عنوان پایان‌نامه
تولید پلاسمای یکنواخت توسط پیش یونش پلاسمای سطحی و کاربرد آن در لیزر گاز کربنیک تپی با انرژی حدود یک ژول
- رشته تحصیلی
- فیزیک-اتمی‌ملکولی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 5352;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72546
- تاریخ دفاع
- ۱۶ آذر ۱۳۹۴
- دانشجو
- پدرام عبدالقادر
- استاد راهنما
- عطا ملک قربان زاده
- چکیده
- در این پایان نامه یک سیستم پیشیونش جدید با استفاده از فن آوری فیبر مدار چاپی و کاربرد آن در یک لیزر گازکربنیک پالسی با انرژی خروجی حدود یک ژول معرفی می گردد. برای تولید پلاسمای تابان در حجم بزرگ، وجود یک تخلیه الکتریکی فرعی قبل از تخلیه اصلی مورد نیاز است، که به این تخلیهی فرعی پیشیونش می گویند. تاکنون روش های مختلفی برای ایجاد پیشیونش معرفی شده است، که هر کدام دارای مزایا و معایبی هستند. در این پروژه از فیبر مدار چاپی دوطرفه و ایجاد الگوهایی در یکی از رویه های فیبر به شکل جزایر کوچک و منزوی و صفحه ی مسی که این جزایر را احاطه کرده اند، استفاده گردید. جزیرهی منزوی دارای تقارن دایره ای می باشد که در واقع نقش یک جوشن آزاد خازن را ایفا می کند. رویه مس پشتی (پایینی) بعنوان جوشن دوم محسوب می گردد که به الکترود اصلی بالایی که به ولتاژ بالا وصل است، متصل می باشد. بقیه صفحه مسی در رویه بالایی فیبر، همزمان نقش الکترود تخلیه اصلی را نیز بازی می کند. بدین ترتیب الکترود پایینی تخلیه اصلی دارای صدها خازن کوچک می باشد که در زمان اعمال پالس الکتریکی شارژ شده و فضای بین جزیرهی منزوی و مس اطراف را می شکند، که به یک پلاسمای سطحییکنواخت بر روی رویه بالایی فیبر منجر می گردد. این تخلیه سطحی ضمن تزریق الکترون به محیط باعث فوتو یونش در سرتاسر حجم تخلیه اصلی از طریق تابش پرتوی فرابنفش نیز میگردد. رزناتور لیزر از یک آینه تمام بازتاب طلا با قطر دو اینچ و شعاع انحنای 10 متر و یک‌آینه نیم بازتاب ZnSe با قطر دو اینچ و ضریب بازتاب 70% و طول رزناتور معادل 60 سانتیمتر تشکیل شده است. استفاده از این روش منجر به تزریق انرژی 220 ژول در واحد لیتر و در فشار اتمسفر به پلاسمای اصلی و نیز انرژی خروجی لیزر در حدود 1.4 ژول گردید. از ویژگی های منحصر به فرد این پیشیونش قابلیت ارتقاء پذیری آن با افزایش دادن ظرفیت خازن های کوچک می باشد. با استفاده از افزایش ظرفیت خازنی پیشیونش، افزایش چگالی انرژی تزریقی به پلاسمای اصلی حتی تا مقدار320 J/L-Atm نیز امکان پذیرگردید. این پیشیونش برای حجم های تخلیه بزرگ و همچنین فشارهای بالا بسیار مناسب است. کلید واژه:لیزر پالسی گازکربنیک پیشیونش فیبر مدار چاپی پلاسمای سطحی تخلیه تابان.
- Abstract
- In this work a preionization technique using a specially patterned printed circuit board (PCB), and its application in a pulsed CO2 laser is introduced. In order to produce a uniform volume discharge at high pressures, a preionization prior to the initiation of main plasma is necessary. However, several important techniques have been developed and extensively employed in gas lasers so far, each of them suffer from the known drawbacks. The preionization introduced here consists of many tiny circularly formed isolated copper islands produced by lithography on the copper film of the upper side of PCB, which itself is used as a ground electrode of the main discharge. Each island is located within a cavity so as to produce a discharge gap of about 1 mm with the edge of the cavity. Indeed, each isolated island plays the role of a floating plate that together with the opposite copper film at the lower side of PCB consist a tiny capacitor. The lower side of PCB is electrically connected to the upper aluminum electrode that is constructed according to the Ernest uniform field profile. When a high voltage pulse is applied to the upper aluminum electrode and the lower side of the PCB, tiny capacitors are charged through the breakdown of the island- cavity edge gap, producing very uniform pre-ionizing plasma on the ground electrode of the main discharge. This surface plasma not only injects electrons into the discharge medium but also makes photoionization in the whole discharge volume by UV radiation. The laser 60 cm long resonator consists of a gold total reflector with radius of 10 m and a 70% transmission plane ZnSe output coupler. By using this preionization at specific energy deposition of 220 J/l-atm, 1.4 J of pulse energy is obtained. By more improvement of tiny capacitors we even obtained the uniform volume discharge at 320 J/l-atm of energy deposition. This preionization technique is very suitable for large volumes and multi atmospheric pressures where the conventional preionizations are not effective. Keywords:CO2 laser, pulsed discharge, preionization, PCB, surface plasma.
