Przedmiotem wynalazku jest rura wyladowcza lasera gazowego, którego elektroda jest wspól¬ osiowa z wiazka promieni laserowych. W dziedzinie wytwarzania laserów istnieje ogólne dazenie do uzyskania mozliwie najmniejszego zapotrzebowa¬ nia przestrzeni przez rure wyladowcza. W prze¬ szlosci przodujace firmy (Spectra Physis, Coherent Radiation, Hughes itd.) rozwinely konstrukcje la¬ serów z wewnetrznymi wspólosiowymi zwiercia¬ dlami.Wytwarzanie tego rodzaju laserów wymaga nie¬ zwykle skomplikowanego oprzyrzadowania próz¬ niowego, które jest ekonomicznie oplacalne tylko przy produkcji seryjnej. W wyniku tego obecnie wytwarzane lasery sa drogie, przy czym tania produkcja laserów zwiazana z duza iloscia (na przyklad dla zaspokojenia masowego zapotrzebo¬ wania laserowych magnetowidów), jest tylko po¬ tencjalna mozliwoscia.W tych znanydh laserach najwiekszy problem wystepuje przy wykonaniu ujemnej elektrody i zamontowaniu jej w rurze wyladowczej lasera.Od odpowiedniego wykonania i zamontowania ujemnej elektrody w rurze wyladowczej lasera zalezy jego trwalosc pracy, która moze wynosic od 5 do 10.000 godzin.Przekazywanie informacji z róznymi gleboko¬ sciami modulacji przedstawia jedna z najwazniej¬ szych przyszlosciowych dziedzin zastosowania la¬ sera. W pewnych przypadkach jest niezbedne utrzymywanie rury wyladowczej lasera w pracy impulsowej. Przy pracy impulsowej mozna za¬ stosowac urzadzenia laserowe w takich specjal¬ nych dziedzinach, w których Jest wyraznie wy¬ magana minimalizacja; poboru mocy (wyznaczanie, i utrzymywanie kierunku w kopalniach i w te¬ renie przy kierowaniu maszynami).Sposród szeroko rozpowszechnionych najtan¬ szych laserów stosuje sie najczesciej lasery helo- wo-neonowe. Równiez przy minimalnej mocy wyj¬ sciowej (1—2 mW) pobór mocy takich laserów wy¬ nosi od 40 do 60 W, co przy zastosowaniu w terenie lub w zastosowaniach specjalnych ozna¬ cza znaczny pobór mocy. Sygnaly, wytwarzane przez laser, mozna odbierac równiez golym okiem, jednak przy obecnym" stanie techniki za podsta¬ wowe wymaganie uwaza sie, aby te sygnaly zo¬ staly przetworzone na informacje za pomoca srodków technicznych.Wiadomo, ze przy swietle dziennym zmiana oswietlenia obszaru, odpowiadajaca natezeniu pro¬ mieniowania laserowego okolo 1 mW/cm*, przy oswietleniu wynoszacym setki lub tysiace luksów, nie moze byc wykryta nawet przez najczulsze 25 przyrzady pomiarowe. Jedyna mozliwosc wykry¬ cia tej zmiany oswietlenia polega na modulacji sygnalów, niosacych informacje.Przy wspomnianych zaklóceniach oswietlenia obszaru do detekcji nadaje sie sygnal zmodulo- M wany o czestotliwosci megahercowej, lub sygnal 10 15 20 132 539132 539 o nanosekundowym czasie stanu poczatkowego.Przy znanym poborze mocy problem modulacji o duzej czestotliwosci rozwiazany jest przez lasery helowo-neonowe. W wielu dziedzinach stosowania laserów, jak na przyklad przy wytyczaniu wyma- s ganego kierunku lub przy sterowaniu maszyna do budowy dróg, wystarcza jeden impuls w czasie jednej sekundy. W takich przypadkach do wyko¬ nania zadania wystarczalaby jedna milionowa czesc poboru mocy urzadzenia laserowego, jednak- 10 ze w dotychczasowych laserach helowo-neonowych pobór mocy jest wiele tysiecy razy wiekszy od minimalnego poboru mocy.Celem wynalazku jest zbudowanie takiej rury wyladowczej lasera gazowego, którego pobór mo- 15 cy bedzie znacznie mniejszy niz w laserach do¬ tychczas stosowanych. Zgodnie z wynalazkiem cel ten osiagnieto dzieki temu, ze stosunek sred¬ nicy wewnetrznej elektrody do srednicy otworu w kapilarze jest wiekszy niz dwukrotnosc pradu m roboczego, a kat a zawarty pomiedzy srodkiem symetrii czolowej powierzchni kapilary zwróco¬ nej do przepuszczajacej swiatlo i zamykajacej przestrzen gazowa plytki, a krawedzia wewnetrz¬ nej srednicy tego konca elektrody, który jest w zwrócony do przepuszczajacej swiatlo i zamyka¬ jacej przestrzen gazowa plytki, jest mniejszy od arc tg WUO i* przy czym „i" oznacza wartosc pradu roboczego w miliamperach.Ten koniec kapilary, który znajduje sie od stro- m ny zwierciadla umieszczonego na plytce zamykaja¬ cej przestrzen gazowa jest umieszczony wewnatrz elektrody a kat zawarty pomiedzy srodkiem sy¬ metrii czolowej powierzchni kapilary znajdujacej sie wewnatrz elektrody i krawedzia wewnetrznej 35 srednicy tego konca elektrody, który jest odwró- cony od przepuszczajacej swiatlo i zamykajacej przestrzen gazowa plytki, jest mniejszy od kata a* Korzystnie jest gdy rura wyladowcza lasera jest dwuczesciowa i w kazdej z tych czesci ma umie- « czczona wedlug lustrzanego odbicia oddzielna ele¬ ktrode. Przedmiot wynalazku jest blizej objasnio¬ ny w przykladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia rure wyladowcza lase¬ ra gazowego w przekroju poosiowym, fig. 2 — ru- • re wyladowcza lasera gazowego emitujacego swiatlo spolaryzowane w przekroju poosiowym i fig. 3 — rure wyladowcza lasera gazowego w innym przykladzie wykonania, w przekroju po¬ osiowym. *• ftura wyladowcza lasera posiada umieszczona w •obie elektrode E, która jest wspólsrodkowa z wiazka promieni emitowanych przez laser. We¬ wnetrzna srednica elektrody lE jest oznaczona przez ¦V a Jej powierzchnia przekracza 350* i mm1. M 'Wewnatrz rury wyladowczej jest osadzona syme¬ trycznie kapilara G* z wspólosiowym otworem o srednicy d. Na tym koncu rury wyladowczej, na którym znajduje sie plytka przepuszczajaca promienie swietlne jest umieszczone plaskie w wzglednie wypukle zwierciadlo Gf, zas na zew¬ netrznym koncu kapilary Og jest umieszczone ta¬ kie samo zwierciadlo Gx.Zgodnie z wynalazkiem, istnieje zaleznosc pomie- 0 dzy wewnetrzna srednica D elektrody E i sredni¬ ca otworu d w kapilarze G*. Zaleznosc ta wyra¬ za sie tym, ze DM2i, gdzie „i" oznacza war¬ tosc pr^du roboczego w mA. Ponadto istotna ce¬ cha rozwiazania wedlug wynalazku jest to, ze kat a zawarty pomiedzy srodkiem symetrii czo¬ lowej powierzchni kapilary G2 zwróconej do zwierciadla Gj i krawedzia wewnetrznej srednicy D elektrody E jest mniejszy od are tg Ps/110 i.Wiadomo z literatury fachowej i z doswiadczen, ze stosowana w laserze elektroda ujemna, zwana katoda, o powierzchni mniejszej od 350i mm1, z pradem roboczym „i", rozpyla sie stosunkowo w krótkim czasie (okolo 100 godzin). Zjawisko to uwalnia zawarte w katodzie zanieczyszczenia, spa¬ da znacznie cisnienie panujace w rurze wyladow¬ czej, co w ostatecznosci prowadzi do zaniku efek¬ tu laserowego. Podobnie ma miejsce rozpylenie katody wówczas, gdy stosunek wewnetrznej sred¬ nicy D ujemnej elektrody E o powierzchni wiek¬ szej od 350 i mm1 do srednicy otworu d kapilary G2 jest mniejszy od 2 i lub gdy kat a zawarty pomiedzy srodkiem symetrii czolowej powierzchni kapilary G2 zwróconej do zwierciadla Gj i krawe¬ dzia wewnetrznej srednicy D elektrody E jest wiekszy od arc tg DtyllO i. Rozpylenie ujemnej elektrody E moze miec miejsce równiez i wtedy,' gdy ten koniec kapilary G*, który zwrócony jest do zwierciadla G3 nie znajduje sie wewnatrz ujem¬ nej elektrody E. Rozpylenie to, moze byc zaha¬ mowane wówczas, gdy ten koniec kapilary Ge, który zwrócony jest do zwierciadla Gf znajduje sie wewnatrz ujemnej elektrody E, a kat |J za¬ warty pomiedzy srodkiem symetrii czolowej po¬ wierzchni kapilary G2 zwróconej do zwierciadla G, i krawedzia wewnetrznej srednicy D tego konca elektrody E, który odwrócony jest od przepuszczalnej promienie swietlne i zamykaja¬ cej przestrzen gazowa plytki, jest mniejszy od ka¬ ta 3a.Przedstawiona na figurze 1 rura wyladowcza lasera, w wykonaniu wspólosiowym, nadaje sie bardzo dobrze zarówno do jednostkowego wyko¬ nania jak i do produkcji masowej, przy czym nie wymaga ona zadnego technicznego oprzyrzadowa¬ nia, przez co zostala utworzona mozliwosc pro¬ dukcji tanich laserów. Wyzej opisane warunki dla doboru ujemnej elektrody, zapewniaja prace bez rozpylania, przy okreslonym pradzie roboczym i umozliwiaja ekonomiczne, tanie wytwarzanie la¬ sów o trwalosci 5—10000 godzin, przy czym od¬ powiadaja one wszystkim praktycznym wymaga¬ niom, równiez przy wytwarzaniu malych ilosci.Plytka przepuszczajaca swiatlo, która zamyka przestrzen gazowa, moze miec ksztalt plasko-rów- nolegly, klinowy, nieabsorbujacy, przy dlugosci fali zastosowanej w laserze, lub tez moze byc zwierciadlem wykonanym ze wspomnianych ele¬ mentów. Przy jeszcze prostszym rozwiazaniu obie plytki zamykajace przestrzen gazowa moga miec postac zwierciadel. W tym przypadku efekt lase¬ rowy wystepuje w postaci kolowo spolaryzowane* go swiatla, (które w trakcie praktycznej realiza¬ cji znieksztalca sie do postaci eliptycznej).132 539 Przy zastosowaniu laserów wymaga sie swiatla liniowo spolaryzowanego. Na fig. 2 jest przedsta¬ wiona postac wykonania lasera wytwarzajacego liniowo spolaryzowane swiatlo. Laser ten jest zao¬ patrzony w plytke B plasko-równolegla, która tworzy z osia kapilary kat Brewstera.Figura 3 przedstawia inny przyklad rozwiaza¬ nia rury wyladowczej lasera gazowego, w której wystepuja dwie elektrody uksztaltowane wedlug wynalazku. Przedstawiona na figurze 3 postac wykonania jest uzasadniona tym, ze lasery z tra¬ dycyjnie uksztaltowana katoda o duzej powierz¬ chni i anoda o malej powierzchni nie daja efektu laserowego juz po kilku godzinach pracy impul¬ sowej.Przeprowadzone badania wykazaly, ze w lase¬ rach z tradycyjnie uksztaltowanymi anodami wy¬ stepuje, jako skutek przejsciowych zjawisk zwia¬ zanych z wylaczaniem w czasie wzbudzania im¬ pulsu, rozpylenie, które mozna zauwazyc juz po 10—15 tysiacach wlaczen. To zjawisko powoduje zmniejszenie mocy wyjsciowej lasera i w koncu zaprzestanie wystepowania efektu laserowego.Wyzej przedstawiony problem mozna rozwiazac przez zastosowanie przedstawionej na fig. 3 rury wyladowczej lasera wedlug wynalazku z symetry¬ cznym rozmieszczeniem elektrod i wewnetrznym zwierciadlem. Ta rura/wyladowcza nadaje sie bar¬ dzo dobrze zarówno do pracy impulsowej jak równiez do pracy o dowolnej glebokosci modula¬ cji, (która moze dochodzic do 100%). Ten ostatni Todzaj pracy umozliwia urzeczywistnienie kon¬ strukcji lasera z krótkim czasem trwania impul¬ su (5—15 nsek) i niskiej czestotliwosci przeciw- wtórnej (1—2 Hz). Pobór mocy uprzednio opisa¬ nego lasera moze na przyklad odznaczac sie tym, ie 9-cio woltowa bateria moze utrzymac laser w _pracy przez wiecej niz 24 godziny.Zastrzezenia patentowe 1. Rura wyladowcza lasera gazowego, w której osadzona jest wspólosiowo z wiazka promieni la- 5 serowych elektroda, o wielkosci pradu roboczego jednego mA, o srednicy D mm i o powierzchni mniejszej od 350* i mm1, przy czym w elektro¬ dzie umieszczona jest symetrycznie walcowa ka- pilara ograniczajaca wyladowania elektryczne, a w ponadto rura wyladowcza zamknieta jest plaska wzglednie kulista plytka przepuszczajaca lub od¬ bijajaca swiatlo, znamienna tym, ze stosunek we¬ wnetrznej srednicy (D) elektrody (E) do srednicy M ne wyladowania, wynosi 2i, a kat (a) zawarty po¬ miedzy srodkiem symetrii czolowej powierzchni kapilary (G*) zwróconej do przepuszczajacej swiat¬ lo i zamykajacej przestrzen gazowa plytki — (Gf) a krawedzia wewnetrznej srednicy (D) tego kon- M ca elektrody (E), który jest zwrócony do przepu¬ szczajacej swiatlo i zamykajacej przestrzen gazo¬ wa plytki, (Gj) jest mniejszy od arc tg D»A10 i, przy czym „i" oznacza wartosc pradu roboczego w miliamperach. 25 2. Rura wyladowcza lasera gazowego wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze ten koniec kapilary (Gf), który zwrócony jest do przepuszczajacej swiatlo i zamykajacej przestrzen gazowa plytki (Gs) jest umieszczony wewnatrz elektrody (E) a 3J kat (0) zawarty pomiedzy srodkiem symetrii czo¬ lowej powierzchni kapilary (Gs) zwróconej do prze¬ puszczajacej swiatlo i zamykajacej przestrzen ga¬ zowa plytki a krawedzia wewnetrznej srednicy (D) tego konca elektrody 35 eony od przepuszczajacej swiatlo i zamykajacej przestrzen gazowa plytki, jest mniejszy od kata 3 a. 3. Rura wyladowcza lasera gazowego wedlug zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, ze zawiera dwie m elektrody lustrzanego odbicia.132 539 ""i.*-^.FW ; Fig. 2 Fig.3 PZGraf. Koszalin A-107 85 A-4 Cena 100 zl PL