Dokument: Optimization of
Microwave-Excited CO2 Laser System and Generation of
Pulsed Optical Discharges in Strong Magnetic Fields

Titel:	Optimization of Microwave-Excited CO2 Laser System and Generation of Pulsed Optical Discharges in Strong Magnetic Fields
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=2178
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20021121-000178-5
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Han, Sang-Choll [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 1,38 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.02.2007 / geändert 09.02.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Uhlenbusch, Jürgen [Gutachter] Prof. Dr. Willi, Oswald [Gutachter]
Stichwörter:	CO2-Laser, Laserprodutiertes Plasma,gepulste optische Entladung, Magnetfeld, Helium, Plasma, Stark, Elektronendichte, einfachionisiertes HeliumCO2 Laser, Laser-Produced Plasma, Pulsed Optical Discharge, Magnetic field, Helium, Plasma, Stark, Electron density, Singly ionized helium
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	In der vorliegenden Arbeit werden die Strahlausbreitung und die Verstärkung eines CO2-Laserstrahls in einem CO2-Laseroszillator -Verstärkersystem berechnet und optimiert. Dabei werden das nicht -homogene Verstärkungsprofil des aktiven Mediums, Beugungseffekte an Blendenöffnungen und eine zeitabhängige Kleinsignalverstärkung berücksichtigt und die Fokusgröße berechnet. Der Gasdruck des Verstärkers und eine gepulste Mikrowellenanregung werden numerisch und experimentell untersucht und optimiert. Die Laserpulse haben folgende Parameter: Halbwertsbreite 80 ns, Energie 80 mJ, Wiederholfrequenz 6 kHz, Pulsspitzenleistungen 0,25 MW bzw. 0,6 MW im Vorpuls bzw. im Hauptpuls und eine Pulsspitzenintensität 4x10^14 Wm^(-2) im Fokus. Mit diesen Laserpulsen wird eine gepulste optische Entladung im Helium gezündet. Es wurde ein Spektrograph in Seya-Namioka-Anordnung aufgebaut und die Elektrondichte der Entladung spektroskopisch mit Hilfe der Starkverbreitung der Paschen-alpha und der Balmer-alpha -Linie des Helium II bestimmt. Es wurde der Einfluss eines magnetischen Feldes von 8 T auf die Form des Plasmas und auf die Elektronendichte untersucht. Mit Magnetfeld tritt die Zündung zu einem früheren Zeitpunkt im Laserpuls auf. Ohne Magnetfeld zündet das Plasma bei einem Druck von 600 hPa währen des Hauptpulses und erzeugt eine maximale Elektronendichte von 2,5x10^24 m^(-3). Bei einem höheren Arbeitsdruck von 800 hPa oder beim Magnetfeld von 8 T, tritt die Zündung bereits im Vorpuls auf und die Elektronendichte weist zwei aufeinander folgende Maxima auf. Während des Hauptpulses ist die Elektronendichte dann geringer und die Temperatur niedriger im Vergleich zur Zündung während des Hauptpulses. Neben einer früheren Zündung ist auch eine Elongation des Plasmas durch das Magnetfeld feststellbar. Durch Kopplung eines Stoßstrahlungsmodells mit einem einfachen Magnetohydrodynamischen Modell wurde das zeitliche Verhalten von Elektronendichte und Elektronentemperatur so wie die Besetzungsdichten der einzelnen Heliumniveaus berechnet. In the present work the beam propagation and amplification of a CO2 laser oscillator-amplifier system is calculated and optimized including laser oscillator, beam expander, amplifier, and focus size. The inhomogeneous gain profile of the active medium, diffraction effects due to the apertures, and transient small signal gain coefficient are considered. The operating gas pressure of the amplifier is optimized and the pulsed microwave excitation of the active medium is numerically and experimentally studied. The laser pulse parameter were the following: duration of 80 ns FWHM, 80 mJ in energy, 6 kHz in repetition rate, 0.25 MW and 0.6 MW in peak powers of pre- and main pulse, and 4x10^14 Wm^(-2) in peak intensity at the focus. With this laser system a pulsed optical discharge in helium is produced. A Seya-Namioka spectrometer is constructed, and the electron density of the discharge is spectroscopically determined by the Stark broadening of the He II Paschen-alpha and Balmer-alpha lines. The influence of a magnetic field of 8T on the electron density and the shape of the plasma is examined. In the presence of the magnetic field the ignition occurs earlier in the laser pulse. At a pressure of 600 hPa and in the absence of the magnetic field the plasma ignites at the main pulse duration, giving one maximum electron density of 2.5x10^24 m^(-3). At a higher pressure of 800hPa or in the presence of the magnetic field of 8 T, ignition occurs in the course of pre-pulse and the time evolution of the electron density has two humps. Then the main pulse produces a less dense and less hot plasma compared to the case of no ignition during the pre-pulse, which is mainly due to the decreasing absorption that is a function of ne^2. In the presence of the magnetic field the shape of the plasma is elongated. The calculation of collisional-radiative model coupled with a simple MHD model shows the temporal behavior of the densities of electron and ions and the level densities of a singly ionized helium.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik
Dokument erstellt am:	21.11.2002
Dateien geändert am:	12.02.2007
Promotionsantrag am:	21.11.2002
Datum der Promotion:	21.11.2002