Способ определения температуры электронов в плазме активного элемента лазера
633429
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДИИЛЬСТВУ (6)) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 21.0З.77 (2t) 24641З1д8-2S с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл.
Н 0S Н 1/00
Гесудврвтввнный «омвтвт ссср аа делам нэобратвннй н вткрытнй
Опубликовано 25.06.79. Бюллетень № 2З (5З) УЙК 621.039. .667.6 (088.8) Дата опубликования описания 29.06.79 (72) Авторы изобретения
В. Е. Привалов и Я. А. Фофанов (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЭЛЕКТРОНОВ
В ПЛАЗМЕ АКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА Не — Ne ЛАЗЕРА
Изобретение относится к области диагностики плазмы и может быть использовано для определения температуры электронов в плазме акпвного элемента работающего Не — Ne лазера.
Не — Ne лазеры находят все большее применение в науке и технике. Процессы, происходящие в плазме активного элемента, оказывают существенное влияние на параметры излучения Не — Ne лазеров. Поэтому изучение этих процессов необходимо при разработке Не — Ne лазеров, отвечающих современным требованиям науки и техники.
Температура электронов в плазме активного элемента газового лазера является важной физической величиной, знание которой необходимо при исследовании плазмы активного элемента газового лазера. В настоящее время наблюдается тенденция к уменьшению габаритов Не — Ne лазеров.
Так, например, в волноводном He — Ne лазере внутренний диаметр капилляра активного элемента составляет 0,1 мм.
Известны способы определения температуры электронов в плазме, основанные на измерении величины затухания отраженной, прошедшей или рефрагирующей электромагнитной волны. и увеличення ширины линии рассеянной электромагнит.ной волны (1) . Недостатками этих способов является сложность аппаратуры и интерпретации полученных данных, а также то, что они могут применяться, когда размер плазменного образования значительно превосходит длину волны.
Наиболее близким к предлагаемому является способ определения температуры электронов в плазме Не — Ne лазера с помощью электрического зонда (2) .
Он заключается в следующем.
В исследуемую плазму погружают металлический зотщ. Меняя напряжение на зонде, снимают вольт-амперную характеристику зонда. По параметрам последней с помощью известной формулы рассчитывают температуру электронов в исследуемой плазме.
Однако этот способ также несовершенен, так как обеспечивает измерение температуры электронов только в тех активных элементах, в которых установлен зонд. Установка зонда произво- дится в процессе изготовления активных элементов и является достаточно сложнои операцией.
Указанным способом невозможно измерение тем.
633429
Ы
45
55 пературы электронов в активных элементах с диаметром капилляра 1 мм.
Зонд вносит возмущение в плазму, что может существенно исказить результат измерений. Введение зонда вызывает значительные дифракционные потери, что делает невозможным применение данного способа для измерений температуры электронов в тонких капиллярах работающих лазеров и, кроме того, такой способ требует . сравнительно длительных измерений для снятия 1О вольт-амперной характеристики зонда.
Цель изобретения — упрощение способа сакра щения времени измерений, исключения дифрак-, где:
О, — установившееся значение напряжения на активном элементе; е<> — заряд электрона;
С вЂ” емкость разряда;
v — частота реактивных колебаний в начальной стадии;
3 — установившееся значение тока через активный элемент;
܄— подвижность ионов при слабых полях при P= 1 мм рт.ст;
U; . потенциал ионизации; р -- дифференциальное сопротивление активного элемента;
R — балластное сопротивление; — постоянная Больцмана
На чертеже изображена блок-схема устройства, ири помощи которого реализуется предлагаемый способ.
Анод активного элемента 1, в плазме которого определяется температура электронов, соединяетсм через балластное сопротивление 2 с источникам 3 питания. Катод активного элемента 1 соединяется с источником 3 питания через катодное сопротивление 4 и миллиамперметр 5. Частотомер 6, измеряющий частоту реактивных колебаний, соединен с катодным сопротивлением 4.
Вольтметр 7 соединен с электродами активного элемента l.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
Меняя параметры цепи источник 3 питания— активный элемент 1 возбуждают реактивные колебания в начальной стадии и измеряют их частоту, установившееся значение напряжения на активном элементе 1, емкость разряда, установив-. шееся значение тока через активный элемент 1 и дифференциальное сопротивление активного элемента 1. ционных потерь и расширение диапазона исследуемых приборов.
Это достигается тем, что путем подбора параметров цепи источник питания — активный элемент возбуждают реактивные колебания в начальной стадии, измеряют частоту реактивных колебаний, установившееся значение напряжения на активном элементе, емкость разряда, установившееся значение тока через активный элемент, дифференциальное сопротивление активного элемента и определяют температуру по формуле:
Знание этих величин позволяет вычислить тем-: пературу электронов в активном элементе. Используя выражение для частоты начальной стадии реактивных колебаний можно получить соотношение, связывающее температуру электронов в плазме активного элемента с частотой реактивных колебаний.
Для реализации предлагаемого способа не тре. буется каких-либо конструктивных изменений в акпшном элементе. С помощью предлагаемого способа можно измерять температуру электронов практически в любом активном элементе работающего Не — Ne лазера, так как при этом не вносятся дифракционные поте15и и возмущения в плазму. Емкость разряда и дифференциальное сопротивление активного элемента могут быть определены заранее для каждого активного элемента.
Время, необходимое для измерений, определяется временем счета частотомера и временем измерения установившегося значения напряжения на активном элементе. При использовании, например, частотомера типа 43 — 34 А и высокоомного вольтметра время измерений может составлять не более нескольких секунд. Это позволяет проводить измерения в тех случаях, когда по условиям эксперимента температура электронов меняется с течением времени, например, при изменении режима рабаты лазера.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет упростить способ измерения температуры электронов в плазме активного элемента Не — Ne лазера, сократить время измерений, исключить дифракционные потери и расширить диапазон исследуемых приборов.
Формула изобретения
Способ определения температуры электронов в плазме активного элемента Не — Ne лазера, от личающийся тем, что, с целью упрощения спо633429
З,-f 13
1QQ e C 4 -Я b e U (3+Я(1+ — ф (ф + g)) Те
-1 1 з э ь,4(1>p(< ó ÿ) (я + ц 8
Составитель А. Бишаев
Редактор Т. Колодцева Техред Jl. Алферова Корректор В. Синицкая
Заказ 3683/48 Тираж 943 Подписное
EIHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва,.Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 со0а сокращения времени измерений, исключения дифракционных потерь и расширения диапазона исследуемых приборов,.путем подбора параметров цепи источник питания — активный элемент возбуждают реактивные колебания в началь- s ной стадии, измеряют частоту реактивных колегде
0е — установившееся значение напряжения на а ТКВНоМ элементе; ее — заряд электрона;
Ср — емкость разряда; — частота реактивных колебаний в началь- щ ной стадии;
". — установившееся начение тока через активный элемент;
Ь вЂ” подвижность ионов при слабых полях при давлении 1 мм рт.ст;
Ut — потенциал ионизации;
6 баний, установившееся значение напряжения на активном элементе, емкость разряда, установившееся значение тока через активный элемент, дифференциальное сопротивление активного элемента и определяют температуру электронов по формуле
p — дифференциальное сопротивление активного элемента;
R — балластное сопротивление;
k — постоянная Больцмана.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Зондирование неоднородной плазмы электромагнитнымии волнами. Перевод с итальянского под редакцией грушина Л. А. М, Атомиздат
1973, с. 58.
2. Козлов О. В. Электрический зонд в плазме. М.,;Атомиздат, 1969, с. 180.
