PL150965B1

PL150965B1 - Laser head

Info

Publication number: PL150965B1
Application number: PL26337486A
Authority: PL
Priority date: 1986-12-31
Filing date: 1986-12-31
Publication date: 1990-07-31
Also published as: PL263374A1

Description

OPIS PATENTOWYPATENT DESCRIPTION

RZECZPOSPOLITAREPUBLIC

POLSKAPOLAND

Patent dodatkowy do patentu nrZgłoszono: 86 12 31Additional patent to patent no. Applied for: 86 12 31

Pierwszeństwo -— /P. 263374/Precedence -— / P. 263374 /

CZYTELNIAREADING ROOM

Ur*ędu Patentowego f- eiBorn in the Patent f ei

Int. Cl.⁵ H01S 3/092 H01S 3/02Int. Cl. ⁵ H01S 3/092 H01S 3/02

URZĄDOFFICE

PATENTOWYPATENT

RPRP

09 2109 21

Zgłoszenie ogłoszono:The application was announced:

Opis patentowy opublikowano: 1990 12 31Patent description published: 1990 12 31

Twórcy wynalazku: Adam Dubik, Jarzy Godzik, Jarzy Król, Józef Makowski, Jan OwsikCreators of the invention: Adam Dubik, Jarzy Godzik, Jarzy Król, Józef Makowski, Jan Owsik

Uprawniony z patentu: Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy im.Sylwestra Kaliskiego, Warszawa /Polska/The holder of the patent: Sylwester Kaliski Institute of Plasma Physics and Laser Microfusion, Warsaw / Poland /

GŁOWICA LASEROWALASER HEAD

Przedmiotem wynalazku jest głowica laserowa, zwłaszcza laserów dużej mocy, znajdująca zastosowanie do badań nad kontrolowaną syntezą termojądrową. Znane i dotychczas stosowane głowice laserowe dużej mocy są wykonane w postaci cylindrycznej komory w litym bloku aluminiowym, wewnątrz której są umieszczone koncentrycznie, pręt laserowy, szereg lamp wyładowczych, rura kwarcowa i rura z tlenku magnezu, przy czym wszystkie elementy wewnątrz rury kwarcowej są zatopione w kąpieli wodnej, a ponadto pomiędzy rurą z tlenku magnezu a ściankami komory znajduje się poduszka powietrzna tłumiąca falę uderzeniową powstającą w czasie wyładowania. Wszystkie elementy wewnątrz komory są osadzone suwliwie w otworach konstrukcji wsporczej zapewniającej właściwe odstępy pomiędzy elementami, wykonanej w postaci zestawu pierścieni oraz wsporników w kształcie ażurowego szkieletu. Chłodziwem lamp oraz pręta jest woda destylowana i dejonizowana krążąca w zamkniętym obwodzie, przepływem wymuszonym z określoną prędkością. Stosowane w głowicach laserowych błyskowe lampy ksenonowe emitują widmo w bardzo szerokim zakresie długości fal. Efektywnie w akcji laserowej jest wykorzystywana tylko niewielka część tego widma z zakresu widzialnego. Cały zakres ultrafioletu i podczerwieni jest bezużyteczny, a nawet szkodliwy. I tak ultrafiolet niszczy centra aktywne w ośrodku laserującym, zaś podczerwień grzeje ośrodek powodując jego soczewkowanie. W celu eliminacji tego typu niekorzystnych zjawisk stosuje się różnego typu rozwiązania, jak na przykład w rozwiązaniu według patentu USA nr 4 039 970, w którym zastosowano pomiędzy lampami a prętem laserowym, ekran odbijający promieniowanie ultrafioletowe albo w rozwiązaniu według patentu USA nr 4 232 276, w którym sam pręt otoczono powierzchnią filtrującą i odbijającą promieniowanie z niepożądanego zakresu widmowego. Niedogodnością tego typu rozwiązań jest to, że tego typu zabezpieczenia zmniejszają sprawność lasera w wyniku zmniejszenia intensywności promieniowania pompującego.The subject of the invention is a laser head, especially high-power lasers, applicable to research on controlled thermonuclear fusion. Known and previously used high power laser heads are made in the form of a cylindrical chamber in a solid aluminum block, inside which are placed concentrically, a laser rod, a series of discharge lamps, a quartz tube and a magnesium oxide tube, all elements inside the quartz tube are embedded in in the water bath, and between the magnesium oxide tube and the walls of the chamber, there is an air cushion that damps the shock wave generated during the discharge. All elements inside the chamber are slidably mounted in the openings of the supporting structure ensuring proper spacing between elements, made in the form of a set of rings and supports in the shape of an openwork skeleton. The coolant of the lamps and the rod is distilled and deionized water circulating in a closed circuit, forced flow at a certain speed. The xenon flash lamps used in the laser heads emit the spectrum in a very wide range of wavelengths. Only a small fraction of this spectrum in the visible spectrum is used efficiently in the laser action. The whole range of ultraviolet and infrared light is useless and even harmful. And so the ultraviolet destroys the active centers in the laser medium, and the infrared heats the medium causing its lensing. In order to eliminate this type of unfavorable phenomena, various types of solutions are used, for example in the solution according to US patent No. 4,039,970, in which a screen reflecting ultraviolet radiation is used between the lamps and a laser rod, or in the solution according to US patent No. 4,232,276, in which the rod itself is surrounded by a surface that filters and reflects radiation from an undesirable spectral range. The disadvantage of this type of solution is that this type of protection reduces the efficiency of the laser as a result of the reduced intensity of the pumping radiation.

150 965150 965

Głowica laserowa wykonana w postaci cylindrycznej komory w litym bloku aluminiowym, wewnątrz której są umieszczone koncentrycznie, pręt laserowy, szereg błyskowych lamp wyładowczych, rura z tlenku magnezu i poduszka powietrzna zatopione w kąpieli wodnej, wypełniającej rurę kwarcową, charakteryzuje się następującymi środkami technicznymi i ich połączeniem. Pręt laserowy głowicy jest osadzony koncentrycznie wewnątrz przeźroczystej rury szklanej, wypełnionej ciekłym przekształtnikiem kwantowym rozcieńczonym korzystnie w 1 -'5% DMSO, przy czym odstęp pomiędzy prętem laserowym a rurą szklaną jest proporcjonalny do iloczynu średnicy pręta i współczynnika załamania roztworu ciekłego przekształtnika kwantowego. Natomiast rura szklana jest wykonana z pyrex*u. Zastosowanie roztworu ciekłego przekształtnika kwantowego jako nieliniowego absorbera, przetwarzającego promieniowanie podczerwone oraz ultrafioletowe na promieniowanie pompowania pozwoliło na zwiększenie wzmocnienia o ponad 20% większego od dotychczas uzyskiwanych wyników na tego samego typu głowicach.The laser head, made in the form of a cylindrical chamber in a solid aluminum block, inside which are placed concentrically, a laser rod, a series of flash discharge lamps, a magnesium oxide tube and an airbag embedded in a water bath filling a quartz tube, is characterized by the following technical measures and their combination . The laser rod of the head is mounted concentrically inside a transparent glass tube filled with a liquid quantum converter diluted preferably in 1-5% DMSO, the distance between the laser rod and the glass tube being proportional to the product of the rod diameter and the refractive index of the liquid quantum converter solution. The glass tube, on the other hand, is made of pyrex * u. The use of a liquid quantum converter solution as a non-linear absorber, converting infrared and ultraviolet radiation into pumping radiation, allowed to increase the gain by over 20% higher than the results obtained so far on the same type of heads.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na rysunku w przykładzie wykonania, który przedstawia przekrój pionowy głowicy. Pręt laserowy 1 jest osadzony koncentrycznie w podłużnej rurze szklanej 2 ze szkła pyreksowego, uszczelnionej obustronnie uszczelkami, nie przedstawionymi na rysunku, umieszczonymi pomiędzy prętem 1 a rurą szklaną 2, przy czym rura szklana 2 ma doprowadzenie 9 z końcówką, przez które wypełnia się przestrzeń pomiędzy prętem 1 i rurą szklaną 2 ciekłym przekształtnikiem kwantowym, którym jest roztwór SM/NOg/^, rozcieńczony w 1 - 5% DMSO /CH^/^SO, spełniający rolę absorbera nieliniowego. Odstęp pomiędzy prętem lasero wym 1 a ścianką rury szklanej 2 jest proporcjonalny do iloczynu średnicy pręta 1 i współczynnika załamania roztworu. Dookoła rury szklanej 2 są rozmieszczone koncentrycznie liczne lampy błyskowe 3 podłączone do umieszczonego na zewnątrz głowicy zasilacza wysokiego napięcia, nie przedstawionego na rysunku. Pręt laserowy 1, rura szklana 2, lampy błyskowe 3, ażurowa konstrukcja wsporcza są umieszczone w zamkniętej rurze kwarcowej 4 zaopatrzonej w doprowadzenie wlotowe 7 i doprowadzenie wylotowe Θ chłodziwa 11, łączące rurę kwarcową 4 z zewnętrznym układem chłodzenia, nie przedstawionym na rysunku. Na zewnątrz rury kwarcowej 4 jest osadzona również koncentrycznie rura z tlenku magnezu 5, spełniająca rolę zwierciadła odbijającego promieniowanie lamp błyskowych 3 w kierunku pręta laserowego 1. Poduszka powietrzna 6, znajdująca się pomiędzy korpusem głowicy 10 a rurą z tlenku magnezu 5, amortyzuje falę uderzeniową powstającą w momencie wyładowania w lampach błyskowych 3.The subject matter of the invention is shown in the drawing in an embodiment which shows a vertical section of the head. The laser rod 1 is mounted concentrically in a longitudinal glass tube 2 made of pyrex glass, sealed on both sides with gaskets, not shown in the drawing, placed between the rod 1 and the glass tube 2, the glass tube 2 having a lead 9 with an end through which the space between with a rod 1 and a glass tube 2 with a liquid quantum converter, which is a solution of SM / NOg / 3, diluted in 1 - 5% DMSO / CH 2/5 SO, acting as a non-linear absorber. The distance between the laser rod 1 and the wall of the glass tube 2 is proportional to the product of the diameter of the rod 1 and the refractive index of the solution. A plurality of flashlamps 3 are concentrically arranged around the glass tube 2, connected to a high-voltage power supply not shown in the drawing, located outside the head. The laser rod 1, glass tube 2, flash lamps 3, openwork support structure are placed in a closed quartz tube 4 provided with an inlet 7 and a coolant outlet Θ 11, connecting the quartz tube 4 with an external cooling system, not shown in the drawing. Outside the quartz tube 4 there is also a magnesium oxide tube 5 concentrically mounted, which acts as a mirror reflecting the radiation of flash lamps 3 towards the laser rod 1. The air cushion 6 between the head body 10 and the magnesium oxide tube 5 absorbs the shock wave generated. when discharged in flash units 3.

-Po napełnieniu rury szklanej 2 rozcieńczonym roztworem Sm/NO^/g odcina się jego dopływ przez zamknięcie doprowadzenia 9, następnie włącza się układ chłodzenia i wypełnia chłodziwem 11 całą objętość rury kwarcowej 4, przy czym chłodziwo 11 nieustannie krąży w obwodzie zamkniętym. W momencie wyładowania, energia zgromadzona w kondensatorach zasilacza wysokiego napięcia zostaje przetworzona w lampach błyskowych 3 na promieniowanie pompujące, które zostaje wpompowane w pręt laserowy 1 przez nieliniowy absorber wypełniający rurę szklaną 2 w postaci płynnej otoczki otaczającej pręt laserowy 1· Absorber transformuje promieniowanie pompowania bez tłumienia, a ponadto przetwarza szkodliwe promieniowanie podczerwone i ultrafioletowe, występujące w widmie lamp błyskowych, na promieniowanie pompowania inicjującego akcję laserową w pręcie 1. Dzięki temu właściwe promieniowanie pompowania zostaje wzmocnione dając w efekcie zwiększenie sprawności głowicy laserowej i większą moc promieniowania wyjściowego.After filling the glass tube 2 with the diluted Sm / NO4 / g solution, its supply is cut off by closing the inlet 9, then the cooling system is turned on and the entire volume of the quartz tube 4 is filled with coolant 11, the coolant 11 constantly circulating in a closed circuit. At the time of discharge, the energy stored in the capacitors of the high-voltage power supply is converted in flash lamps 3 into pumping radiation, which is pumped into the laser rod 1 by a non-linear absorber filling the glass tube 2 in the form of a liquid envelope surrounding the laser rod 1 The absorber transforms the pumping radiation without attenuation and, in addition, it converts harmful infrared and ultraviolet radiation, present in the spectrum of flash lamps, into pumping radiation that initiates laser action in rod 1. As a result, the proper pumping radiation is enhanced, resulting in increased efficiency of the laser head and greater output radiation power.

Claims

Patent claims

1. A laser head, made in the form of a cylindrical chamber in a solid aluminum block, inside which there is a concentric laser rod, a series of flash discharge lamps, a magnesium oxide tube and an air cushion, immersed in a water bath filling a quartz tube, characterized by that the rod The laser tube / 1 / is embedded concentrically inside a transparent glass tube / 2 /, the glass tube / 2 / is filled with a liquid quantum converter diluted with preferably 1-5% DMSO, the gap being

150 955 between the laser rod / 1 / and the glass tube / 2 / is proportional to the product of the average cy of the laser rod / 1 / and the refractive index of the solution of the liquid quantum converter

Head according to claim 1, characterized in that the glass tube / 2 / is made of pyrex.