Лазерные системы отвода тепла

Такая система отражателей является резонатором. Волна, распространяющаяся вдоль его оси, попадает в наиболее благоприятные условия. Усиливаясь, она достигнет зеркала, отразится от него и пойдёт в обратном направлении, продолжая усиливаться, затем отразится от второго зеркала и т.д. Если усиление больше потерь, испытываемых волной при отражении, то с каждым проходом волна будет усиливаться, пока плотность энергии в волне не достигнет некоторого предельного значения.

Рост плотности энергии прекращается, когда выделяемая в результате вынужденных переходов энергия, не может компенсироваться энергией, затрачиваемой на возбуждение атомов. В результате между зеркалами устанавливается стоячая волна, а сквозь полупрозрачное зеркало выходит наружу поток когерентного излучения, которое характеризуется высокой направленностью и монохроматичностью.

Относительным конструктивным недостатком всех существующих лазеров является ограниченный рабочий объем отражателя (резонатора). Внутри этого объема невозможно разместить достаточно большое количество активной среды. В результате, мощность современных лазеров не превышает несколько десятков кВт. Кроме того, особенности создания инверсии населенностей в газодинамическом лазере, приводят к существенному несовпадению рабочего объема резонатора с объемом активной среды. В результате значительная часть активной среды не принимает участия в формировании лазерного луча и КПД газодинамического лазера не превышает 1%. Впрочем, если учитывать энергию лазерных квантов, которые уходят через открытые боковые поверхности резонатора, коэффициент преобразования тепловой энергии в энергию излучения оказывается значительно выше. Небольшая мощность и низкий КПД преобразования тепловой энергии в энергию излучения, могут значительно осложнить задачу создания лазерных систем отвода тепла.

Новизна разработки заключается в существенном изменении конструкции отражателя, которое позволит значительно увеличить мощность и повысить КПД лазера. Отражатель лазера можно выполнить в виде полупрозрачной трубы, внутри которой находится активная среда. Спонтанное излучение возбуждённых атомов вызывает вынужденные переходы других возбуждённых атомов, и вследствие этого усиливается. Светоотражающий слой пропускает наружу некоторую незначительную (1 .2%) часть светового потока. Большая часть излученной энергии, отражаясь от светоотражающего слоя, возвращается в активную среду, вызывая новые и новые акты вынужденного излучения.

Предложенный отражатель можно выполнить в виде трубы переменного сечения. Это позволит организовать течение газа таким образом, чтобы на определенном участке трубы-отражателя в движущемся газе возникала инверсия населенностей. На этом участке, через полупрозрачную поверхность трубы-отражателя, наружу выходит интенсивный поток излучения. В результате газ теряет часть энергии и возвращается в теплообменник. Чтобы обеспечить непрерывное течение газа по замкнутому контуру дополнительно может понадобиться компрессор.

Лазерный отражатель указанной конструкции не сможет выполнять функции резонатора. Наличие боковых стенок значительно увеличивает число возможных типов колебаний (мод). Вместо усиления волны, движущейся вдоль его оси, будет происходить генерация новых и новых волн. В результате, через полупрозрачную поверхность отражателя наружу будет выходить поток немонохроматичного излучения, которое заполнит широкий интервал длин волн. Кроме того, это излучение будет некогерентным и расходящимся. Безвозвратно теряются практически все уникальные свойства лазерного луча.

Из всех полезных качеств лазера сохраняется лишь высокая интенсивность излучения, на несколько порядков превышающая интенсивность излучения поверхности тепловых радиаторов, при любых реально достижимых температурах. Изменение конструкции позволит увеличить рабочий объем лазерного отражателя в тысячи раз. В результате резко увеличивается пропускная способность, и соответственно возрастает мощность лазера. За счет этого можно попытаться решить проблему отвода большого количества избыточного тепла в космическом пространстве.

В отличие от классического открытого резонатора, такой лазерный отражатель можно заполнить излучением с практически равной интенсивностью. Форму и размеры отражателя можно подобрать таким образом, чтобы инверсия населенностей не распространялась за его пределы. Это обеспечит полное и равномерное использование всей активной среды. В результате не только увеличивается мощность газодинамического лазера, но и существенно повышается КПД преобразования тепловой энергии газа в энергию излучения. С учетом этого, преимущество предлагаемых отражателей для создания мощных лазерных систем отвода тепла становится очевидным.

Перейти на страницу: 1 2 

Дополнительные материалы

Становление классической физики
Говоря о формировании классической физики, естественно, в первую очередь сказать об отце классической механики в ее современном виде Ньютоне. Ньютон Исаак (04.01.1643-31.03.1727) – английский механик, оптик, астроном и математик, член Л ...

Кодирование речи
Необходимость кодирования речевой информации возникла не так давно, но на сегодняшний момент, в связи с бурным развитием техники связи, особенно мобильной связи, решение этой проблемы имеет большое значение при разработке систем связи. ...

Стрела времени как совокупность принципиально различных представлений о времени в динамике процессов и в эволюции событий
Проблема времени вызывала интерес с глубокой древности. Во всяком случае с античных времён по сегодняшний день исследователи практически всех направлений уделяли понятию времени самое пристальное внимание. Пригожин И. в [Л-16] пишет: “М ...

Разделы

Электромагнитный импульс как оружие

История вопроса и современное состояние знаний в области эми.

Лабораторные стенды в учебном процессе

Обзор и сравнительный анализ существующих стендов.

Аспекты технического знания

Технический объект и предмет технических наук.

Сварка металлов плавлением

Классификация электрической дуговой сварки.

Распределение примесей в кремнии

Описание процесса зонной плавки и ее математическая модель.



Наука сегодня и вчера - www.anytechnic.ru