RU2007802C1

RU2007802C1 - Device for initiation of discharge in gas laser

Info

Publication number: RU2007802C1
Authority: RU
Inventors: А.Ф. Витшас; С.Г. Горный; В.А. Лопота; Л.П. Менахин; И.О. Смирнов; А.М. Сорока; В.В. Чулков
Original assignee: Совместное советско-западногерманское предприятие "Центр лазерной технологии"
Priority date: 1990-04-24
Filing date: 1990-04-24
Publication date: 1994-02-15

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: device includes gaseous-discharge cylindrical tube made of dielectric with metal electrodes placed inside tube and linked to power supply source with preionization electrodes located on outer surface of tube and connected to high-voltage pulse generator. Cross-section dimension of preionization electrode is not more 0.6 and not less than 0.4 of tube diameter. Preionization electrodes may be manufactured in the form of double spiral with axis coinciding with axis of tube. EFFECT: improved operational characteristics. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в мощных газовых лазерах с накачкой комбинированным разрядом. The invention relates to electrical engineering and can be used in high-power gas lasers pumped by a combined discharge.

Известно устройство газового лазера, которое состоит из цилиндрической диэлектрической трубки, заполненной газовой смесью СO₂-лазера, внутри которой с помощью системы электродов создается газоразрядная плазма. По торцам разрядной трубки размещаются зеркала резонатора.A gas laser device is known, which consists of a cylindrical dielectric tube filled with a gas mixture of a CO ₂ laser, inside which a gas-discharge plasma is created using a system of electrodes. At the ends of the discharge tube are placed resonator mirrors.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство, где в цилиндрической трубке предыонизация газа осуществляется периодической последовательностью высоковольтных импульсов с помощью без- электронного импульсного поперечного пробоя рабочей смеси СО₂-лазера. CO₂-лазер состоит из цилиндрической диэлектрической трубки и оптического резонатора, выполненного из двух зеркал, установленных в торцах трубки, источника питания и генератора высоковольтных импульсов.The closest in technical essence and the achieved result is a device where gas preionization in a cylindrical tube is carried out by a periodic sequence of high-voltage pulses using an electron-free transverse breakdown of the working mixture of a CO ₂ laser. The CO ₂ laser consists of a cylindrical dielectric tube and an optical resonator made of two mirrors mounted at the ends of the tube, a power source, and a high-voltage pulse generator.

Недостатками прототипа являются низкая мощность излучения, большая расходимость, неоднородность энерговыделения. The disadvantages of the prototype are low radiation power, large divergence, heterogeneity of energy release.

Целью изобретения является повышение мощности и уменьшение расходимости излучения лазера за счет уменьшения неоднородности энеpговклада. The aim of the invention is to increase the power and reduce the divergence of laser radiation by reducing the heterogeneity of the energy deposition.

Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем цилиндрическую трубку, внутри которой расположены основные электроды, подключенные к основному источнику электропитания, и электроды предыонизации, выполненные в виде двух токопроводящих полосок, нанесенных на внешнюю поверхность трубки симметрично относительно ее оси, и подключенные к генератору высоковольтных импульсов, причем электроды предыонизации выполнены, так, что их ширина b удовлетворяет соотношению
0,4d < l < 0,6 l, где d - внутренний диаметр диэлектрической трубки. Кроме того, электроды предыонизации выполнены в виде двойной спирали с осью, совпадающей с осью диэлектрической трубки.
Оптимизация размера электрода пре-дыонизации позволяет обеспечить более однородную накачку активной среды лазера. Поэтому улучшается расходимость излучения, поскольку выравнивается распределение мощности света по выходной апертуре и увеличивается выходная мощность, т. е. ее величина ограничена посредством газа в неоднородной области с большим энерговкладом.The goal is achieved in that in a device containing a cylindrical tube, inside of which there are main electrodes connected to the main power supply, and preionization electrodes made in the form of two conductive strips deposited on the outer surface of the tube symmetrically about its axis and connected to a high-voltage generator pulses, and the preionization electrodes are made so that their width b satisfies the relation
0.4d <l <0.6 l, where d is the inner diameter of the dielectric tube. In addition, the preionization electrodes are made in the form of a double helix with an axis coinciding with the axis of the dielectric tube.
Optimization of the size of the pre-preionization electrode allows for a more uniform pumping of the active medium of the laser. Therefore, the divergence of radiation is improved, since the distribution of light power over the output aperture is leveled and the output power increases, i.e., its value is limited by gas in an inhomogeneous region with a large energy input.

Оптимальный размер l подбирался экспериментально. Изготовлено несколько трубок с различным соотношением l/d. Неоднородность светового пучка регистрировалась по потемнению бумаги, расположенной в дальней зоне излучателя. В диапазоне 0,4 < l/d < 0,6 неоднородность cветового пучка составила по оценкам не более 20 % . При l/d = 0,35 и l/d = 0,7 неоднородность светового пучка была более 50 % . The optimal size l was selected experimentally. Several tubes with different l / d ratios have been manufactured. Light beam inhomogeneity was recorded by darkening of paper located in the far zone of the emitter. In the range 0.4 <l / d <0.6, the nonuniformity of the light beam was estimated to be no more than 20%. At l / d = 0.35 and l / d = 0.7, the nonuniformity of the light beam was more than 50%.

Неоднородность предыонизации уменьшается за счет использования спиралеобразных электродов, поскольку области повышенного и пониженного энерговклада чередуются вдоль по оси трубки, что выравнивает интенсивность светового пучка. The heterogeneity of preionization is reduced due to the use of spiral electrodes, since the areas of increased and reduced energy input alternate along the axis of the tube, which evens out the intensity of the light beam.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1. In FIG. 1 shows a structural diagram of the proposed device; in FIG. 2 is a section AA of FIG. 1.

Устройство содержит газоразрядную цилиндрическую трубку 1, выполненную из диэлектрика, электроды 2, электроды 3 предыонизации, резонатор, состоящий из зеркал 4, 5, источник 6 питания, генератор 7 высоковольтных импульсов. The device comprises a gas-discharge cylindrical tube 1 made of a dielectric, electrodes 2, preionization electrodes 3, a resonator consisting of mirrors 4, 5, a power source 6, a high-voltage pulse generator 7.

Устройство работает следующим образом. Генератор 7 высоковольтных импульсов генерирует последовательность импульсов с периодом между импульсами, меньшим характерного времени рекомбинации плазмы. Емкостный разряд, возникающий в газовой среде лазера, под действием электрических импульсов, приложенных к электродам 3 предыонизации, поддерживает высокую проводимость среды за счет таунсендовской ионизации газа. Электрический разряд, который горит в трубке 1 между электродами 2, возбуждает газовую смесь CO₂-лазера. Питание разряда осуществляется источником 6, подключенным к электродам 2. Генерация света осуществляется при достаточно высокой степени возбуждения с помощью резонатора, состоящего из зеркал 3, 4 (одно из которых полупрозрачное).The device operates as follows. The high-voltage pulse generator 7 generates a pulse train with a period between pulses shorter than the characteristic plasma recombination time. A capacitive discharge arising in the gas medium of the laser, under the influence of electric pulses applied to the preionization electrodes 3, maintains a high conductivity of the medium due to the Townsend ionization of the gas. An electric discharge that burns in the tube 1 between the electrodes 2 excites a gas mixture of a CO ₂ laser. The discharge is powered by a source 6 connected to the electrodes 2. Light is generated at a sufficiently high degree of excitation using a resonator consisting of mirrors 3, 4 (one of which is translucent).

Положительный эффект (увеличение мощности излучения лазера и уменьшение расходимости) достигнут за счет улучшения однородности возбуждения активной среды. A positive effect (an increase in laser radiation power and a decrease in divergence) was achieved by improving the uniformity of excitation of the active medium.

П р и м е р . В разрядном устройстве использовались стеклянные трубки. В лазере осуществлялась прокачка газа. Газовый контур использовался от установки "Латус-31", электроды предыонизации выполнены из фольги, наклеенной на внешнюю поверхность стеклянных трубок. Электроды основного разряда выполнены из меди. Газовая смесь - CO₂ : H₂ : He. Одно из зеркал глухое с коэффициентом отражения 0,98, второе - полупрозрачное с коэффициентом пропускания 0,5. Напряжение источника питания основного разряда 12 кВ. Генератор импульсов генерировал пачки импульсов с частотой повторения 20 кГц. Максимальная средняя выходная мощность излучения составила 1,8 кВт при расходимости 0,5 ˙ 10^-3 рад. Отношение l = 0,5 ˙ d = = 2,35 см.PRI me R. The discharge device used glass tubes. Gas was pumped in the laser. The gas circuit was used from the Latus-31 installation, the preionization electrodes are made of foil glued to the outer surface of the glass tubes. The electrodes of the main discharge are made of copper. The gas mixture is CO ₂ : H ₂ : He. One of the mirrors is dull with a reflectance of 0.98, the second is translucent with a transmittance of 0.5. The voltage of the main discharge power source is 12 kV. A pulse generator generated bursts of pulses with a repetition rate of 20 kHz. The maximum average output radiation power was 1.8 kW with a divergence of 0.5 ˙ 10 ^-3 rad. The ratio l = 0.5 ˙ d = = 2.35 cm.

Мощность выходного излучения повысилась на 20 % , а расходимость уменьшилась в 2 раза, что свидетельствует о достижении положительного эффекта. (56) Голубев В. С. , Лебедев Ф. В. Инженерные основы создания технологических лазеров. М. : Высшая школа, 1988, с. 35-38. The output radiation power increased by 20%, and the divergence decreased by 2 times, which indicates the achievement of a positive effect. (56) Golubev V.S., Lebedev F.V. Engineering fundamentals of creating technological lasers. M.: High School, 1988, p. 35-38.

Claims

1. DEVICE FOR EXCITING A DISCHARGE IN A GAS LASER, containing a cylindrical dielectric tube, inside of which there are main electrodes connected to the main power supply, and preionization electrodes made in the form of two conductive strips deposited on the outer surface of the tube symmetrically about its axis and connected to a high-voltage pulse generator, characterized in that, in order to increase the power and reduce the divergence of the laser radiation, the preionization electrodes are made That their width l satisfies the relation
04d <l <0.6l,
where d is the inner diameter of the dielectric tube.

2. The device according to p. 1, characterized in that the preionization electrodes are made in the form of a double helix with an axis coinciding with the axis of the dielectric tube.