氮分子激光相关实验
电偶极子2022/08/08强激光 IP:江苏


  之前的帖子中介绍了一种TEA氮分子激光器以及制作方法,这里就不再赘述。

  教程中也提到了氮分子激光脉宽短,峰值功率高的特点。在1atm工作时,脉宽往往只有数百ps,而峰值功率可以轻松达到数十千瓦至数百千瓦。随气压提高,脉宽会变窄,这是由于氮分子自发辐射寿命缩短。之前看到别人的作品,在6 atm工作,脉宽仅55ps,峰值功率220kW。

给大家看一下我的作品(1atm)的输出效果吧。


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放电通道


VID_20220808_202306.mp4 点击下载

在金属表面打出的等离子体


VID_20220808_202544.mp4 点击下载

在石墨表面产生的等离子体

激光照射之后材料的表面会留下一些痕迹。石墨表面的等离子体就是依靠激光的热效应。金属略有不同,是激光先产生表面等离激元,再吸收激光的能量,形成可观的等离子体。

 


来自:物理高能技术 / 强激光
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~~空空如也
月下孤狼
1年8个月前 IP:广东
906668

作为老科技爱好者表示这是第一次看到有做氮分子激光器能实现烧灼物品效果的帖子,数十年来,我看到的不论国内外,关于这种激光器的制作也好,演示也好,基本上没什么威力(尽管作者会强调其峰值功率很高。。。)。

不过我作为一个脉冲激光领域的外行想问下,这种激光器相对我们爱好者更熟悉的是YAG激光器,红宝石激光器之类的脉冲激光,是不是效率更低?但由于成本低,所以只要激励电能很高,意味着实际上可以输出比它们更高的功率(只是受限于爱好者条件,实际演示效果远不如固体脉冲激光器?)

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月下孤狼
1年8个月前 IP:广东
906669

我作为一个高压脉冲功率领域的爱好者对这种纯粹用氮气或者空气就能实现的激光器非常感兴趣!!但是根据你的一些帖子,我了解到,使用纯空气是很难达到你视频的效果的。那么如果我想方设法把电压上升速度加的非常非常快呢?

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电偶极子作者
1年8个月前 IP:江苏
906675
引用月下孤狼发表于2楼的内容
我作为一个高压脉冲功率领域的爱好者对这种纯粹用氮气或者空气就能实现的激光器非常感兴趣!!但是根据你的...

提高电压的上升速度可以使用增压火花隙,缩短弧柱,从而降低电感。但是即使这样,在空气中的效果还是很差,容易产生电弧,破坏辉光放电通道,而且在空气运行时氧气解离为原子会严重腐蚀通道,大大降低寿命。所以真的不建议长时间放在空气中运行。

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电偶极子作者
1年8个月前 IP:江苏
906676
引用月下孤狼发表于1楼的内容
作为老科技爱好者表示这是第一次看到有做氮分子激光器能实现烧灼物品效果的帖子,数十年来,我看到的不论国...

关于激光效率,应该是YAG>红宝石,氮分子不清楚。然而实际上氮分子激光器的峰值功率是远高于YAG和红宝石的。不加q开关的话YAG激光功率往往在千瓦级别,而体积更小的氮分子可以轻松几十到100kW。只是YAG脉宽可以达到毫秒量级,而氮分子激光只有几百ps,因此能量远小于YAG。另外一种能量和功率都很大的激光器,就是TEA二氧化碳激光。它的脉冲能量在焦耳级别,脉宽可以到50ns,曾经看到过别人的作品峰值功率达到100兆瓦

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月下孤狼
1年8个月前 IP:广东
906720
引用电偶极子发表于3楼的内容
提高电压的上升速度可以使用增压火花隙,缩短弧柱,从而降低电感。但是即使这样,在空气中的效果还是很差,...

哦哦,你获得纯氮气是使用吸氧物质去除氧气吗?还是说专门搞了纯的氮气。直接用空气主要是感觉比较简单。我看你之前发的贴子有提到过你做过一个空气版本的运行,也能在铁上打出火花。从气体放电原理角度,我认为杜绝弧光放电模式也许用人工线,同轴线等储能代替电容储能,特征阻抗匹配辉光放电的等效阻抗(尽管目前的平行板电容本质也是传输线,但特征阻抗很低,足以支持弧光放电)。使用传输线作为储能器件,只有负载阻抗和特征阻抗一致时才能释放最大功率,意味着放电很难继续往低阻抗的趋势去发展。也许我们需要知道大概的辉光放电模式,放电通道大概的等效电阻。


另一方面我想了解下,氮分子激光器只能脉冲工作,但我没看到有高重复频率的氮分子激光器演示,从理论上上来说达到几百到到几千赫兹应该是可以的,将气体放电开关改为固态开关,使用快边沿的脉冲变压器直接驱动放电通道。这样,尽管单个脉冲的能量很低,但是我们把氮分子激光器的重复频率提上来,应该有所弥补吧。


此外,对于你所演示的在铁上打出等离子体,我想了解下,如果放一个气球在那个地方,会被打破吗?这种激光的光束质量你提到比较差,那么是否意味着实际上在材料加工等场合其实是不太适合的(尽管波长很短)


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电偶极子作者
1年8个月前 IP:江苏
907212
引用月下孤狼发表于5楼的内容
哦哦,你获得纯氮气是使用吸氧物质去除氧气吗?还是说专门搞了纯的氮气。直接用空气主要是感觉比较简单。我...

实际上即使阻抗很低也足以达到辉光放电的需要,将导轨打磨的更加平滑即可。10厘米的长度下很容易做到完全辉光放电的。如果放电距离过长可以采用分段电极的形式避免弧光放电,每一段长度根据运行气压确定。条件再好的话使用电晕预电离也可。但是对于不太长的距离,不太高的气压(比如有个大气压),往往不需要这些措施。以上这些是从文献中了解的知识。根据我实际操作的经验,还有两点措施可以避免弧光放电。第一,纯氮气中的放电通道比空气中均匀,不易过渡到弧光放电。第二,重复频率不要太高,否则也容易产生电弧。不过其中的原理我也不清楚捏。还有刚刚提到的脉冲变压器,目前使用广泛的氮分子激光,包括超辐射模式和行波激励模式运行的,暂时都是使用的气体开关,因为首先要保证电流上升速度,还要保证峰值电流,这个电流往往可以达到数十千安,这种情况下应该还是火花隙比较合适。还有,其实这种激光打不破气球的!脉宽太短了,激光的能量都被等离子体吸收。能量和峰值功率高很多的调Qyag激光,也打不破气球(即使是黑色的),反而几十mw的绿色激光笔可以轻松打破。

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电偶极子作者
1年8个月前 IP:江苏
907213
引用月下孤狼发表于5楼的内容
哦哦,你获得纯氮气是使用吸氧物质去除氧气吗?还是说专门搞了纯的氮气。直接用空气主要是感觉比较简单。我...

气体使用的是99.999%的高纯氮气,否则杂志气体很容易影响激光能量。提高光束质量的话可以加一个谐振腔,有一定的选模作用。

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