Zagadka 5 - Starzenie się rezonarora.

[www.kimla.pl]

Dlaczego nieużywany rezonator lasera odciętego szklanego starzeje się i spada mu moc?

[pitsa]

Oddam pierwszy strzał. Może nie spudłuję.

W tubie jest rozrzedzony gaz i elementy metalowe. Niskie ciśnienie zwiększa emisję atomów z elektrod, stała praca zapewnia utrzymywanie odpowiedniej proporcji gazów dzięki przemianom chemicznym różnych cząstek zachodzącym w pobliżu gorących elektrod. Coś na podobieństwo żarówek ksenonowych i lam błyskowych. Długi czas bezczynności powoduje taką zmianę składu gazów, że praca lampy odbywa się w gorszych warunkach. Jest co prawda efekt samonaprawy gazu ale nie 100 procentowy.

[www.kimla.pl]

Niestety nie o to chodzi.

Dodam, że ten efekt występuje niezależnie czy tuba pracuje czy nie.

[pitsa]

O! Pomyliłem tarczę na pustej strzelnicy.
Strzelałem w kierunku promieniowania kosmicznego i chemii na powierzchni ciał stałych zamiast rozpuszczalności gazów.

Jak mniemam inni fachowcy boją się strzelać i trzymają się teorii ucieczki gazu przez miejsca wprowadzenia elektrod. Boją się porażki stąd jestem sam na tej strzelnicy.

Czyżby to CO2 zawarte w mieszaninie gazów samoistnie (lub pod wpływem promieniowania kosmicznego) rozpadało się na CO i O2 lub jakoś inaczej (może z efektami resublimacji?)? Oznacza to, że mieszanina gazów jest niestabilna czasowo, ze względu na dysocjację CO2 w mieszaninie (CO2 się rozpada i ubywa go). Gdy spada zawartość CO2, rośnie CO. CO2 jest tym co daje odpowiednie promieniowanie. CO to promieniowanie pożera stąd słabsza jakość laserów z upływem czasu.

[www.kimla.pl]

Niestety to nie to.
Mamy tu raczej do czynienia z ziemskimi zjawiskami.
Nawet jeśli CO2 się rozpada od promieniowania kosmicznego to skala tego zjawiska jest niewspółmiernie mała i jego wpływ na działanie lasera jest nieistotne.

Ale próbujcie dalej.

[laserki]

Jak rozumiem pytanie dotyczy rezonatorów CW?

Kolega pitsa za pierwszym strzałem był dużo bliżej.
Rzeczywiscie w ukladzie gazowym zamknietym, niskocisnieniowym wystepuje zjawisko dyfuzji materialu z elektrod na powierzchnię wewnętrzną luster.
Dotyczy to przede wszystkim katody. Ale z tym można sobie poradzić stosując elektrody z odpowiedniego materiału.
(Chińczycy do niedawna tego nie robili ze względu na cenę.
W tej chwili znam przynajmniej jedną firmę chińską, która postawiła na lepsze materiały i ma całkiem niezłe wyniki. Ich lasery mają roczną gwarancję producenta).
Tyle, że to zjawisko występuje przede wszystkim pod wpływem wysokiego napięcia czyli w trakcie pracy lasera.
Co do rozpadu CO2 na CO i O2 to rzeczywiście takie zjawisko występuje. Mało tego.
Jest to warunek konieczny zaistnienia akcji laserowej w laserze opartym na CO2.
Właśnie rozbicie CO2 pod wpływem przyłożonej energii (DC lub RF) powoduje powstanie inwersji obsadzeń czyli pierwszego warunku zaistnienia akcji laserowej.
Tyle tylko, że rozpad CO2 na CO i O2 jest chwilowy.
W efekcie oddziaływania pozostałych gazów następuje rekombinacja tych cząstek z powrotem w CO2.

[www.kimla.pl]

Dziękujemy bardzo za wykład, jednak konieczność rozpadu CO2 na CO i O2 do zaistnienia akcji laserowej na razie pozostawię bez komentarza.

Proponuję poczytać załączony artykuł, wówczas wszystko się wyjaśni.
Pragnę tylko zauważyć, że do akcji laserowej nie są konieczne wszystkie te gazy, jednak ich optymalna mieszanka zapewnia największa sprawność.

Przypomnę tylko, że zagadka dotyczy starzenia się lasera nie używanego.

A konkretnie, co takiego się dzieje, że nawet nie używana tuba z biegiem czasu ma coraz mniejszą moc?

[pitsa]

Trzeci strzał zamierzałem oddać w kierunku optyki i materiału z jakiego jest wykonana (może zanieczyszczać rozrzedzoną mieszaninę gazów w wyniku sublimacji). Węgiel może też się "osadzać". Tu działa fizyka i chemia. Trzeba zebra wszystkie, nawet te najmniej prawdopodobne przyczyny, a potem eliminować nieistotne.

Podam specjalistyczny przykład z innej dziedziny: kotły energetyczne. W wyniku działań ograniczających tworzenia się tlenków azotu modernizowano kotły przez odpowiednie dozowanie tlenu i paliwa. Utrzymywanie w pewnych strefach niskiego poziomu tlenu zmieniły się właściwości osadów pojawiających się na ściankach kotłów. Oprócz znanej siarki dużo aktywniejszy okazał się chlor penetrujący głęboko w materiał przemieszczając się na granicach ziarn co znacząco zwiększało korozję i ubytki na ścianach kotłów.

Inny przykład to wpływ spawania niewysuszonymi elektrodami na jakość połączenia spawanego. To ciekawa chemia i fizyka o tym jak wnika wodór do materiału i powoduje kruchość wodorową.

Podejrzewam wpływ jakiegoś pierwiastka na czystość tuby.

[www.kimla.pl]

Niestety, nie jest to powód.

Z naszego punktu widzenia, czyli spadku mocy nieużywanej tuby wszystkie opisywane zjawiska nie mają najmniejszego znaczenia ponieważ nawet jeśli w ogóle zachodzą jakieś przemiany to na tyle niewielkie, że są z dla nas zupełnie nie istotne.

Dla uproszczenia zagadki podam tylko, że nie chodzi tu o jakiekolwiek przemiany chemiczne czy degradację cząsteczek.
CO2 jest CO2, azot jest azotem a hel jest cały czas helem.

[grg12]

To może ja strzelę - bo hel ucieka do atmosfery? Słyszałem że coś takiego zachodzi w laserach HeNe - cząsteczka helu jest tak mała że dyfunduje przez szkło. Ale ponoć da się nad tym zapanować przez zamknięcie tuby w pojemniku wypełnionym helem.