مؤخرًا، أجرى فريق كاستور ليانغ في مركز الليزر التابع لمعهد هيفاي للمواد التابع للأكاديمية الصينية للعلوم دراسة حول التحكم في سائل تفريغ الهالة وتطبيقه في أنظمة الليزر الغازي، واقترح نموذج تحليل اقتران مجال تدفق المجال الكهربائي القابل للتطبيق على سيناريوهات تفريغ الهالة متعددة الإبر، وكشف عن خصائص توزيع معدل تدفق المضخات الكهروسائلية متعددة الإبر وقوانينها الخاضعة للتحكم، وصمم مضخات كهروسائلية يمكن استخدامها لتصغير الوسائط غير الميكانيكية لنظام الليزر الغازي فائق الصغر والمنمنم. يمكن استخدام تصميم المضخة الكهروسائلية لدفع دوران الوسائط غير الميكانيكية لنظام الليزر الغازي فائق الصغر والمنمنم، مما يكسر الصعوبات في تطبيق نظام الليزر الغازي فائق الصغر في سيناريوهات خاصة. وقد نُشرت نتائج البحث في مجلة Physics of Fluids، وهي المجلة الدولية الأولى في مجال ميكانيكا الموائع، وتم اختيارها كاختيار المحرر من قبل المجلة.
يعتمد الليزر الغازي التقليدي على جهاز الدورة الميكانيكية لتشكيل دوران متوسط عالي السرعة، والذي يتميز بحجم كبير واهتزاز قوي وضوضاء شديدة، ولا يصلح لبعض سيناريوهات التطبيق الخاصة بالإضافة إلى تطبيق نظام الليزر الغازي فائق الصغر؛ تولد مضخة الكهروهيدروديناميكا (EHD) "رياحًا أيونية" من خلال تفريغ الإكليل، والتي تتميز بمزايا الوزن الخفيف، وعدم الاهتزاز، وعدم الضوضاء، وما إلى ذلك، ويمكن أن تحل محل جهاز الدورة الميكانيكية التقليدي في نظام الليزر الغازي المصغر لتوسيع تطبيقات الليزر الغازي.
الشكل. الإطار الحسابي لمشكلة قيمة الحافة لملف تدفق مضخة EHD متعددة الإبر
قام الباحثون بدراسة خصائص توزيع التدفق لمضخة التفريغ التاجي متعدد الإبر EHD ومشكلة التحكم في معدل تدفقها. أولاً، يتم اشتقاق المعادلات المبسطة الكهروهيدرودينامية ذات الحالة الثابتة غير الخطية المطبقة على نظام التفريغ التاجي متعدد الإبر من خلال إنشاء نموذج فيزيائي مماثل وآلية اقتران مجال فيزيائي متعدد؛ ثانيًا، تم تصميم خوارزمية حسابية رقمية عالية الدقة وسريعة لمشكلة القيمة الحافة لمعادلة التفاضل غير الخطية لملف تعريف سرعة التدفق، والتي تحسب كميًا الخصائص المتحكم فيها لسرعة التدفق في الحالة الثابتة كدالة لتغير الجهد ومعلمة تباعد الأقطاب الكهربائية.
تظهر النتائج أن معامل الجهد أكثر هيمنة من تباعد الأقطاب الكهربائية في التحكم في معدل التدفق في الحالة المستقرة لمضخات EHD متعددة الإبر، ويظهر كل من معدل التدفق الأقصى ومعدل التدفق المتوسط للنظام قانون تطور فائق الخطية مع التحكم في الجهد. في تصميم مضخة EHD متعددة الإبر بمسافة 1 سم بين الأقطاب الكهربائية، يمكن الحصول على معدل تدفق غاز أقصى يبلغ 0.82 م/ث من خلال توفير جهد تشغيل يبلغ 5000 فولت، والذي يمكن أن يلبي متطلبات الدورة المتوسطة في نظام ليزر غاز صغير، ويلبي تفريغ التوهج الطبيعي عند القطب الرئيسي، وتوسيع نطاق تطبيق نظام الليزر الغازي فائق الصغر في سيناريوهات خاصة.
الشكل. توزيع مجال التدفق لنظام EHD متعدد الإبر: (أ) عندما يكون جهد الأنود 4000 فولت؛ (ب) عندما يكون جهد الأنود 4500 فولت؛ (ج) عندما يكون جهد الأنود 5000 فولت
كان جين ليانغ هان، طالب الماجستير، المؤلف الأول للورقة، وكان كاستور ليانغ، الباحث، المؤلف المراسل للورقة. تم دعم هذا البحث من قبل جمعية تعزيز ابتكار الشباب التابعة للأكاديمية الصينية للعلوم، وبرنامج تطوير الأجهزة والمعدات البحثية التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، وبرنامج فريق الشباب في معهد أنغوانغ، معهد هيفاي للمواد، الأكاديمية الصينية للعلوم.
