загрузка...

трусы женские
загрузка...
Реферати » Реферати фізика » Головка рубінового лазера з термоохлажденіем

Головка рубінового лазера з термоохлажденіем

Введення
При конструюванні систем охолодження імпульсних лазерів з частотою генерації fг 1 Гц рекомендуються рідинні системи охолодження.
Раціональна конструкція вузлів кріплення стрижня активної речовини та лампи накачування, а також оптимальний вибір зазорів і перетинів каналів теплоотводов дозволяють підвищити ефективність теплообміну, зменшити перепад температури в кристалі, скоротити витрату охолоджуючої середовища. Фотохімічна стійкість, агресивність і коррозирующее дію охолоджувальних середовищ на матеріали конструкції можуть з'явитися причиною порушення нормальної роботи навіть найнадійнішою системи охолодження.

1. Види охолоджуючих систем
Для охлажденіея лазерної головки застосовуються різні види охолоджувальних систем. Вибір потрібного типу системи залежить від параметрів лазера і умов його використання. Розглянемо деякі типи систем.
1.1. Системи глибокого охолодження.
Для спектроскопічних досліджень характеристик різних активних речовин лазерів, а також з метою отримання оптимальних режимів вихідний енергії та частоти випромінювання застосовують кріостати. У кристалі рубіна з 0,05%-ним вмістом іонів Сг3 + при 77 К порогова потужність накачування на 40% менше, ніж при 300 К. Кристали CaWO4: Nd3 + мають поріг генерації при 77 К вдвічі менший, ніж при 300 К. Вихідна енергія кристала CaF2: Dy2 + при Т = 77 К і пороговому значенні енергії накачування дорівнює евих = 1,5 - 10-6 Дж. Для швидкого охолодження активної речовини застосовується малогабаритна двоконтурна система з роздільним охолодженням. Камера цієї системи являє собою герметичний циліндр еліптичного перетину з високим ступенем чистоти обробки внутрішньої поверхні. В одному з сполучених фокусов'ціліндр а знаходиться мікрохолодильників з активною речовиною, а в дру.гом-імпульсна лампа накачування. Лампа охолоджується оптично прозорою фторо-або кремнийсодержащими рідиною, тепло від якої відбирається в спеціальному теплообміннику рідким азотом, що виходять з мікрохолодильників. Рідинний контур охолодження - замкнутого типу. Активна речовина піддається глибокому охолодженню в мікрохолодильників. Рідкий азот з посудини ємністю 0,015 м3 під тиском 1 Па подається в теплообмінник.
Щоб уникнути закипання на поверхні активного речовини, азот в теплообміннику переохолоджується і потім омиває кристал. Весь комплекс системи охолодження являє собою стаціонарну установку, що забезпечує генерацію випромінювання лазера з частотою проходження імпульсів 10 ... 100 Гц при зміні температури навколишнього середовища ± 50 ° С.
1.2. Замкнуті рідинні системи охолодження.
Для лазерів, застосовуваних в малогабаритній апаратурі, розроблена рідинна система охолодження і рідинна система термостабілізації з коаксіальною лампою накачування. Внутрішній об'єм камери лазера розділений коронками на дві порожнини. Імпульсна лампа накачування і кристал омиваються охолоджувальною рідиною, що заповнює весь внутрішній об'єм герметичного корпусу. Тепло від кристала, імпульсної лампи і частина тепла від відбивача відбирається хла-доагентом, перекачується насосом з однієї порожнини в іншу, а потім передається зовнішньому корпусу. Інша частина тепла, що виділяється у відбивачі, передається кондуктивно, завдяки щільній посадці на корпус. Для збільшення теплообміну в корпусі зроблено чотири гвинтових паза, що збільшують турбулентність потоку і поверхня теплообміну. Таке конструктивне рішення дає можливість знизити масу і габарити, а відсутність сполучних трубок і необхідної герметизації ущільнень обумовлює значне підвищення експлуатаційної надійності пристрою та отримання стійкої генерації з частотою fг ~ 1 Гц.
1.3. Напівпровідникові системи термостабілізації.
У цих системах, що працюють на ефекті Пельтьє, поєднані в єдиному блоці освітлювач камери лазера з термоелектричним холодильником. Застосування таких систем виправдано при холодопродуктивності термобатарей 30 ... 40 Вт і при температурі навколишнього середовища до +50 ° С.
До достоїнств напівпровідникових систем слід віднести невелику масу і габарити, порівняно малу споживану. потужність, можливість швидкого переходу від режиму охолодження до режиму нагріву, можливість роботи в широкому діапазоні оточуючих температур, тисків, вібрацій і прискорень. Однак при холоднопроізводйтельності 150 ... 200 Вт і більше ці системи за габаритами і енергетичних параметрах поступаються рідинним і компресійним системам. Імпульсна лампа і кристал, закріплені в освітлювачі, кондуктивно охолоджуються шиною, виготовленої иа червоної міді. Кристал кріпиться до шини через м'яку підкладку з. чистого індію, яка допускає пластичні деформація. В отвір шини вставлені термістори, які управляють електричною схемою термобатарей. При роботі лазера мідна шина грає роль своєрідного акумулятора теплоти під час генерації випромінювання та акумулятора холоду під час пауз між спалахами. З метою забезпечення хорошого теплового контакту між теп-лоотводящей шиною і кристалом рубіна за твірною кристала вжігается смужка срібла шириною 2,5 ... 3 мм, і товщиною 50 ... 70 мкм. Перепади температури на поверхні кристала від спалахів лампи можуть досягати 20 ° С. Найбільший вплив на добротність резонатора при даній системі термостабілізації надає нессіметріч-ная термічна деформація кристала, що має характер оптичного клина. Напівпровідникова система термостабілізації створена для лазерів, що працюють з частотою повторення не більше одного спалаху за 2 ... 5 с при q ^ = 10 ... 15 Вт/см2. Коефіцієнт теплообміну таких систем малий, і становить 50 ... 100 Вт / (м2 - К).
Нарешті, розглянемо системи вихрового охолодження, які можна застосувати й у нашому випадку.
1.4. Вихровий воздухохолодільнік.
Ефект вихрового температурного розширення стисненого газу відкритий Ранком в 1931 р. З тих пір дослідження цього ефекту присвячено багато робіт.
Практичною реалізацією ідеї вихрового ефекту стало створення вихрових холодильників, застосовуваних як при проведенні науково-дослідних робіт, так і в промисловості.
Вихровий ефект може бути використаний при створенні мініатюрних пристроїв для охолодження невеликих об'єктів з масою порядку декількох грам до температури порядку-50 ° С. Вихровий холодильник, відрізняючись винятковою простотою конструкції і надійністю в роботі, може бути виготовлений досить компактним і легким при порівняно невеликій витраті повітря і тиску газу в кілька атмосфер.
Принцип дії.
Відомо, що ефективне охолодження газу може бути здійснено в процесі розширення з віддачею зовнішньої роботи - у процесі детандірованія газу.
Ідеальним процесом розширення газу з вчиненням зовнішньої роботи є ізоентропний процес, зміна температури ідеального газу в якому визначається рівнянням адіабати


де Т і Р - температура і тиск на вході і виході;
K - показник адіабати.
У процесі розширення шляхом простого дроселювання кінетичну енергію витікає струменя охолодженого газу використовувати не вдається: вона повністю перетворюється в тепло, тому процес протікає при постійній ентальпії, а для ідеального газу - і при постійній температурі.
Вихрова труба являє собою пристрій, в якому процес дроселювання супроводжується частковим перетворенням енергії газу в механічну роботу, в результаті чого частина газу прохолоджується, а інша частина - нагрівається. Розглянемо схему вихровий труби, представлену на рис. 1. Стиснутий газ надходить в циліндричну трубу / через отвір, розташований по дотичній до її внутрішньої окружності. Труба з одного боку обмежена діафрагмою 2 з невеликим отвором в центрі, з іншого боку - вентилем 3. Завдяки тангенціальному розташуванню отвори, струмені газу, охолодити при розширенні, повідомляється вихровий рух. Поле кутових швидкостей w вихору в перетині / - /, що проходить через площину вхідного отвору, є нерівномірним - найбільшими кутовими швидкостями володіють шари, розташовані ближче до геометричної осі труби; по мірі віддалення від центру кутова швидкість вихору падає.


Рис. 1. Принципова схема вихровий труби: р1, тс-тиск і температура газу; Тх, Tг - температура холодного і гарячого потоків
У цій нерівномірності розподілу кутових швидкостей і криється можливість температурного розділення шарів газу

Сторінки: 1 2
загрузка...
ur.co.ua

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар