二氧化碳激光器中平面放电的多级方法GydF4y2Ba

由于高功率CO的复杂泵送方案GydF4y2Ba_2GydF4y2Ba激光器，在分析中需要考虑许多物种和碰撞。这使得在这些设备中对等离子体行为进行建模 - 优化的关键要素 - 一项艰巨的任务。采用多级方法，一位研究人员使用comsolMultiphysics®软件在CO中创建完整的3D平面排放模型GydF4y2Ba_2GydF4y2Ba激光。结果展示了放电的同质性，同时为优化激光设计提供了进一步的潜力。GydF4y2Ba

血浆行为在CO中的重要性GydF4y2Ba_2GydF4y2Ba激光GydF4y2Ba

当COGydF4y2Ba_2GydF4y2Ba激光器于1964年首次到达现场，代表了同类产品中最早的一种 - 煤气激光器。从那时起，这些高功率设备已广泛用于材料处理应用中，例如钣金切割和焊接。GydF4y2Ba

随着这些领域的持续进步以及扩展到新应用程序的目标，提高了CO的功能和稳定性GydF4y2Ba_2GydF4y2Ba激光已成为重点。这种优化关键的一个元素是激光内血浆行为的建模。这些分析可用于改善（除其他事项）激光内的气体动态。冷却设计；而且，正如我们将在这里更详细地强调的那样，排放的同质性。GydF4y2Ba

考虑下面的扩散冷却板激光设计。在这种构型中，血浆在两个平面电极之间形成，它们用作光学波导并冷却气体。GydF4y2Ba

扩散冷却板激光设计。J.Schüttler的图像，从他的GydF4y2Ba乐动滚球app下载Comsol会议2016慕尼黑论文GydF4y2Ba。GydF4y2Ba

像其他公司一样GydF4y2Ba_2GydF4y2Ba激光器的设计包括一个复杂的抽水方案。因此，有很多物种和碰撞需要考虑。从建模的角度来看，这会产生一个复杂的多物理问题，在实际时间内难以解决。GydF4y2Ba

为了使这个问题更容易解决，德国Rofin-Sinar Laser GmbH的研究人员使用了多层次的方法来创建CO中的完整3D平面分配模型GydF4y2Ba_2GydF4y2Ba激光。尽管该模型本身非常高级，但它是Comsol多物理学中可用的灵活性和功能所能实现的一个很好的例子。GydF4y2Ba

使用多级方法对平面排放进行建模GydF4y2Ba

1.分析血浆的稳态行为GydF4y2Ba

上面显示的激光构型包括由六个组件组成的预混合气体，它们旨在提供有效的冷却和长期稳定性。下表提供了每个组件的概述。GydF4y2Ba

气体GydF4y2Ba	体积GydF4y2Ba	功能GydF4y2Ba
他GydF4y2Ba	65％GydF4y2Ba	冷却GydF4y2Ba
XEGydF4y2Ba	3％GydF4y2Ba	预离子GydF4y2Ba
oGydF4y2Ba2GydF4y2Ba	3％GydF4y2Ba	电子附件GydF4y2Ba
nGydF4y2Ba2GydF4y2Ba	19％GydF4y2Ba	共振能量转移到COGydF4y2Ba2GydF4y2Ba
coGydF4y2Ba2GydF4y2Ba	4％GydF4y2Ba	激光过渡GydF4y2Ba
coGydF4y2Ba	6％GydF4y2Ba	长期稳定性GydF4y2Ba

由于涉及大量物种，电子能量分布函数（EEDF）尚不清楚GydF4y2Ba先验GydF4y2Ba。为了计算EEDF，以及预混合气体的降低的运输特性和反应速率系数，研究人员使用了GydF4y2BaBoltzmann方程，两项近似GydF4y2Ba界面。GydF4y2Ba

在下面的图中，我们可以看到变化降低的电场的附件和电离速率。这些结果用作后续仿真步骤的插值函数。GydF4y2Ba

附着（绿色）和电离（红色）的速率系数，用于变化的电场。红色箭头指示了附着和电离平衡的减少电场的值。J.Schüttler的图像，并从他的2016年慕尼黑纸纸上取自他的Comsol会乐动滚球app下载议。GydF4y2Ba

2.检查电极间隙中的气体排放特性GydF4y2Ba

为了模拟排放，研究人员使用了GydF4y2Ba等离子体GydF4y2Ba界面。下图描述了1D模型及其边界条件的几何形状。1D域由电极表面绑定（GydF4y2Ba一个GydF4y2Ba和GydF4y2BaGGydF4y2Ba）带有介电材料涂层（GydF4y2BabGydF4y2Ba和GydF4y2BaFGydF4y2Ba）。间隔GydF4y2BadGydF4y2Ba表示定义等离子体模型，反应和物种的点。GydF4y2Ba

有关如何建模介电屏障排放的详细信息，请参见GydF4y2Ba这个示例GydF4y2Ba在应用程序库中。GydF4y2Ba

1D排放几何形状。J.Schüttler的图像，并从他的2016年慕尼黑纸纸上取自他的Comsol会乐动滚球app下载议。GydF4y2Ba

请注意，为了准确描述放电行为，必须根据放电期间散发的热量自吻。因为最高温度仅取决于间隙内的平均热源（人工时间尺度），所以GydF4y2Bat（z，qGydF4y2Ba_mGydF4y2Ba）GydF4y2Ba， 用来。这样可以确保气体温度与准稳态溶液的快速收敛。GydF4y2Ba

下面显示了排出间隙中电子密度的时空演化的一个例子。经过几个RF循环后，放电开始，电子密度从低预离子到更显着的水平迅速增加。一段时间后，电子密度和温度达到了几乎固定的状态。GydF4y2Ba

排放间隙内电子密度的时空演化。J.Schüttler的图像，并从他的2016年慕尼黑纸纸上取自他的Comsol会乐动滚球app下载议。GydF4y2Ba

还获得了各种放电特性（包括末端电压）的重要结果。注意标记的区域GydF4y2BandrGydF4y2Ba，这代表负差分电阻。这种热效应是由等离子体的非线性行为经过阈值电压引起的，是放电的重要特征 - 仅在温度的自洽计算中才能观察到它。该区域中的解决方案可用于规定的末端电压。再次，此信息可以用作3D模拟中的输入。GydF4y2Ba

施加的端子电流密度上的电压。J.Schüttler的图像，并从他的2016年慕尼黑纸纸上取自他的Comsol会乐动滚球app下载议。GydF4y2Ba

3.在大规模RF模拟中使用响应曲线GydF4y2Ba

在大规模的RF模拟中重现这种行为，要求设计替代材料。该材料用放置在电极之间的强烈非线性导电材料材料代替了血浆放电。请注意，在每一侧，纸张与电极分开（距离）（GydF4y2BadGydF4y2Ba_sGydF4y2Ba）。GydF4y2Ba

替代材料的设置。J.Schüttler的图像，并从他的2016年慕尼黑纸纸上取自他的Comsol会乐动滚球app下载议。GydF4y2Ba

当计算沿排放缝隙的电势的两种溶液中的两种溶液时，两种溶液（均具有点火等离子体（蓝色）和没有点火等离子体（红色））在末端边界条件下具有相同的电位。但是，他们的电场有所不同。这些唯一的溶液可以通过任何电极表面的电场找到。GydF4y2Ba

末端电压的模棱两可的解决方案。J.Schüttler的图像，并从他的2016年慕尼黑纸纸上取自他的Comsol会乐动滚球app下载议。GydF4y2Ba

通过一项参数研究GydF4y2Ba电流GydF4y2Ba界面，在端子边界条件下电压和电流之间的最小相角显示仅取决于间隙距离。稍后设置的插值函数表示与等离子体模拟中所述的相同依赖性。GydF4y2Ba

插值功能用作替代材料。J.Schüttler的图像，并从他的2016年慕尼黑纸纸上取自他的Comsol会乐动滚球app下载议。GydF4y2Ba

在3D中求解宏观RF模拟需要使用GydF4y2Ba电磁波GydF4y2Ba接口和频域求解器。该结构域由结构内包含的气体和一些由介电材料组成的域组成。RF功率应用于位于电极长侧之一的几个同轴端口的计算域。网格由913,564个元素组成，导致6,737,446个自由度。GydF4y2Ba

评估CO的仿真结果GydF4y2Ba_2GydF4y2Ba设计GydF4y2Ba

现在，我们已经回顾了该方法，让我们看一下获得的结果。GydF4y2Ba

在下面的示例中，我们可以看到气体排放的当前密度分布。发现排放量在约10％的范围内是均匀的。与对各种参数制度和配置的实验观察相比，模拟的结果显示出良好的一致性。GydF4y2Ba

排放的当前密度分布。J.Schüttler的图像，并从他的2016年慕尼黑纸纸上取自他的Comsol会乐动滚球app下载议。GydF4y2Ba

对这种建模方法的验证鼓励其在随后的开发任务中使用，包括设计新的RF饲料以及对其他类型的气体组成的稳定工作点的预测。至于这个特定模型，将来有计划进一步扩展其以解决点火阶段的时间演变。这不仅可以在打开激光时对压力变化进行分析，而且还可以改善激光器在脉冲操作中的性能。GydF4y2Ba

使用COMSOLMultiphysics®建模高功率激光系统的资源GydF4y2Ba

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