High-power electron beam preionized CO₂ laser modelling. II. Analysis of plasma characteristics

Summary

In this paper the results of a theoretical analysis on the properties of electric discharges used in high-power molecular lasers are presented. The mathematical model is based on continuity and transport equations for electrons and ions and on the equations concerning the electric field. The model is used both for self-sustained and for non-selfsustained discharges operating in conditions as usually attained in high-power lasers. Spatial profiles of the electrical parameters near the electrodes and in the plasma area are assessed. Current-voltage characteristics are finally derived for a He∶N₂∶CO₂∶CO laser mixture. A future work will be devoted both to the kinetic and to the fluid-dinamic model of the laser and to a comparison of the numerical results obtained with available experimental data.

Riassunto

In questo lavoro si presentano i risultati di un’analisi teorica delle proprietà delle scariche elettriche adoperate nei laser di elevata potenza. Il modello matematico è basato sulle equazioni di continuità e di trasporto per elettroni e ioni e sulle equzioni per il campo elettrico. Il modello è utilizzato sia per scariche autosostenute che non, in condizioni tipiche di funzionamento dei laser di potenza. Si calcola l’andamento delle varie grandezze elettriche in prossimità degli elettrodi e sulla zona di plasma. Sono infine derivate le caratteristiche corrente-tensione per una miscela laser a quattro componenti (He∶N₂∶CO₂∶CO). In futuro si presenteranno sia il modello cinetico che quello fluidodinamico del laser e si farà un confronto fra i risultati numerici ed i dati sperimentali disponibili.

Резюме

В этой части работы (часть І была опубликована ранее) приводятся результаты теоретического анализа своиств электрических разрядов, используемых в молекулярных лазерах большой мощности. Математическая модель основана на уравнениях непрерывности и уравнениях переноса для электронов и ионов и на уравнении для электрического поля. Предложенная модеяь используется для самоподдерживающегося и несмоподдерживающегося разрядов, происходящих при условиях, типичных для лазеров большой мощности. Определяются пространственные профили электрических параметров вблизи электродов и в области плазмы. Также определиются вольт-амперные характеристики для лазерной смеси He∶N₂∶CO₂∶CO. Вскоре будет опубликована часть III. Часть III будет посвящена кинетической и гидродинамической модели лазера, в ней будет проведено сравнение полученных численных результатов с имеющимися экспериментальными данными.