Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 10
1.1. Основные физические принципы работы азотного лазера
1.2. Методы возбуждения и конструкции электроразрядных азотных лазеров 17
1.3. TEA азотный лазер и проблема стабилизации разряда 25
1.4. Применение азотного лазера для диагностики импульсной плазмы ...,, 31
1.5.Выводы и постановка задачи 37
Глава 2. Экспериментальные условия и средства диагностики физических процессов вТЕА N2 лазере 38
2.1. Конструкция электроразрядного модуля TEA N2 лазера 38
2.2. Принципы работы электроразрядного модуля и синхронизация с внешними устройствами 46
2.3. Средства и методы диагностики 52
Глава 3. Результаты исследований режимов возбуждения и характеристик лазерного излучения 64
3.1. Исследование режимов разряда в канале TEA азотного лазера... 64
3.2. Влияние физических параметров на энергию лазерного излучения 72
3.3. Результаты экспериментального исследования характеристик лазерного излучения 79
Глава 4. Использование TEA азотного лазера для диагностики импульсных плазменных объектов различного типа
4.1. Разработка экспериментального образца TEA азотного лазера..84
4.2. Интерферометр со сдвигом волнового фронта , 88
4.3. Визуализация процессов в высоковольтном искровом разряде атмосферного давления 93
4.4. Визуализация динамики развития капиллярного разряда в воздухе при атмосферном давлении 96
4.5. Диагностика микропинчевого разряда на установке ПФМ-72 . 101
4.6. Многоканальный осветитель на основе TEA азотного лазера 102
Заключение 106
Список литературы 108
- Методы возбуждения и конструкции электроразрядных азотных лазеров
- Принципы работы электроразрядного модуля и синхронизация с внешними устройствами
- Влияние физических параметров на энергию лазерного излучения
- Визуализация процессов в высоковольтном искровом разряде атмосферного давления
Введение к работе
Для исследования импульсной плазмы широко применяются методы лазерной рефракционной диагностики, основанные на зависимости оптического показателя преломления плазмы от ее плотности. Эти методы исследования различаются информативностью, сложностью реализации, стоимостью применяемой лазерной аппаратуры и являются в настоящее время хорошо развитой областью диагностики плазмы, которой посвящены подробные обзоры [1-4]. Однако и среди них присутствует ряд диагностик, требующих дополнительного развития. К их числу следует отнести лазерные методы много кадровой интерферометрии и теневого фотографирования, которые позволяют визуализировать динамику однократных импульсных процессов в плазме с дискретными задержками между отдельными кадрами.
Значительную сложность при многокадровом лазерном зондировании представляет визуализация поведения плотной импульсной плазмы при малых временах её существования. Плотная короткоживущая плазма формируется, например, при взаимодействии мощного лазерного излучения с веществом [5] и в импульсных разрядах типа Z-пинч [6]. Плазменная установка подобного типа, с образованием в микропинчевом разряде плазменной точки, функционирует и на кафедре «Физика плазмы» (МИФИ).
Исследование наиболее плотной (ЛГС=10 ч-10 см ) компоненты плазмы микропинчевого разряда, существующей в течение очень короткого (fp-1-ьІОО не) времени, предъявляет к лазерным осветителям особые требования. Из них наиболее важным является использование ультрафиолетового (УФ) диапазона зондирования, обеспечение высокого временного (~1 не) разрешения при точности синхронизации не хуже 1+5 не, формирование нескольких лазерных пучков, задержанных друг относительно друга на несколько десятков наносекунд.
При таких малых временах наблюдения, единственной возможностью для получения серии кадров за время одного разряда является формирование нескольких лазерных пучков, разделенных в пространстве за счет небольших
отклонений от направления зондирования и задержанных друг относительно друга на несколько десятков наносекунд. В этом случае выбор лазерного осветителя особенно важен, поскольку во многом определяет как возможности диагностической аппаратуры, так и ее стоимость.
Среди лазерных осветителей этого диапазона наибольшее развитие получили диагностические системы, использующие третью или четвертую гармоники мощных Nd-лазеров. Применение методов частотной конверсии и временной селекции позволяет эффективно преобразовывать длинноволновое излучение Nd-лазера в ультрафиолетовый диапазон и управлять временными характеристиками излучения. Для формирования последовательности зондирующих импульсов широко используются оптические задержки. К недостаткам подобного подхода следует отнести сложность аппаратуры, высокие требования к качеству и расходимости исходного лазерного пучка, ограничение максимальной задержки величиной ~20 не, определяемой длиной пути.
Альтернативным вариантом осветителя являются эксимерные лазеры и лазеры на молекулярном азоте. К их достоинствам следует отнести прямую генерацию УФ излучения наносекундной длительности. Однако, бесспорно уступая эксимерным лазерам по энергии излучения, азотные лазеры проще по конструкции, формируют более короткий лазерный импульс (~ 1 не), а в их рабочей среде отсутствуют токсичные компоненты. Кроме того, азот значительно дешевле инертного газа и более устойчив к воздействию электрического разряда. Таким образом, для построения системы многокадрового зондирования плотной короткоживущей плазмы наиболее привлекательным источником излучения является азотный лазер.
Ультрафиолетовому излучению азотного лазера (К = 337 нм)
соответствует переход С3тг„ (v=0) —> B*ns (v =0) между колебательными
уровнями возбужденных электронных состояний на второй положительной
системе азота [7]. Механизм перевода молекул азота на уровень Съпи из
основного состояния X S/ основан на электронном ударе. Для накачки
используется мощный электрический разряд, равномерно заполняющий плазмой электроразрядный канал лазера. Эффективность трансформации электрической энергии в лазерное излучение зависит от величины разрядного тока и скорости заселения верхнего возбужденного состояния С3ям, время жизни т которого чрезвычайно мало. Короткий импульс лазерного излучения формируется на переднем фронте тока, который может либо совпадать с направлением излучения (продольный разряд), либо протекать перпендикулярно к нему (поперечный разряд).
Анализ различных типов азотных лазеров показал, что значительно упрощает конструкцию лазера и повышает его характеристики применение схемы возбуждения поперечным разрядом, для которой имеет место наиболее эффективная передача запасенной электрической энергии в разряд. Лазеры с поперечным возбуждением работают как при пониженном [8,9], так и при атмосферном давлении [10,11]. Однако для диагностики плотной короткоживущей плазмы наибольший интерес представляет лазер с поперечным возбуждением при атмосферном давлении (TEA азотный лазер). Его отличает высокий уровень пиковой мощности, простота конструкции и возможность формирования лазерного излучения без применения оптического резонатора. Это дает большие преимущества при создании многоканального осветителя, который обычно собирается из набора однотипных TEA азотных лазеров. Количество лазерных каналов определяется числом требуемых кадров [12]. Такое построение системы многокадрового оптического зондирования позволяет оперативно управлять задержкой между кадрами, минимальное значение которой ограничено разбросом запуска лазерных каналов.
Однако отечественный рынок лазерной техники представлен только несколькими моделями азотного лазера, работающими при пониженном давлении и обладающих большой длительностью лазерного импульса (~ 10 не) [13]. В связи с этим, несмотря на очевидные достоинства TEA азотных лазеров, их использование в схемах оптического зондирования
крайне ограничено из-за отсутствия промышленных аналогов. Следует также отметить, что обеспечение оптимальных условий для эффективной генерации достигается при атмосферном давлении только в достаточно узком диапазоне параметров возбуждения, и реализация такого режима сопряжена с определенными трудностями. Серьезной проблемой является синхронизация многоканального лазера с импульсными плазменными объектами, обладающими собственными задержкой и разбросом, при малой величине задержки между кадрами. Отсутствие низко индуктивных (-ЮнГн) коммутаторов с рабочим напряжением, равным 25 - 30, при импульсных токах ~1-10кА и разбросе включения -1 не делает невозможным повторение зарубежных аналогов без ухудшения их характеристик.
Данная работа посвящена созданию на основе TEA азотного лазера эффективного диагностического прибора, в том числе в многоканальном варианте, который обладает простой конструкцией, низкой стоимостью и может быть изготовлен в исследовательской лаборатории без привлечения специальных технологий. Кроме того, для расширения возможностей диагностики, лазерный осветитель следует дополнить оптическим интерферометром, что, в свою очередь, требует проведения дополнительных исследований.
Целью работы является комплексное изучение физических процессов, влияющих на энергетические, временные и оптические характеристики излучения в TEA азотном лазере, разработка и апробация лазерного интерферометра на импульсных плазменных установках, а также оптимизация конструкции многоканального осветителя и методов его синхронизации с короткоживущими плазменными объектами. Для этого необходимо: Провести исследование пространственной структуры и динамики
развития поперечного наносекунд ного разряда в канале азотного лазера, а
также границ его устойчивости при атмосферном давлении и различных
значениях перенапряжения между электродами.
Провести исследование влияния параметров электрического возбуждения, элементов конструкции и геометрии разрядного промежутка на энергию излучения и временные характеристики TEA азотного лазера.
Разработать экспериментальный образец TEA азотного лазера и провести комплексное исследование его рабочих характеристик; применить разработанный лазер для визуализации быстропротекающих процессов в плазме импульсных разрядов различного типа.
Разработать лазерный интерферометр для исследования плазменных объектов с большими градиентами электронной плотности и апробировать его при диагностике плотной короткоживущей плазмы, формируемой сильноточным микропинчевым разрядом.
Оптимизировать методы синхронизации TEA азотного лазера с плазменными объектами наносекундной длительности и разработать оптимальную конструкцию многоканального лазерного осветителя.
В первой главе диссертации проводится обзор результатов экспериментального исследования ультрафиолетовых (Я=337 нм) электроразрядных лазеров на молекулярном азоте. Основное внимание уделено лазерным осветителям с поперечным возбуждением при атмосферном давлении, их характеристикам, конструкциям и применению для диагностики импульсной плазмы.
Большое значение для повышения эффективности работы TEA азотного лазера представляет увеличение скорости ввода электрической энергии в поперечный разряд, использующийся для накачки активной среды. Важным элементов конструкции лазера, оказывающим непосредственное влияние на этот процесс, является генератор импульсных напряжений (ГИН). В связи с этим, в конструкции TEA азотного лазера предпочтительно применять ГИН на плоской формирующей линии Блюмляйна, который обеспечивает очень высокие скорости нарастания разрядного тока.
Серьезной проблемой является также низкая устойчивость объемного разряда в канале TEA азотного лазера. Создание некоторой предварительной
ионизации разрядного промежутка и перенапряжения на электродах приводит к объемной форме протекания разрядного тока и определяет особенности получения лазерной генерации. Разработаны эффективные методы стабилизации локальных неустойчивостей, которые имеют большое практическое значение для формирования мощного безыскрового разряда. Хотя полученные данные достаточно хорошо согласуются с моделью многоэлектронного инициирования, объясняющей объемное протекание тока, полного представления о механизме формирования объемного самостоятельного разряда при атмосферном давлении нет.
Во второй главе приводится описание макета TEA азотного лазера, выполненного на основе плоской формирующей линии Блюмляйна, а также выбранных (в соответствии с целью работы) средств и методов диагностики. Данные методики были использованы для:
исследования режимов наносекундного разряда, формируемого в канале TEA азотного лазера;
исследования влияния физических параметров в TEA азотном лазере на энергию излучения;
исследования энергетических, временных и оптических характеристик разработанного экспериментального образца TEA азотного лазера.
В третьей главе описаны результаты экспериментальных исследований режимов возбуждения и характеристик лазерного излучения вышеизложенными методами.
Четвертая глава посвящена результатам применения разработанного TEA азотного лазера для диагностики плазмы в импульсных разрядах различного типа. Приводятся также результаты создания конструкции многоканального лазерного осветителя.
В заключении сформулированы основные выводы из диссертации.
Методы возбуждения и конструкции электроразрядных азотных лазеров
Для импульсной накачки используется мощный электрический разряд, равномерно заполняющий плазмой канал лазера. Лазерный импульс формируется на переднем фронте импульса разрядного тока, который может либо совпадать с направлением излучения (продольный разряд), либо протекать перпендикулярно к нему (поперечный разряд). Высокая скорость ввода электрической энергии в разряд, необходимая для обеспечения инверсной заселенности уровня С Зтги с очень малым временем жизни, вводит ограничения на допустимые значения индуктивности и активного сопротивления разрядного контура. Таким образом, самая важная роль в конструкции азотного лазера отводится системе передачи в разрядный объем электрической энергии, запасаемой конденсатором. Это приводит к применению низкоиндуктивных соединений и конденсаторов, а также коммутаторов с максимально коротким временем переключения. Кроме того, разработаны азотные лазеры, в которых активная среда возбуждалась продольным пучком электронов. Наиболее важным элементом их конструкций [33J является электронная пушка, формирующая электронный пучок с длительностью 3-30 не. Несмотря на малую производительность таких лазеров, получены импульсы лазерного излучения с пиковой мощностью до нескольких десятков мегаватт. Однако значительная сложность конструкции ограничила их применения в диагностике.
Азотные лазеры с продольным возбуждением обычно работают при низком давлении 1—30 тор. Несмотря на это, при значительной длине разрядного промежутка (20 - 50 см) для получения высокой мощности излучения используются большие напряжения, которые формируются с помощью импульсных трансформаторов и коммутаторов на водородных тиратронах. Это значительно увеличивает индуктивность разрядного контура и ограничивает возможность уменьшения длительности лазерного импульса. Генерация впервые наблюдалась Хердом в разрядной трубке длиной 5 см и внутренним диаметром 2 мм [14,15]. На торцах трубки были установлены электроды с отверстиями по оси для выхода лазерного излучения. Электрическая энергия запасалась в низкоиндуктивном конденсаторе (емкость порядка единиц нанофарад) и, после коммутации при помощи искрового разрядника или водородного тиратрона, передавалась в разрядную трубку. Максимальная выходная мощность составила величину 10 Вт при длительности импульса 20 не. Теоретический анализ работы лазера с продольным возбуждением проведен в работе [34]. Были получены экспериментальные данные о взаимосвязи напряжения, формы импульса тока и выходной мощности. Дальнейшие работы [35-37] привели к созданию простых, надежных и компактных конструкций коаксиальных лазеров малой мощности ( 1000 Вт), хорошо зарекомендовавших себя при работе в частотном режиме (см. таблицу 1.4). Увеличение импульсной мощности в азотных лазерах с продольным возбуждением достигнуто при использовании линии магнитного сжатия, которая сокращала длительность возбуждающего импульса [38, 39].
Более высокие значения энергии излучения 0,1 - 2 МВт достигнуты в лазерах с поперечным возбуждением. Лазеры этого типа работают как при низких давлениях (10-80 тор), так и при высоких давлениях (вплоть до 5 атм). Для накачки обычно применяют вариант возбуждения, при котором пробой разрядного промежутка осуществлялся одновременно вдоль всего лазерного канала. Режим бегущей волны, при котором фронт возбуждения разрядного тока (т.е. инверсия) распространяется вдоль лазерного канала с фазовой скоростью равной скорости света, рассматривается в разделе 1.2.3.
Автором первой конструкции азотного лазера с поперечным возбуждением был Леонард [25]. Разрядный канал лазера был образован двумя металлическими электродами, установленными параллельно друг другу с зазором 1-3 мм (рис. 1.2 а). Один из электродов был сплошной, а другой состоял из 128 однотипных секций. Каждая секция соединялась коаксиальным кабелем с общим низкоиндуктивным конденсатором. Мощность лазерного излучения повышалась пропорционально увеличению длины секционированного электрода, достигая своего максимального значения -200 кВт при длине лазерного канала равной 2 метра. Длительность лазерного импульса была равна 20 не. В лазерной кювете поддерживалось оптимальное давление 20 тор. В работе [40] для получения более однородного разряда использовалась поперечная прокачка газа. В результате выходная мощность лазера увеличилась до 700 кВт при длительности импульса 9 не и частоте повторения 10 Гц.
Принципы работы электроразрядного модуля и синхронизация с внешними устройствами
Основное напряжение UQ прикладывалось к крайним электродам. Средний (управляющий) электрод был установлен на фторопластовые изоляторы и находился под промежуточным напряжением LV2, которое обеспечивалось за счет подключения омического делителя. Регулируемые зазоры в разрядных промежутках выбиралась такой величины, чтобы напряжение на электродах было немного ниже напряжения статического пробоя. В результате подачи на средний электрод высоковольтного управляющего импульса происходило усиление электрического поля в одном из промежутков. Это вызывало последовательный пробой разрядных промежутков при напряжении, которое значительно превышало напряжение статического пробоя.
Узкий протяженный канал лазера был образован двумя рельсовыми электродами с цилиндрическими разрядными поверхностями (R = 0,5 см) и имел максимальную длину 60 см. В качестве материалов электродов использовались дюралюминий, медь и латунь. В работе варьировались расстояние между электродами ((/ = 2-5-6 мм, точность регулировки -0,1 мм) и их длина (/ = 5-гбО см). Таким образом, длина электродов всегда значительно превышала расстояние между ними. В ряде экспериментов длинный канал лазера был разделен на разрядные секции (/=14см), что позволило повысить точность юстировки и в более широких пределах изменять геометрию разрядного промежутка.
Для уменьшения индуктивности разрядного контура обеспечивался прямой контакт электродов с полосковой линией Блюмляйна. Дополнительно к этому условию в экспериментах осуществлялась предварительная УФ ионизация основного разрядного промежутка. Источником излучения для инициирования начальных электронов служил вспомогательный скользящий разряд, развивавшийся непосредственно в зоне разрядного промежутка. С этой целью под разрядными поверхностями электродов фольга выступала на величину 2 мм в направлении к оси лазерного канала, образуя дополнительные коронные электроды (рис.2.5). Их острые кромки плотно прилегали к поверхности изолятора полосковой линии Блюмляйна. Ширина изолятора между коронными электродами изменялась в диапазоне q = 5-:-20 мм.
Поперечное сечение лазерного канала: основные (1) и коронные (2) электроды
При изготовлении электродов основная трудность была связана с устранением в разрядном промежутке локальной неоднородности электрического поля. Выполнение этого условия требовало высокой точности изготовления разрядных поверхностей электродов, которая обычно обеспечивалась очень тщательной механической обработкой. В ходе работы был предложен и испытан простой способ изготовления электродов, который позволил отказаться от токарно-фрезерных операций. Суть его заключалась в использовании в качестве разрядной поверхности U-образно изогнутой полоски латунной фольги. Конструкция такой электродной системы показана на рис. 2.6. С Электродная система с разрядными поверхностями, изготовленными из фольги 2.1.4. Лазерная кювета
Первый вариант лазерной кюветы был выполнен в виде блока из органического стекла (плексигласа) с размерами 700x120x22 мм", в котором размещалась электродная система (рис. 2.7). Электроды крепились к стенкам кюветы с помощью винтов, которые одновременно служили для регулирования ширины разрядного промежутка.
Влияние физических параметров на энергию лазерного излучения
Комплексное исследование оптических, энергетических и временных характеристик излучения TEA азотного лазера, а также их зависимости от режимов возбуждения потребовало применения разнообразных диагностик, основная часть которых описывается ниже.
.Средства и методы первичной диагностики наносекунд ного разряда Для исследования режимов разряда, кроме визуальных использовались следующие методы диагностики: фотоэлектрическая регистрация спонтанного и вынужденного излучений разряда; электротехнические измерения импульсных напряжений и токов с наносекундным временным разрешением; фотографирование интегрального свечения разряда.
Фотоэлектрическая регистрация. При поиске фотоприемника, который должен был обеспечить регистрацию излучения наносекундного разряда в канале TEA азотного лазера, проводился сравнительный анализ временного разрешения и области спектральной чувствительности нескольких марок фотоэлектронных умножителей [106]. В результате был выбран ФЭУ-30, поскольку он позволял регистрировать излучение ультрафиолетового диапазона, и имел наименьшее время нарастания импульса анодного тока. Основные технические данные ФЭУ-30 приведены в таблице 2.3
Время нарастания импульса анодного тока, не 3 Спектральная характеристика сурьмяно-цезивого (Sb - Cs) фотокатода ФЭУ-30 представлена на рис. 2.13, где символом г обозначен квантовый выход фотокатода. Величина Т равна единицам процента и определяется из соотношения Ne=r\ Nty, где Л -число выбиваемых с фотокатода электронов, Л/ф - число падающих на катод фотонов.
Данные о чувствительности ФЭУ и фотокатода, приведенные в таблице 2.3, позволяют оценить коэффициент усиления динодной системы фотоумножителя к 1000/ (100 10" )=107. Величина к зависит от приложенного напряжения и, регулируя его, можно в широких пределах изменять чувствительность измерений, обеспечивая работу фотоэлектронного умножителя в линейном режиме. Кроме того, чувствительности измерений зависит от ширины щели Ь, устанавливаемой перед фотокатодом фотоумножителя, поскольку амплитуда импульсов напряжения, регистрируемых на экране осциллофафа, пропорциональна потоку излучения, падающему на фотокадод где / - интенсивность падающего излучения.
Для питания ФЭУ-30 использовался стабилизированный высоковольтный выпрямитель, обеспечивающий постоянное напряжение 1-2 кВ при потребляемом токе до нескольких миллиампер. Импульсное излучение разряда преобразовывалось с помощью ФЭУ-30 в электрический сигнал, который затем поступал на вход скоростного осциллографа С7-І0Б. Позже этот осциллограф был заменен более новой моделью С9-4А. Оба осциллографа имели ждущий режим синхронизации и позволяли работать с развертками вплоть до значения 1,25 н/см. Их общий недостаток заключался в отсутствие запоминающего режима. В результате чего, приходилось применять фиксирование осциллограмм на фотослой.
При работе с осциллографом С7-10Б фотографирование производилось с экрана контактным способом с помощью фотоприжимного устройства. Использовалась фотопленка РФ-3 с чувствительностью 1500 единиц. После экспонирования пленка проявлялась в универсальном проявителе УПК-1. Время проявления - 8 минут. Перед проведением экспериментов данная методика была апробирована при регистрации наносекундных прямоугольных импульсов, подаваемых на осциллограф от генератора Г5-48.
Недостаток контактного фотографирования осциллограмм связан с отсутствием возможности для оперативного наблюдения за экраном осциллографа. Альтернативный вариант регистрации заключался в использовании зеркальной фотокамеры «Зенит-Е», с установленным на ней короткофокусным объективом, В этом случае исследуемые сигналы подавались на осциллограф С9-4А, для которого на основе ЭОП специально был изготовлен дополнительный усилитель яркости.
На стабильность работы ФЭУ влияли высокочастотные электромагнитные поля, которые возникали в результате высоковольтного пробоя в электроразрядном канале лазера. Для уменьшения уровня наводок фотоумножитель вместе с делителем напряжения помещались в металлический экран, который заземлялся. Экранировались и сигнальные кабели, а сами экраны также заземлялись. При этом выбор точек заземления исключал образование контуров, чувствительных к высокочастотным полям и разности потенциалов земли. Таким образом, в результате принятых мер, уровень внешней наводки удалось снизить до величины, при которой отчетливо регистрировался полезный сигнал.
Электротехнические измерения напряжений и токов. Исследование высоковольтных импульсов напряжения наносекундной длительности проводилось с помощью емкостного делителя, электрический сигнал с которого подавался на скоростной осциллограф С7-10Б (С9-4А). При изготовлении емкостного делителя использовалась незначительно измененная конструкция делителя, описанного в работе [І07]. Отличия связаны с геометрией размещения конденсатора С\ в высоковольтном плече делителя и применением в низковольтном плече плоского конденсатора Сг, выполненного из пластины двухстороннего фольгированного стеклотекстолита (рис.2.14), что в целом упростило конструкцию.
Визуализация процессов в высоковольтном искровом разряде атмосферного давления
Экспериментальный образец TEA азотного лазера изготовлен на основе конструкции электроразрядного модуля, описанного в разделе 2.1. Разрядный канал лазера имел длину 1=60 см, при ширине разрядного промежутка /=3,5 мм, и был установлен в негерметизированную кювету, изготовленную из плексигласа (органического стекла). Лазерная кювета соединялась шлангом с патрубком, расположенным на передней панели лазера. Все элементы разрядного модуля были установлены в блок из плексигласа, на верхнем основании которого размещались схемы источника питания и остальные детали лазера. Высоковольтный источник постоянного напряжения собран по схеме, которая уже рассматривалась раньше (рис 2.10). Габаритные размеры лазера 750x650x160 мм. Внешний вид лазера представлен на рис. 4.1. После регулировки электродной системы, которая заключалась в установке постоянной ширины зазора между электродами, в лазерном канале был сформирован объемный безыскровой разряд. Величина напряжение питания формирующей линии лазера была выбрана равной /о=21 кВ. В качестве источника рабочего газа использовался сосуд Дыоара с жидким азотом. В системе прокачки применен нагреватель, для начального подогрева азота перед поступлением его в лазерную кювету. Это позволило избежать конденсации паров на подводящем шланге и крышке кюветы. В результате подачи азота в лазерную кювету получена генерация в однопроходном режиме, без установки зеркал. Для синхронизации лазера с внешними устройствами применялся электронный блок, описанный в разделе 2.2.
При использовании TEA азотного лазера для диагностики быстр опротекающих процессов в плазме необходима информация о «мертвом времени» (аппаратной задержке) лазера и точности его синхронизации с импульсными объектами. Поскольку появление лазерного импульса всегда совпадает с фронтом импульса тока, очевидно, что аппаратная задержка и разброс лазера определяются временными параметрами разрядника. Определение и оптимизация этих параметров проводилась с помощью методик, применявшихся до этого при исследовании электрических характеристик разряда. Измерялось время задержки пробоя в разряднике относительно высоковольтного импульса, подаваемого на его управляющий электрод tp, и нестабильность (разброс) момента пробоя Д tp.
При напряжении «самопробоя» (статического пробоя) разрядника, равного 22,5 кВ получены следующие результаты: гр 100 не, А /р ±15 не. Из этих результатов следует, что в области малых задержек (-10-20 не) временные характеристики разрядника не обеспечивают достаточной точности при использовании нескольких однотипных лазеров в многоканальной конструкции. Однако в одноканальном варианте разработанный лазер может использоваться для диагностики широкого класса импульсных объектов. Для управления разрядником использовался электронный блок синхронизации на высоковольтном тиратроне ТГИ 400/16 (см. раздел 2.2). Применение высоковольтного тиратрона позволило повысить надежность системы синхронизации по сравнению со схемами на полупроводниковых элементах. Режим, в котором использовался тиратрон, по ряду параметров отличался от паспортного режима. На управляющую сетку подавался импульс напряжения с максимальной амплитудой, равной 550 В, и скоростью нарастания 2-Ю9 В/с от специального формирователя. В схеме формирователя использовался режим лавинного пробоя транзистора КТ 940Л. Повышение накала привело к уменьшению задержки зажигания тиратрона и снижению нестабильности его запуска. Такой же результат получен при увеличении амплитуды и скорости нарастания импульсного напряжения, которое подавалось на сетку тиратрона. Уменьшение электрической прочности было компенсировано снижением напряжения на аноде. Временные характеристики оптимизированной схемы синхронизации представлены на рис. 4.2.
