Управление мощностью излучения технологического СО₂-лазера с несамостоятельным тлеющим разрядом путем изменения частоты импульсов ионизации

Статья посвящена управлению в автоматическом режиме мощностью излучения технологических СО₂-лазеров с несамостоятельным продольным тлеющим разрядом с импульсной емкостной ионизацией серии "Лантан". Данный способ организации разряда позволяет легко управлять мощностью лазерного излучения, обеспечивает высокую оптическую однородность активного объема, стабильность разряда и высокий КПД лазерной генерации. Приведена схема организации несамостоятельного тлеющего разряда с импульсной емкостной ионизацией, этапы создания и краткие характеристики лазеров серии "Лантан". Выбран способ управления мощностью лазерного излучения путем изменения частоты импульсов ионизации, что позволяет организовать работу лазера как в непрерывном, так и в импульсно-периодическом режимах с регулируемой скважностью и длительностью импульсов, а также обеспечивает возможность перехода из одного режима в другой. В непрерывном режиме управление мощностью излучения происходит путем изменения частоты импульсов ионизации, которые представляют собой высоковольтные импульсы напряжения длительностью 100 нс, подаваемые с частотой 1...5 кГц. Управление излучением в импульсном режиме осуществляется модуляцией импульсов ионизации, которая состоит в подаче импульсов пакетами. Частота импульсов в пакете определяет мощность излучения в импульсе, частота следования пакетов — частоту импульсного режима, длина пакета — длительность импульсов. На основе экспериментальных данных определена зависимость мощности излучения от частоты импульсов ионизации. Приведена схема эксперимента и определена точность измерения мощности лазерного излучения и частоты импульсов ионизации. Сбор данных и обработку результатов экспериментов проводили с помощью USB-устройства сбора данных NI 6008 в среде проектирования виртуальных приборов LabVIEW фирмы National Instruments. Для изучения зависимости мощности лазерного излучения от частоты импульсов ионизации применен метод регрессионного анализа. Проведенные исследования показали, что зависимость мощности лазерного излучения от частоты импульсов ионизации носит линейный характер в широком диапазоне параметров. Получено уравнение прямой регрессии, рассчитаны доверительные оценки параметров прямой регрессии и доверительные оценки отклонения теоретической прямой регрессии от эмпирической зависимости при доверительной вероятности 95 %. 

1. Генералов Н. А., Зимаков В. П., Косынкин В. Д. и др. Быстропроточный технологический СО2-лазер комбинированного действия // Квантовая электроника. 1982. Т. 9. № 8. С. 1549—1557.

2. Reily J. P. Electrically excited flowing gas laser and method of operation // Patent US3721915A (1970).

3. Hill A. E. Uniform electrical excitation of large-volume high-pressure near sonic CO2-N2-He flowstream // Applied Physics Letters. 1971. Vol. 18(5). P. 194—197.

4. Brown C. O., Davis J. W. Closed cycle performance of a high power electric discharge laser // Applied Physics Letters. 1972. Vol. 21. P. 480.

5. Christensen C. P. Pulsed transverse electrodeless discharge excitation of a CO2 laser // Applied Physics Letters. 1979. Vol. 34(3). P. 211—213.

6. Seguin H. J. J., Nam A. K., Tulip J. The photoinitiated impulse-enhanced electrically excited (PIE) discharge for high-power cw laser applications // Applied Physics Letters. 1978. Vol. 32. P. 418—420.

7. Богданов М. П., Верин В. М., Генералов Н. А., Зимаков В. П., Картавый С. К., Косынкин В. Д., Лаптев А. Р., Соловьев Н. Г., Штернин Л. А. Технологическая установка УЛГ-2.01 комбинированного действия: импульсно-периодического и непрерывного // Труды Всесоюзной конференции "Применение лазеров в народном хозяйстве". 1986. C. 50—53.

8. Generalov N. A., Gorbulenko M. I., Solov’yov N. G., Yaki mov M. Yu., Zimakov V. P. High-Power Industrial CO2 Lasers Excited by a Non-self Sustained Glow Discharge // In W.J. Witteman and V.N. Ochkin (eds.), Gas Lasers – Recent Developments and Future Prospects. 1996. Kluwer Academic Publishers. Printed in the Netherlands. P. 323-341.

9. Generalov N. A., Shemyakin A. N., Solov’yov N. G., Yakimov M. Yu., Zimakov V. P. Application of the combined DC and capacitive periodic-pulsed discharge to the excitation of fast-axialflow gas laser // In Laser Optics 2006: High-Power Gas Lasers. Proc. SPIE Vol. 6611, Oleg B. Danilov Ed. // Paper 66110K, 2007. 8 p.

10. Шемякин А. Н., Рачков М. Ю. Выбор способа управления мощностью излучения лазерного технологического комплекса с несамостоятельным тлеющим разрядом // Известия МГИУ. 2009. № 3 (16). С. 25—31.

11. Цифровые запоминающие осциллографы серии TDS1000 и TDS2000. Руководство пользователя. Tektronix, Inc. 190 с.

12. Глебов В. Н., Мананков В. М., Малютин А. М. и др. Термоэлектрическое зеркало-приемник лазерного излучения // Известия РАН. Серия физическая. 1993. Т. 57. № 12. С. 167—169.

13. Шемякин А. Н., Рачков М. Ю., Якимов М. Ю. Измерение мощности лазерного излучения технологического комплекса с несамостоятельным тлеющим разрядом // Машиностроение и инженерное образование. 2009. № 2 (19). С. 22—29.

14. USER GUIDE. NI USB-6008/6009 Bus-Powered Multifunction DAQ USB Device. URL: http://www.ni.com/pdf/manuals/371303n.pdf (дата обращения: 02.04.2019).

15. Трэвис Дж., Кринг Дж. LabVIEW для всех. М.: ДМК Пресс, 2008. 800 с.

16. Суранов А. Я. LabVIEW 8.20: Справочник по функциям. М.: ДМК Пресс, 2007. 536 с.

17. Шемякин А. Н., Рачков М. Ю., Соловьев Н. Г. Исследование характеристик мощности лазерного излучения технологического комплекса с несамостоятельным тлеющим разрядом // Машиностроение и инженерное образование. 2011. № 1 (26). С. 40—48.

18. Шемякин А. Н., Рачков М. Ю., Соловьев Н. Г. Исследование влияния деградации рабочей смеси газов на мощность излучения лазерного технологического комплекса с несамостоятельным тлеющим разрядом // Известия МГИУ. 2010. № 3 (20). С. 28—31.

19. Хальд А. Математическая статистика с техническими приложениями. М.: ИЛ, 1956. 664 с.

20. Дьяконов В. П. Mathcad 11/12/13 в математике. Справочник. М.: Горячая линия Телеком, 2007. 958 с.