RU2035811C1 - Проточный co2 -лазер - Google Patents
Проточный co2 -лазер Download PDFInfo
- Publication number
- RU2035811C1 RU2035811C1 SU5037195A RU2035811C1 RU 2035811 C1 RU2035811 C1 RU 2035811C1 SU 5037195 A SU5037195 A SU 5037195A RU 2035811 C1 RU2035811 C1 RU 2035811C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- plates
- flow
- main plates
- laser
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Использование: в приборах квантовой электроники, в частности в технологических лазерах. Сущность изобретения: в проточном CO2 - лазере, содержащем разрядную камеру с металлическими электродами и оптический резонатор, ось которого ориентирована поперек направления потока газовой смеси в разрядной камере, каждый электрод выполнен в виде набора основных пластин, электрически соединенных между собой и расположенных параллельно друг другу, установленных так, что в каждой паре электродов основные пластины одного электрода расположены посредине между основными пластинами другого электрода по направлению потока газовой смеси при определенном соотношении размеров электродов, а плоскость, проходящая через нижние по потоку кромки основных пластин пары электродов, параллельна оси резонатора и расположена по потоку выше него на определенном расстоянии, при этом электроды подключены к источнику высокочастотного переменного напряжения с частотой, превышающей 40 МГц, в оновных пластинах электродов могут быть равномерно выполнены отверстия диаметром, связанным с их толщиной расчетным соотношением, кроме того, между двумя соседними основными пластинами может быть установлена по крайней мере одна дополнительная параллельная пластина, электрически изолированная от всех остальных пластин, с размерами, выбранными из условия предотвращения горения разряда в обход дополнительных пластин. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в мощных проточных газовых лазерах.
Известен проточный газовый лазер [1] который содержит размещенные в разрядной камере металлические электроды с покрытыми диэлектриком рабочими поверхностями. Электроды подключены к источнику переменного напряжения, что позволяет возбуждать в камере высокочастотный емкостный разряд.
Недостатком данного лазера является наличие диэлектрика в разрядной камере, что снижает надежность и приводит к необходимости повышения напряжения на электродах.
Этот недостаток устранен в известном проточном газовом лазере [2] в котором металлические электроды не имеют диэлектрического покрытия и подключены к источнику переменного высокочастотного напряжения. Ось оптического резонатора проходит между электродами поперек направления потока газа.
Недостатком данного лазера является уменьшение его мощности, так как устранение диэлектрического покрытия приводит к снижению устойчивости разряда и уменьшению удельного энерговклада.
Целью изобретения является повышение мощности лазера путем увеличения поперечного сечения потока активной среды, повышения рабочего давления и удельного энерговклада в разряд.
Цель достигается тем, что в проточном СО2-лазере, содержащем размещенную в разрядной камере по крайней мере одну пару металлических электродов, подключенных к источнику высокочастотного переменного напряжения с частотой f, и оптический резонатор, ось которого ориентирована поперек направления потока газовой смеси в разрядной камере, источник высокочастотного переменного напряжения выполнен так, что f превышает 40 МГц, каждый электрод выполнен в виде набора основных пластин, электрически соединенных между собой и расположенных параллельно друг другу, электроды установлены так, что в каждой паре электродов основные пластины одного электрода расположены посредине между основными пластинами другого электрода параллельно им и направлению потока газовой смеси, размеры электродов удовлетворяют соотношениям
< H < (1)
L < (2) где Н расстояние между соседними пластинами в паре электродов;
Р парциальное давление молекулярных компонент в газовой смеси лазера;
L протяженность пары электродов вдоль ближайшего к ней участка оси оптического резонатора;
f в мегагерцах;
а 102 мм.МГц;
b 106 мм3/2.(мм рт.ст.) 1/2.МГц;
с 5.104 мм.(мм рт.ст.).МГц, при этом электроды размещены в разрядной камере так, что каждая плоскость, проходящая через нижние по потоку кромки основных пластин пары электродов, параллельна ближайшему к ней участку оси резонатора и расположена по потоку выше его на расстоянии, не превышающем uτ где u скорость потока верхнего лазерного уровня при рабочих параметрах газовой смеси лазера; τ время релаксации верхнего лазерного уровня при рабочих параметрах газовой смеси лазера.
< H < (1)
L < (2) где Н расстояние между соседними пластинами в паре электродов;
Р парциальное давление молекулярных компонент в газовой смеси лазера;
L протяженность пары электродов вдоль ближайшего к ней участка оси оптического резонатора;
f в мегагерцах;
а 102 мм.МГц;
b 106 мм3/2.(мм рт.ст.) 1/2.МГц;
с 5.104 мм.(мм рт.ст.).МГц, при этом электроды размещены в разрядной камере так, что каждая плоскость, проходящая через нижние по потоку кромки основных пластин пары электродов, параллельна ближайшему к ней участку оси резонатора и расположена по потоку выше его на расстоянии, не превышающем uτ где u скорость потока верхнего лазерного уровня при рабочих параметрах газовой смеси лазера; τ время релаксации верхнего лазерного уровня при рабочих параметрах газовой смеси лазера.
В этом лазере в основных пластинах могут быть равномерно выполнены отверстия с диаметром d, удовлетворяющим соотношению:
< d < 4h где h толщина основных пластин.
< d < 4h где h толщина основных пластин.
В лазер могут быть введены дополнительные пластины, при этом между двумя соседними основными пластинами параллельно им установлена по крайней мере одна дополнительная пластина, электрически изолированная от всех остальных пластин, а размеры дополнительных пластин выбраны из условия предотвращения горения разряда в обход дополнительных пластин.
Выполнение электродов в виде наборов пластин, удовлетворяющих соотношениям (1,2), позволяет увеличить общее поперечное сечение потока, поднять рабочее давление и энерговклад в разряд. Это связано с тем, что предельный удельный энерговклад и устойчивость разряда возрастают с уменьшением межэлектродного расстояния.
Экспериментально установлено, что для СО2-лазера зазор между пластинами электродов Н не должен превышать с/Pf. При выполнении этого соотношения разряд между пластинами стабилизируется емкостными слоями, формирующимися у поверхностей пластин, и сохраняет однородность при максимальных для СО2-лазеров удельных энерговкладах, если частота источника переменного напряжения превышает 40 МГц. При меньших частотах и рабочих энерговкладах возможен пробой емкостных слоев и переход разряда в сильноточную форму с нарушением его однородности и разрушением электродов.
Расстояние между пластинами не должно быть меньше двойной толщины емкостных приэлектродных слоев, которая для ВЧ-разрядов в характерных для СО2-лазеров рабочих смесях может быть представлена как а/f.
Размеры набора пластин электродов L в направлении поперек потока выбираются из условия горения разряда во всех зазорах между пластинами электродов и обеспечения при этом достаточно равномерного энерговклада по площади электрода. Экспериментально установлено, что при рабочих энерговкладах в смесях СО2-лазера величина L не должна превышать 106/f(PH)1/2. Это связано с тем, что с ростом частоты f сужается диапазон значений напряжения, при котором возможно свободное горение разряда. Поскольку по набору пластин ВЧ-напряжение неизбежно распределено неоднородно, то необходим подбор Р, Н и L при данной частоте f, при которых обеспечивается горение разряда во всех межэлектродных зазорах.
Расположение резонатора по потоку ниже электродов позволяет получить генерацию с потока газа, возбужденного во всех разрядных промежутках. При этом в лазере отсутствуют элементы, которые ограничивают апертуру резонатора и создают блики, ухудшающие качество излучения.
Если в пластинах выполнены отверстия, то повышается надежность одновременного возбуждения разряда во всех образованных пластинами промежутках. При выполнении условия d > a/f боковая поверхность пластин в отверстиях участвует в процессе возбуждения разряда. Отверстия заполняются плазмой, что инициирует пробой соседних разрядных промежутков при первоначальном пробое одного. В потоке в отверстиях образуются заполнение плазмой застойные зоны, что предотвращает сдувание разряда. При d < 4h не уменьшается рабочая поверхность пластин. В противном случае выполнение отверстий в пластинах ведет к увеличению падения напряжения на слое и к повышению опасности его пробоя.
Если между основными пластинами установлены дополнительные, то на их поверхностях в разряде также образуются емкостные слои. Поэтому введение дополнительных пластин приводит к увеличению суммарного падению напряжения на слоях и к увеличению их стабилизирующего воздействия, что позволяет увеличить удельный и общий энерговклад.
На фиг.1 показаны электроды лазера и расположение относительно них зеркал оптического резонатора; на фиг.2 то же, при использовании нескольких пар электродов, установленных последовательно по потоку; на фиг.3 изображены электроды с дополнительными пластинами.
Лазер содержит (фиг.1) по крайней мере одну пару металлических электродов, один из которых выполнен в виде набора основных пластин 1, другой основных пластин 2. Эти пластины могут быть закреплены на трубках 3 с каналами для протока хладагента и отделены друг от друга дистанционирующими шайбами 4. В пластинах 1 и 2 могут быть равномерно выполнены отверстия. Число отверстий в пластинах и их шаг выбираются с учетом необходимой механической прочности и электрической проводимости пластин. Электроды подключены к источнику 6 ВЧ-напряжения. Глухое 7 и выходное 8 зеркала резонатора установлены так, что его ось проходит по потоку ниже пластин поперек направления потока. При использовании в лазере нескольких установленных последовательно по потоку пар электродов (фиг.2) применяется составной резонатор, дополненный поворотными зеркалами 9. Между основными пластинами 1 и 2 могут быть установлены дополнительные пластины 10 (фиг.3). Они могут выполняться как из диэлектрика, так и из электропроводящего материала. В последнем случае они должны устанавливаться при помощи диэлектрических крепежных элементов (не показаны) и быть электрически изолированными от основных пластин и других электропроводящих элементов лазера. Размеры дополнительных пластин в перпендикулярном току направлении должны превышать размеры основных пластин настолько, чтобы падение напряжения на плазме по пути обхода дополнительной пластины превышало падение напряжения на слоях у этой пластины. В этом случае исключается зажигание разряда в обход дополнительных пластин. Так как падение напряжения на слое зависит от плотности тока, то размеры пластин 10 должны выбираться с учетом наиболее напряженных режимов.
Лазер работает следующим образом.
В разрядной камере создается поток рабочего газа. Через трубки 3 обеспечивается проток хладагента, например, воды. На электроды 1, 2 подается ВЧ-напряжение от генератора 6. При этом между основными и дополнительными пластинами возбуждается ВЧ-разряд и в рабочем газе, протекающем между пластинами, возникает инверсная заселенность. Генерация лазерного излучения возникает в оптическом резонаторе, образованном зеркалами 7, 8 и отражателями 9.
В данном лазере можно увеличить поперечное сечение потока активной среды наращиванием длины пластин электродов в направлении поперек оси резонатора и направления потока. Повышенная устойчивость ВЧ-разряда при малых межэлектродных зазорах позволяет поднять удельный энерговклад и рабочее давление газовой смеси. Это приводит к повышению мощности лазера.
Claims (3)
1. ПРОТОЧНЫЙ CO2 -ЛАЗЕР, содержащий размещенную в разрядной камере по крайней мере одну пару металлических электродов, подключенных к источнику высокочастотного переменного напряжения с частотой f, и оптический резонатор, ось которого ориентирована поперек направления потока газовой смеси в разрядной камере, отличающийся тем, что источник высокочастотного переменного напряжения выполнен так, что f > 40 МГц, каждый электрод выполнен в виде набора основных пластин, электрически соединенных между собой и расположенных параллельно одна другой, электроды установлены так, что в каждой паре электродов основные пластины одного электрода расположены посередине между основными пластинами другого электрода параллельно им и направлению потока газовой смеси, размеры электродов удовлетворяют соотношениям
где H расстояние между соседними пластинами в паре электродов;
P парциальное давление молекулярных компонент в газовой смеси лазера;
L протяженность пары электродов вдоль ближайшего к ней участка оси оптического резонатора;
a 102 · мм · МГц;
b 106 · мм3 / 2 · (мм рт.ст.)1 / 2 · МГц;
c 5 · 104 · мм · МГц · мм рт.ст.
где H расстояние между соседними пластинами в паре электродов;
P парциальное давление молекулярных компонент в газовой смеси лазера;
L протяженность пары электродов вдоль ближайшего к ней участка оси оптического резонатора;
a 102 · мм · МГц;
b 106 · мм3 / 2 · (мм рт.ст.)1 / 2 · МГц;
c 5 · 104 · мм · МГц · мм рт.ст.
при этом электроды размещены в разрядной камере так, что плоскость, проходящая через нижние по потоку кромки основных пластин пары электродов, параллельна ближайшему к ней участку оси резонатора и расположена по потоку выше его на расстоянии, не превышающем vτ, где v скорость потока газа в разрядной камере, τ время релаксации верхнего лазерного уровня при рабочих параметрах газовой смеси лазера.
3. CO2-лазер по п.1, отличающийся тем, что в паре электродов между двумя соседними основными пластинами параллельно им установлена по крайней мере одна дополнительная пластина, электрически изолированная от всех остальных пластин, а размеры дополнительных пластин выбраны из условия предотвращения горения разряда в обход дополнительных пластин.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5037195 RU2035811C1 (ru) | 1992-04-14 | 1992-04-14 | Проточный co2 -лазер |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5037195 RU2035811C1 (ru) | 1992-04-14 | 1992-04-14 | Проточный co2 -лазер |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2035811C1 true RU2035811C1 (ru) | 1995-05-20 |
Family
ID=21601796
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5037195 RU2035811C1 (ru) | 1992-04-14 | 1992-04-14 | Проточный co2 -лазер |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2035811C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998044601A2 (fr) * | 1997-03-27 | 1998-10-08 | Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo 'tekhnolaser' | Puissant laser compact a gaz |
-
1992
- 1992-04-14 RU SU5037195 patent/RU2035811C1/ru active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Патент США N 3748594, кл. 331-94.5, 1973. * |
2. Заявка ФРГ N 2917995, кл H 01S 3/097, 1980. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998044601A2 (fr) * | 1997-03-27 | 1998-10-08 | Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo 'tekhnolaser' | Puissant laser compact a gaz |
WO1998044601A3 (fr) * | 1997-03-27 | 1999-01-21 | Zakrytoe Aktsionernoe Obschest | Puissant laser compact a gaz |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4534035A (en) | Tandem electric discharges for exciting lasers | |
US4785458A (en) | Gas laser device | |
JPH04215485A (ja) | 前期電離される横方向に励起されたレーザの方法とその装置 | |
RU2035811C1 (ru) | Проточный co2 -лазер | |
CA1265184A (en) | Gas laser device | |
JP2007531312A (ja) | ガス放電レーザチャンバの改善 | |
RU2303322C1 (ru) | Устройство формирования объемного разряда | |
US4387463A (en) | Electrical discharge apparatus and a gas laser pumped by an electrical discharge through the gas | |
JPH0329196B2 (ru) | ||
RU2029423C1 (ru) | Способ получения генерации в газовом электроразрядном лазере и газовый электроразрядный лазер | |
NL8203305A (nl) | Inrichting voor het voortbrengen van een laser-actieve toestand in een snelle sub-sonische stroming. | |
US4606035A (en) | Lateral excitation type gas laser | |
Hoffmann | Discharge Behaviour Of A RF Excited High Power CO [sub] 2 [/sub] Laser At Different Excitation Frequencies | |
RU2017289C1 (ru) | Устройство для накачки газового проточного лазера | |
RU2148882C1 (ru) | Газовый лазер | |
RU2255398C2 (ru) | Способ возбуждения молекул и атомов газа и устройство для его осуществления | |
Howells et al. | The effect of circuit inductance on the operation of a TEA CO2 laser | |
CA1226660A (en) | Corona discharge preionized high pulse repetition frequency laser | |
JPS6321882A (ja) | エキシマレ−ザ装置 | |
RU2089981C1 (ru) | Устройство электродной системы для формирования объемного самостоятельного разряда | |
JP2636478B2 (ja) | レーザ装置 | |
US5095490A (en) | Asymmetric rf excited gas laser electrode configuration | |
JP2614231B2 (ja) | ガスレーザ装置 | |
RU2141708C1 (ru) | Устройство накачки мощного импульсно-периодического газового лазера | |
RU1777526C (ru) | Электроразрядный лазер с диффузионным охлаждением |