Головка рубинового лазера с термоохлаждением
Реферат - Физика
Другие рефераты по предмету Физика
ла рекомендуется брать отношение высоты h к ширине b равным 0,5. Сечение может быть и квадратным.
6. Внутренний диаметр вихревой камеры
7. Диаметр отверстия диафрагмы холодного воздуха Dx = Dг(0,35+ 0,313?).
8. Длина вихревой зоны выбирается равной L = (810)Dг.
Определим параметры воздуха и геометрические размеры вихревого микрохолодильника, если холодный поток должен иметь температуру Тx = 50 С. Теплопритоки к охлаждаемому объекту составляют 10 кал/мин. Допускаемый подогрев холодного потока ??m== 10 С. Температура воздуха на входе T1 = 20С.
1. Эффект охлаждения Tx= Т1 -Tx= 293 223 = 70 К.
2. Необходимая степень расширения воздуха
Здесь k = 1,41; ?x, = 0,5 [формула (1.1)].
3. Давление воздуха на входе P1 = 9,31 == 9,3 ama.
Учитывая недостаточность опытных данных по расчету труб малого диаметра, берем начальное давление завышенным и равным 10 aтa и следовательно P1 = 10.
4. Расход воздуха =21 г/мин. Здесь Qx= 10 кал/мин; Ср = 0,24 кал/град; ??m== 10 С; ?=0,2 [формула (1.2)].
5. Площадь соплового входа ??= 5,09; ?" = 6,1; ?с = =1.63<1.89
Степень расширения в сопле получилась меньше критической, поэтому площадь сопла определим по формуле (1.5).
Подставив G = 0,00035 кГ/сек; аc = 0,95; k = 1,41; g = = 981 см/сек2; ? == 1,16-10-6 кГ/см3; ?c = 1,63; P1 = 10 кг/см2, получим Fc = 0,0045 см2 = 0,45 мм2.
6. Размер соплового входа. Приняв сечение сопла квадратным, найдем его сторону: b=h= = 0,67 мм.
7. Внутренний диаметр трубы Dг== 3,62-0,67 = 2,4 мм.
8. Диаметр отверстия диафрагмы Dx = 2,4(0,35 + 0,313 0,2) = 1 мм.
9. Длина вихревой зоны L == 9-2,4 = 21,6 мм.
По описанной методике Е. И. Антоновым совместно с С. Т. Цуккерманом был разработан и экспериментально исследован миниатюрный вихревой холодильник МХ-2.
Отличительной особенностью этого микрохолодильника являются его малые габариты и вес. При длине 50 мм и максимальном диаметре 18 мм он весит всего 15 г. Микрохолодильник рассчитан на работу от магистрали сжатого воздуха при давлении от 2 до 15 кГ/см2 и может быть использован для охлаждения объектов до температур порядка 50 С при комнатных условиях.
3. Расчет энергетических характеристик
Эффективность и техническое совершенство энергетических систем и квантовых приборов принято оценивать значениями выходной энергии, мощности, к. п .д. и квантовой эффективности. Если твердотельные лазеры оценивать по к. п. д., не учитывая их уникальные физические свойства, то они покажутся малоэффективными системами (к.п.д. лучшего рубинового или неодимового лазера не превышает 1,5%). Образно говоря, огромная река входной энергии оптической накачки превращается в хилый ручеек индуцированного излучения. Для предварительной оценки энергетических характеристик проектируемых твердотельных лазеров можно использовать методику расчета мощности лазеров, работающих в режиме свободной генерации при температуре 300 К с усреднением значений мощности по отдельным пикам спектра излучения. Энергия импульса индуцированного излучения с длительностью импульса ?и для лазера, имеющего активное вещество объемом V = Sl, равна Eвых == РвыхV ?и
Для оценки выходной энергии, излучаемой лазером, желательно, чтобы она была выражена через известные или измеряемые экспериментально параметры. Например, количество ионов хрома, перешедших на уровень Е2 с частотой перехода v32 при энергии оптической накачки Eh квантовой эффективности (квантовом выходе люминесценции) ?э равно:
Число полезно излученных фотонов в рабочем переходе при N2 ~ N/2 равно (Ен?э/hV32 Nо/2), выходная энергия
Учитывая значение пороговой энергии оптической накачки т. е. минимальной энергии накачки, необходимой для возбуждения аксиального типа колебаний индуцированного излучения на длине волны, распространяющейся в строго продольном направлении по оси резонатора. окончательно получим
Результаты расчетов по этой формуле согласуются с экспериментальными данными, полученными для целого ряда разработанных лазерных головок. Данная формула удобна для оценки выходной энергии твердотельных импульсных лазеров. Отношение Ен/Еo измеряется для любых систем оптической накачки в относительных величинах, превышающих пороговую энергию. Мощность генерации четырех- или трехуровневого лазера Рвых можно получить с помощью такой зависимости:
(1.6)где hvг энергия кванта индуцированного излучения генератора, Дж; hvн энергия кванта излучения накачки, Дж; l длина кристалла активного вещества, см; ?дис коэффициент внутренних (диссипативных) потерь в активной среде; число порогов, т. е. коэффициент превышения энергии накачки Ен над пороговой энергией накачки Ео; ?э квантовая эффективность; mp коэффициент, учитывающий радиационные шумы; b коэффициент преобразования электрической энергии в лучистую (к. п. д. лампы накачкисветоотдача импульсных ламп); ?o параметр, характеризующий долю света, падающего с отражателя на поверхность кристалла (к. п. д. оптической отражательной системы лазера); ?l коэффициент использования излучения лампы накачки, поглощенной кристаллом.
Максимальный коэффициент усиления для перехода Е2 > Е1 при условии накопления квантовых частиц на уровне Е<