Текст уведомления здесь

Элегаз и гелий подняли эффективность лазера на азоте

До сих пор КПД таких систем оставался неприемлемо низким.
Добавить в закладки
Комментарии

Исследователи из Института сильноточной электроники Сибирского отделения РАН, Томского государственного университета, Томского политехнического университета и Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники разработали новую модель для изучения накачки азотной рабочей среды для лазеров с наносекундными импульсами. Согласно ей, при особо тонких электродах и специфическом способе накачки подобные лазеры могут работать с широким по составу спектром рабочих сред, в которых кроме азота будут и примеси других газов. Соответствующая статья опубликована в Optics Communications.

Газовые лазеры с различными рабочими средами продолжают оставаться весьма интересной темой для научных групп по всему миру, так как спектр излучения разных газовых сред может сильно отличаться от других лазеров, что позволяет эффективнее использовать их для абляции или обработки поверхностей различных материалов. В теории газовые лазеры позволяют сравнительно легко менять длину излучаемой волны за счет небольшого изменения химического состава рабочей среды. Но на деле все куда сложнее: обычно изменение ее состава ведет к тому, что прежние методы накачки не могут эффективно работать. Например, для молекулярного азота большинство схем накачки дает слишком низкий КПД. Однако в ряде публикаций последних лет было заявлено о достижении КПД вплоть до одного процента. При этом азот крайне дешевая рабочая среда для лазеров, и подобная эффективность сделала бы их широко применимыми в самых разных отраслях промышленности.

Авторы новой работы провели моделирование процесса накачки азотной рабочей среды лазера при помощи быстрого диффузного разряда. Его формируют так называемые убегающие электроны, вырабатываемые в зазорах между длинными электродами, сделанными на базе фрагментов стальных лезвий.

На основании моделирования выяснилось, что оптимальным методом накачки для азотной среды будет использование убегающих электронов, поступающих в газовую среду с длинных и тонких электродов. Максимальная эффективность для азотных лазеров достигается при добавлении в азот сравнительно дешевого и химически стабильного элегаза — в этом случае КПД азотного лазера можно поднять до 0,2 процента. При этом излучение подобного газового лазера будет иметь два пика — в районе длин волн в 337 и 357 нанометров (ультрафиолетовый диапазон). Добавление в газовую смесь гелия дополнительно повышает КПД до 0,23 процента, при этом в зависимости от концентрации гелия пики ультрафиолетового излучения лазера также слегка смещаются в область чуть более коротких длин волн. Заявленные в ряде более ранних экспериментальных работ уровни КПД до 1,0 процента в модели подтверждения не нашли.

Эксперименты, проведенные авторами, показали корректность их модели: КПД в них было получено соответствующее расчетам, а максимальную эффективность действительно показали электроды из лезвий, работающие в смеси азота с элегазом и гелием. Достичь указанных выше результатов КПД в один процент в экспериментах также не удалось — по всей видимости, более ранние работы не являются воспроизводимыми.

Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Течь в Марианской впадине оказалась вчетверо больше, чем ожидалось

Благодаря новым сейсмическим данным геологи выяснили, что за год из впадины утекает в недра Земли свыше ста тонн воды на метр разлома

Марианская впадина находится на  стыке двух тектонических плит — Тихоокеанской и Филиппинской. Тихоокеанская плита медленно движется в сторону Азии и подныривает под Филиппинскую, уходя в глубь низлежащего слоя, мантии. Вместе с собой плита уносит и воду, но точное количество утекающей в глубь планеты жидкости оставалось неясным. Работа исследователей, сотрудников университета штата Вашингтон и университета Стони-Брук в Нью-Йорке, позволила уточнить объемы «марианской течи».
Добавить в закладки
Комментарии

Чтобы получить картину происходящего на глубинах в десятки километров ниже самой глубокой впадины, ученые расставили на дне океана 19 сейсмометров, а еще семь аналогичных устройств разместили на островах; все вместе они регистрировали сейсмические волны, распространяющиеся внутри нашей планеты.

Сейсмические волны возникают как при землетрясениях, так и в ходе различных фоновых процессов, не сопровождающихся значимыми подземными толчками. Наблюдение за их распространением является стандартным методом изучения внутреннего строения планеты уже больше ста лет: именно благодаря отражению волн, расходящихся от землетрясения, в 1897 году немецкий исследователь Иоганн Вихерт обнаружил ядро Земли, а в наши дни «простукивание и прослушивание» недр повсеместно используется для поиска нефти. Точно так же теперь геологи смогли получить гораздо более качественные данные о строении глубинных слоев и точнее оценить содержание воды в увлекаемых внутрь мантии частях коры.

Схема расположения тектонических плит. Как правило, на месте стыков формируются либо горы, либо впадины; также в этих местах часто возникают вулканыUSGS, Bolelav1 / Wikimedia commons

Как оказалось, прошлые исследования давали число примерно в четыре раза меньшее, чем показало новое исследование. [ ... ]

Читать полностью

В МФТИ придумали способ сделать графеновый лазер

Загадочное взаимное уничтожение частиц и античастиц в графене имеет квантовую природу. При определенных условиях его можно подавить, что открывает путь к созданию лазеров на основе графена.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученые из МФТИ и Университета Тохоку (Япония) объяснили парадоксальное взаимное уничтожение частиц и античастиц в графене — так называемую Оже-рекомбинацию. Долгое время оно считалось запрещенным фундаментальными физическими законами сохранения импульса и энергии, но упорно наблюдалось в экспериментах. Теоретическое обоснование этого процесса представляло до недавнего времени одну из сложнейших загадок физики твердого тела. Соответствующая статья опубликована в Physical Review B.

У электрона есть античастица — антиэлектрон, или позитрон. Носители заряда в полупроводниках — кремнии, германии, арсениде галлия и многих других — также ведут себя подобно электронам и позитронам. В полупроводниках есть два типа носителей с противоположным зарядом (их называют электронами и дырками), и они могут взаимно уничтожаться (рекомбинировать) с высвобождением избытка энергии. Рекомбинация электрона и дырки со следующим за этим испусканием фотона (излучением света) — основа работы полупроводникового лазера, основного прибора современной оптоэлектроники.

Но испускание фотона не единственный возможный исход столкновения электрона и дырки. Часто освобождающаяся энергия может быть потеряна на «раскачку» соседних атомов кристаллической решетки или «подхвачена» пролетающим мимо электроном. Такой подхват другим электроном называется Оже-рекомбинацией и является главным «убийцей» электрон-дырочных пар в лазерах. Обычно разработчики лазеров стремятся усилить вероятность излучения света при столкновении электрона и дырки и ослабить вероятность Оже-рекомбинации.

Схематическое изображение двух сценариев исчезновения частицы-электрона (синий) и античастицы-дырки (красная) в графене. В процессе излучательной рекомбинации (слева) энергия, выделяющаяся при взаимном уничтожении, улетает в виде порции света — фотона. При Оже-рекомбинации (справа) эту энергию подхватывает пролетающий мимо электрон. Оже-процесс губителен для полупроводниковых лазеров, так как забирает на себя энергию,которую можно было бы высвободить в свет. Долгое время считалось, что Оже-процесс в графене запрещен законами сохранения импульса и энергии. Изображение: пресс-служба МФТИ.
Схематическое изображение двух сценариев исчезновения частицы-

электрона (синий) и античастицы-дырки (красная) в графене. В процессе излучательной рекомбинации (слева) энергия, выделяющаяся при взаимном уничтожении, улетает в виде порции света — фотона. При Оже-рекомбинации (справа) эту энергию подхватывает пролетающий мимо электрон. Оже-процесс губителен для полупроводниковых лазеров, так как забирает на себя энергию,

которую можно было бы высвободить в свет. Долгое время считалось, что Оже-процесс в графене запрещен законами сохранения импульса и энергии. Изображение: пресс-служба МФТИ.

[ ... ]
Читать полностью

Висмут довел волоконный лазер до нового диапазона

Добавка этого металла в оптическое волокно позволила создать компактный и эффективный лазер, работающий в средней части инфракрасного диапазона.
Добавить в закладки
Комментарии

Исследователи из Научного центра волоконной оптики РАН и Института химии высокочистых веществ РАН создали новый тип оптического волокна с добавкой висмута. В итоге с его помощью вместо типичного для волоконных лазеров рабочего диапазона ученые смогли добиться излучения с длиной волны 1,6−1,8 микрометра. Соответствующая статья опубликована в IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics.

Обычно волоконными лазерами называют такие, в которых активной средой, а часто и резонатором является оптоволокно. Отличия его от иных лазеров как раз и определяются характеристиками такого волокна: у него высокие параметры качества излучения, неплохой КПД и сравнительно высокая мощность при весьма умеренных габаритах. Как правило, активной средой (где генерируется вынужденное излучение) служит оптоволокно с различными добавками химических элементов — преимущественно редкоземельных металлов. Обычно длина волны генерируемого в таких лазерах излучения — 2—10 микрометров. В новой работе в оптоволокно на базе оксида германия добавили висмут. После изучения свойств лазера с подобной активной средой выяснилось, что он создает излучение в спектральном диапазоне, недоступном ранее известным волоконным лазерам на редкоземельных ионах.

В новом оптоволокне ион висмута встраивают вблизи дефекта сетки стекла, и он функционирует там как активный центр. Висмут при нормальных условиях — блестящий серебристый металл с не совсем обычным розоватым отблеском. При добавке этого элемента оптоволокно стало генерировать заметно более короткие волны, чем у аналогичных волокон без висмута. Однако они все еще лежат в инфракрасном диапазоне (в ближней его части), из-за чего излучение невидимо для человеческого глаза. Подобное излучение востребовано в системах оптоволоконной связи и целом ряде других приложений. Чем короче длина волны, используемой в системе связи, тем выше ее пропускная способность: за единицу времени можно передать больше «пакетов» информации.

Мощность экспериментального лазера не очень велика — всего два ватта, однако КПД выше 30 процентов, что немало с учетом того, что это первый лазер такого типа в мире и работы по повышению его КПД пока не проводились — целью создания новинки было изучение самой возможности использования висмута в волоконных лазерах. Ученые считают, что его характеристики можно улучшить, совершенствуя технологию изготовления.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы