A numerical simulation is presented for investigating the effects of pressure ratio of $D_2$ injector to supersonic nozzle on the population inversion in the DF chemical laser cavity, while a lasing concurrently takes place. The laser beam is generated between the mirrors in the cavity and it is important to obtain stronger population inversion and more uniform distribution of the excited molecules in the laser cavity in order to produce high power laser beam with good quality. In this study, these phenomena are investigated by means of analyzing the distributions of the DF excited molecules and the F atom used as an oxidant, while simultaneously estimating the maximum small signal and saturated gains and power in the DF chemical laser cavity. For the numerical solution, an 11-species (including DF molecules in various excited states of energies), 32-step chemistry model is adopted for the chemical reaction of the DF chemical laser system. The results are discussed by comparison with two $D_2$injector pressure cases; 192 torr and 388.64 torr. Major results reveal that in the resonator, stronger population inversions occur in the all transitions except DF(1)-DF(0), when the $D_2$injection pressure is lower. But, the higher $D_2$injection pressure provides a favorable condition for DF(1)-DF(0) transition to generate the higher power laser beam. In other words, as the pressure of $D_2$injector increases, the maximum small signal gain in the $V_{1-0}$ transition, which is in charge of generating most of laser power, becomes higher. Therefore, the total laser beam power becomes higher.r.
수치해석을 통하여 불화중수소 화학레이저의 연료 및 산화제 분사 압력 비에 따른 밀도반전 등의 레이저 발진 성능 특성 변화에 대하여 알아보았다. 이 현상은 DF 여기분자의 분포 및 최대 소신호 이득계수, 레이저빔 출력에 대한 분석을 통해 해석이 이루어진다. 본 연구의 주요 결과로써, $D_2$ 분사 압력이 높아질수록 불화중수소 화학레이저 발진에서 중요한 부분을 차지하는 $DF^{(1)}-DF^{(0)}$ 진동 에너지 전이에서, 강한 레이저빔을 생성할 수 있는 여기분자 분포 및 최대 소신호 이득계수가 나타난다.
Journal of information and communication convergence engineering
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제5권4호
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pp.374-376
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2007
The output characteristics of HF and DF lasers were compared theoretically. The simulation code shows the good agreement with the experimental results well. As results, the effect of chain termination reaction in $F_2$ rich mixture is larger than that of $SF_6$ rich mixture in HF and DF lasers.
The effects of adiabatic flame temperature and mass flux on deuterium fluoride(DF) chemical laser performance were investigated. The power flux and specific power, which are important parameters containing the information of scaling effects of laser device magnitude, and chemical efficiency were selected as a judging parameter of DF laser performance. For the specific power, it was decreased by the increase of power flux of DF laser. Higher the adiabatic flame temperature of atomic fluorine generator, higher the chemical efficiency of DF laser was changed. It seems that the mass flux effect on the chemical efficiency is not remarkable.
불소원자(F)와 D$_2$ 기체 발열반응에 의해 레이저 이득매질인 DF 여기분자를 생성시키는 구조의 연속발진형 불화중수소 (DF)화학 레이저를 설계, 제작하고 발진 실험을 수행하였다. 불소원자는 F$_2$ 기체와 H$_2$ 기체를 연소시켜 생성시키고, 불소원자를 초음속 노즐을 통과시킨 직후에 D$_2$ 기체를 분사하여 형성된 DF 여기분자 초음속 흐름을 활성 매질로 사용하여 레이저를 발진시켰다. 본 연구에서 얻은 레이저 발진 출력은 101W이며, 최적의 유량조건에서 얻은 화학 효율은 5.12%, 비출력은 96.5 J/g이다.
본 연구는 치아우식을 유발할 수 있는 모든 요인이 종합적으로 작용하여 이루어진 치면의 최초의 변화 즉, 법랑질 초기우식증의 정도를 아르곤 레이저를 이용한 형광법으로 조기에 탐지하고 이와 같은 방법이 향후 개인에서의 우식이 유발될 수 있는 가능성을 예측할 수 있는 우식 활성검사법으로서의 이용 가능성 이 있는지의 여부를 규명하고자 하는데 목적이 있다. 조선대학교 부속치과병원 소아치과에 내원한 아동중 유구치의 탈락이 없는 $7\sim10$세 사이의 어린이 30명을 대상으로 하여 치아의 순면과 협면에 레이저 조사하고 특수 필터를 사용하여 우식치아의 개수를 측정하여 기존의 우식활성도 측정방법인 $Cariescreen^{(R)}$ test, 구강환경검사인 우식경험치아의 수(dDfFtT) 등 각종 검사법들과 상관관계를 비교, 평가한 바 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 레이저 형광법에 의한 관찰이 육안에 의한 관찰에 비해 초기우식병소를 더 많이 관찰하였다. 2. 아르곤 레이저 형광법을 이용한 우식활성도 측정법은 기존의 $Cariescreen^{(R)}$ test, 그리고 dDfFtT 검사 등과 높은 상관 관계를 나타냈다.
화학레이저는 혼합현상을 이용하는 확산형태의 화학반응을 이용하게 된다. 따라서, 화학레이저 공동 내에서 산화제(F)와 연료(D$_2$)가 기저부에 의해서 분리되어 유입된다. 초음속 연소현상에서 혼합 및 연소특성에 큰 영향을 주는 기저부의 화학레이저 시스템에서의 분포역전현상에 초점을 맞추어 기저부의 크기를 0.4mm, 0.8mm, 1.6mm로 변화시켜가면서 수치해석을 수행하였다. 결과로서 분포역전현상이 두드러지게 기저부의 크기가 커짐에 따라서 넓은 영역에서 발생하게된다.
레이저 형광법을 이용하여 각 개인의 우식의 활성도를 측정할 수 있는지를 규명하기 위해 $7\sim9$세의 아동 50명을 대상으로 치아의 순면과 협면에 아르곤 레이저를 조사하고 특수 필터를 사용하여 초기 치아우식증이 관찰되는 치아의 수를 측정하고, 이와 같은 초기 치아우식증의 수를 측정하는 우식활성법과 기존의 우식 활성도 측정 방법인 dDfFtT rate, Streptococcus mutans colony count와 상관성을 비교, 평가하고, 레이저 형광법을 이용한 우식활성검사의 특이도, 민감도, 진단력을 평가한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 아르곤 레이저 형광법을 이용한 우식활성도 측정법은 기존의 Streptococcus mutans colony count 검사법과 비교적 높은 상관관계를 보였다($\gamma=0.48$, P<0.01). 2. 아르곤 레이저 형광법을 이용한 우식활성도 측정법은 dDfFtT rate 검사와 상관관계가 있었다($\gamma=0.39$, P<0.01). 3. Streptococcus mutans colony count와 dDfFtT rate와는 낮은 상관관계가 있었다($\gamma=0.27$, P<0.05). 4. dDfFtT rate를 기준검사 방법으로 하였을 때, 레이저 형광법을 이용한 우식활성 검사법은 특이도 44.4%, 민감도 85.7%, 진단력이 87.8%였다. 5. dDfFtT rate를 기준검사방법으로 하였을 때, Streptococcus mutans colony count는 특이도 77.8%, 민감도 92.9%, 진단력이 84.8%였다. 6. Streptococcus mutans colony count 검사법을 기준검사 방법으로 하였을 때 레이저 형광법을 이용한 우식활성 검사법은 특이도 40.0%, 민감도 84.8%, 진단력이 95.1%였다. 이를 종합해 볼 때 레이저 형광법을 이용하여 관찰한 우식활성 검사법은 기존의 우식활성검사 및 구강환경 검사와 비교적 높은 상관관계, 우수한 진단학적 지표를 보여 주므로써 향후 임상적으로 신뢰도와 타당성이 높은 우식활성 검사법으로서 그 활용 가능성이 높을 것으로 사료된다.
Theoretical analysis of DF-$CO_2$ transfer chemical laser is performed through simple kinetic model consisting of 30 chemical reactions. In this model, we calculate the power theoretically by solving the rate equations, which are related to the $D_2\;+\;F_2$ chain reaction and the DF-$CO_2$ resonance energy transfer, combined with both the gain processes and the stimulated emission processes. The calculated powers are verified with previously reported results in good agreements. The output energy rises linearly with the increase in pressure, and the duration time of output pulse show the inverse dependence on pressure. Through the detailed calculation of temperature and concentrations of reactants as a function of time, it is found that the deactivation processes of DF(v) can be neglected in low pressure, but they have to be considered in high pressure. From the parametric study for the variation on [$D_2]/[F_2$] and [$CO_2]/[D_2\;+\;F_2$] at several constant total pressure, the optimum lasing conditions are found to be in a range of 1/3 to 1 and 2 to 4, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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