с обмоткой из коаксиального кабеля [1].
Использование этого устройства в разы снижает паразитные емкости и
индуктивности. Плюс габариты такой системы гораздо меньше по сравнению с
обычными импульсными трансформаторами за счет того, что в качестве
вторичной обмотки используется сплошная внутренняя жила кабеля, а в
качестве первичной обмотки оплетка этого же кабеля. Обычные импульсные
трансформаторы, которые применяются в микросекундном диапазоне не
подходят для использования в лазерной технике, так как с увеличением
амплитуды импульса увеличивается толщина изоляции, что оказывает влияние
на габариты трансформатора, искажающие импульс, в сторону увеличения. А
для того, чтобы трансформатор установить в корпус лазера необходимо
минимизировать его габариты. Но у трансформатора на отрезках длинной
линии есть недостатки в виде необходимости применения большого числа
развязывающих импедансов. Это устраняется, выполнением обмотки
коаксиальным кабелем на обычном импульсном трансформаторе с
ферромагнитным сердечником.
Целью научно-исследовательской работы является улучшение
характеристик лазера на парах бромида меди, используя кабельный
автотрансформатор в разрядном контуре, что обеспечит изменение параметров
импульса накачки на ГРТ.
Актуальность работы достаточно сложно переоценить, поскольку в
современном мире насчитывается множество различных сфер деятельности, где
используются лазеры, следовательно, улучшение характеристик лазеров
является достаточно актуальной задачей.
В диссертации представлен метод повышения эффективности
возбуждения CuBr-лазера путем модификации разрядного контура. Для этого в
разрядном контуре использовался импульсный кабельный автотрансформатор.
Использование импульсного автотрансформатора, позволяет увеличить
энерговклад в активную среду до начала импульса генерации практически в
1,5-2 раза. При этом мы наблюдаем снижение общего энерговклада в среду,
порядка 15-20%. Без использования обострительного конденсатора повышения
мощности генерации не наблюдалось, несмотря на увеличение энерговклада,
амплитуды импульса напряжения и скорости нарастания тока через ГРТ.
Включение в контур обострительного конденсатора позволяет обеспечить
задержку развития тока через ГРТ относительно начала формирования
импульса напряжения на ней. Обострительный конденсатор обеспечивает
некоторую задержку начала развития тока через ГРТ относительно импульса
напряжения, это позволяет увеличить энергию в трубе в начальный момент
времени, что в свою очередь ведет к увеличению вероятности заселения
резонансных уровней, так как энергия возбуждения электронов увеличивается.
В совокупности с увеличением энерговклада до начала импульса генерации за
счет использования импульсного автотрансформатора достигается увеличение
эффективности возбуждения лазера в 1,5 раза. Путем незначительной
модификации схемы разрядного контура средняя мощность генерации
повысилась с 0,69 до 1,12 Вт при сохранении мощности, потребляемой
источником от сети. При этом увеличивается общий КПД лазерной установки.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (9 отзывов)
4.8 (2878 отзывов)
4.7 (18 отзывов)
4.1 (20 отзывов)
4.3 (248 отзывов)
4.2 (5 отзывов)
4.9 (66 отзывов)
5 (49 отзывов)
4.8 (37 отзывов)
