Исследование активных сред кислородно-йодных лазеров

Внедрение: 2017 г.

Модуль E14‑440 был применён в экспериментальной установке для измерения концентраций электронно-возбуждённых атомов, молекул и исследования кинетики их взаимодействия в кислородно-йодном потоке [1].

Для определения констант скоростей реакций с участием электронно-возбуждённых частиц O₂(a¹Δ), O₂(b¹Σ), I*(²P_1/2) была разработана экспериментальная установка, позволяющая измерять пространственную эволюцию их концентрации вдоль проточного канала. Для измерения концентраций применялся метод эмиссионной спектроскопии при помощи абсолютно калиброванной системы "оптическое волокно – спектрометр".

Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 1. Газовый генератор синглетного кислорода (ГСК) создаёт поток c содержанием синглетного кислорода O₂(a¹) более 50 %. Поток пропускается через ловушку паров воды (ЛПВ), представляющую собой набор параллельных газопроточных каналов, погруженных в ванну с охлаждённым этанолом. Ниже по потоку последовательно располагаются два узла смешения (рисунок 2) для подачи в основной поток дополнительных газов (паров воды, углекислого газа, аргона, кислорода). Сразу после второго узла смешения установлен германиевый фотодетектор, снабжённый широкополосным фильтром и служащий для регистрации излучения перехода a–X (λ = 1268 нм) молекул O₂. Также после второго узла смещения установлен приёмный конец оптического волокна, ведущего к спектрометру, который регистрирует излучение перехода b–X (λ = 762 нм) молекулярного кислорода. 

Рисунок 1. Схема экспериментальной установки с газопроточной оптической диагностической секцией: 1 – ГСК; 2 – ЛПВ; 3 – узлы смешения; 4 – германиевый детектор; 5 – приёмный конец волокна для ввода излучения в монохроматор; 6 – инжектор молекулярного йода; 7 – оптико-диагностическая секция; 8 – подвижная каретка с приёмным концом волокна для ввода излучения в монохроматор; 9 – расходная шайба; 10, 11 – расходомеры; 12 – спектрометр M266; 13 – спектрометр Avantes‑2048; 14, 15 – датчики давления; 16 – АЦП E14‑440; 17 – ПК.

Рисунок 2. Ловушка паров воды и узел смешения с установленным германиевым детектором.

Основной поток через систему цилиндрических каналов далее поступает в оптико-диагностическую секцию (ОДС). Смесь молекулярного йода и аргона добавляется в основной поток через инжектор, выполненный в виде набора из девяти параллельных трубок.

Рисунок 3. Электронный датчик давления.

Приёмный торец двухканального оптоволоконного кабеля, примыкающий к стенке ОДС, мог перемещаться вдоль неё на каретке, приводимой в движение линейным транслятором. Один из выходных каналов кабеля соединялся с входной щелью спектрометра М266, который регистрировал излучение на переходе a–X (λ = 1268 нм) молекулы кислорода и на переходе ²P_1/2–²P_3/2 (λ = 1315 нм) атома йода. Второй канал соединялся с входом спектрометра Avantes‑2048, который регистрировал излучение на переходе b–X (λ = 762 нм) молекулы кислорода. 

Показания датчиков давления, расходомеров и германиевого детектора вводились в ПК при помощи АЦП E14‑440. В виде текстового файла записывалась временная зависимость параметров. 

Рисунок 4. Кислородно-йодный лазер.

Была разработана экспериментальная установка, позволяющая проводить исследования кинетики кислородно-йодной среды в широком диапазоне параметров. Концентрация активных веществ измерялась методами эмиссионной спектроскопии, при помощи абсолютно калиброванных спектрометров. Корректность калибровки системы подтверждается измерением константы скорости димольного взаимодействия O₂(a)+O₂(a), значение которой согласуется с известной величиной сечения димольного поглощения.

Источник:
Малышев М.С. Методы получения и исследования активных сред кислородно-йодных лазеров: диссертация на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук. – Самара. – 2017. – 111 с.

Разработчик: Малышев М.С. (ФГАОУ ВО "Самарский национальный исследовательский университет им. ак. С.П. Королева")