RU2065239C1

RU2065239C1 - Discharge tube for vapor laser

Info

Publication number: RU2065239C1
Application number: RU93033525A
Authority: RU
Inventors: Л.М. Букшпун; М.М. Букшпун
Original assignee: Букшпун Леонид Маратович
Priority date: 1993-07-02
Filing date: 1993-07-02
Publication date: 1996-08-10

Abstract

FIELD: quantum electronics. SUBSTANCE: outer surface of inner dielectric tube has system of channels which is distributed across all surface. System of channels is designed as communicating longitudinal and ring recesses, which contain group of tanks with working material in upper part of tube and through holes which connects inner volume of channels and discharge zone. EFFECT: increased functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке активных элементов лазеров на парах химических элементов, нагреваемых разрядом. The invention relates to quantum electronics and can be used in the development of active elements of lasers based on pairs of chemical elements heated by a discharge.

Известна конструкция разрядной трубки лазера на парах химических элементов, нагреваемой разрядом, содержащая керамический разрядный канал, в котором кусочки рабочего вещества располагаются на некотором расстоянии от зоны разряда в пазах между керамическими сегментами разрядного канала [Латуш Е. Л. и др. Газоразрядные рекомбинационные лазеры на парах стронция и кальция. Оптика и спектроскопия, т.72, вып.5, 1992, с. 1218, рис.3г] В такой конструкции необходимое для генерации давление паров металла достигается за счет нагрева разрядного канала разрядным током. A known design of a discharge tube of a vapor laser of a chemical element heated by a discharge, containing a ceramic discharge channel in which pieces of the working substance are located at a certain distance from the discharge zone in the grooves between the ceramic segments of the discharge channel [Latush E. L. et al. Gas-discharge recombination lasers on vapors of strontium and calcium. Optics and Spectroscopy, vol. 72, issue 5, 1992, p. 1218, Fig. 3d] In such a design, the vapor pressure of the metal necessary for generation is achieved by heating the discharge channel with discharge current.

Недостатком известной конструкции является горение разряда на кусочки рабочего металла, приводящее к неконтролируемому его испарению (и, как следствие, к нестабильности генерации лазера), локальному перегреву близлежащих участков разрядного канала, его растрескиванию, приводящему к снижению надежности разрядной трубки лазера. Другим недостатком данной конструкции является уменьшение мощности генерации, связанное с паразитным рассеиванием лазерного излучения на пылевидной окиси рабочего вещества (например, щелочно-земельных металлов стронция и кальция), неизбежно появляющейся в процессе тренировки разрядной трубки и свободно поступающей из пазов в зону разряда. Другим недостатком известной конструкции является увеличение поперечного сечения разряда в области пазов (и, следовательно, уменьшение плотности тока в этих участках), приводящее к ухудшению условий возбуждения активной среды и к уменьшению мощности генерации разрядной трубки. A disadvantage of the known design is the burning of the discharge into pieces of the working metal, leading to uncontrolled evaporation (and, as a result, instability of laser generation), local overheating of nearby sections of the discharge channel, its cracking, leading to a decrease in the reliability of the laser discharge tube. Another drawback of this design is the decrease in lasing power associated with parasitic scattering of laser radiation by the pulverized oxide of the working substance (for example, alkaline-earth metals of strontium and calcium), which inevitably appears during the training of the discharge tube and freely flows from the grooves into the discharge zone. Another disadvantage of the known construction is an increase in the discharge cross section in the groove region (and, consequently, a decrease in the current density in these sections), which leads to a deterioration of the excitation conditions of the active medium and to a decrease in the generation power of the discharge tube.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является разрядная трубка лазера на парах стронция, в которой поступление паров рабочего вещества в зону разряда осуществляется за счет прокачки инертного газа (гелия) через специальный, независимо нагреваемый резервуар с рабочим веществом, расположенный вне разрядного канала [D.G. Loveland et al. Design of a 1, 7W stable long-lived strontium vapour laser.-Meas. Sci. Technol. v.2, 1991, р. 1084, Fig.2]
Недостатками известной конструкции являются:
во-первых, малый срок службы разрядной трубки, связанный с повышенным расходом рабочего вещества при принудительной прокачке инертного газа через разрядный канал;
во-вторых, невозможность работы разрядной трубки в отпаянном режиме, предпочтительном для большинства практических применений;
в-третьих, сложность и низкая надежность конструкции, связанные с наличием отдельно нагреваемого резервуара с рабочим веществом и необходимостью использования системы прокачки инертного газа через разрядную трубку.The closest to the proposed technical solution is the discharge tube of a strontium vapor laser, in which the input of the working substance vapors into the discharge zone is carried out by pumping an inert gas (helium) through a special, independently heated working substance reservoir located outside the discharge channel [DG Loveland et al. Design of a 1, 7W stable long-lived strontium vapor laser.-Meas. Sci. Technol. v. 2, 1991, p. 1084, Fig. 2]
The disadvantages of the known design are:
firstly, the short service life of the discharge tube, associated with increased consumption of the working substance during the forced pumping of inert gas through the discharge channel;
secondly, the impossibility of the discharge tube in sealed mode, preferred for most practical applications;
thirdly, the complexity and low reliability of the design associated with the presence of a separately heated reservoir with a working substance and the need to use an inert gas pumping system through the discharge tube.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи увеличения срока службы и надежности разрядной трубки, а также упрощения ее конструкции и процесса эксплуатации. The claimed invention is aimed at solving the problem of increasing the service life and reliability of the discharge tube, as well as simplifying its design and operation.

Поставленная задача возникает при разработке и эксплуатации газовых лазеров на парах химических элементов, использующих эффект саморазогрева. The problem arises during the development and operation of gas lasers using pairs of chemical elements using the self-heating effect.

Cущность изобретения состоит в том, что внешняя поверхность внутренней диэлектрической трубки, помещенной плотно во внешнюю, имеет распределенную по всей поверхности систему каналов, выполненную, например, в виде сообщающихся продольно-кольцевых пазов, содержащих в верхней части трубки группу резервуаров с рабочим веществом, например, в виде прямоугольных пазов, а в нижней сквозные отверстия, соединяющие внутренний объем каналов с зоной разряда. The essence of the invention lies in the fact that the outer surface of the inner dielectric tube placed tightly in the outer one has a channel system distributed over the entire surface, made, for example, in the form of interconnecting longitudinally annular grooves containing a group of reservoirs of a working substance in the upper part of the tube, for example , in the form of rectangular grooves, and in the bottom there are through holes connecting the internal volume of the channels with the discharge zone.

Cущность изобретения поясняется фиг.1, где показаны конструкция предлагаемой разрядной трубки (а) и вариант организации системы каналов на внешней поверхности внутренней диэлектрической трубки (б). The invention is illustrated in figure 1, which shows the design of the proposed discharge tube (a) and the organization of the channel system on the outer surface of the inner dielectric tube (b).

Разрядная трубка содержит диэлектрическую трубку (например, из окиси бериллия) разрядного канала 1, имеющую на внешней поверхности распределенную по всей поверхности систему каналов 2 для подачи паров рабочего вещества в зону разряда; внешнюю диэлектрическую трубку 3 (например, из окиси бериллия), в которую плотно (без зазора) помещена трубка 1; ограничительные диэлектрические шайбы 4, анод и катод 5, являющиеся элементами вакуумно-плотного соединения между трубкой 3 и кольцевыми стеклянными участками 6, скошенными под углом Брюстера. The discharge tube comprises a dielectric tube (for example, from beryllium oxide) of the discharge channel 1, having on the external surface a channel system 2 distributed over the entire surface to supply vapor of the working substance to the discharge zone; an external dielectric tube 3 (for example, from beryllium oxide) into which the tube 1 is tightly (without a gap); restrictive dielectric washers 4, the anode and cathode 5, which are elements of a vacuum-tight connection between the tube 3 and the annular glass sections 6, beveled at a Brewster angle.

Cистема каналов 2, расположенных на внешней поверхности трубки 1, может быть выполнена, например, в виде набора кольцевых пазов, размещенных с заданным шагом по длине трубки и сообщающихся с помощью продольных пазов. При этом каждый n-й кольцевой паз (где n 1,3,5.) содержит в верхней части трубки 1 прямоугольные резервуары (полости) 7 для размещения рабочего вещества 8, а в нижней части каждого (n+1)-го кольцевого паза имеются сквозные отверстия 9, обеспечивающие сообщение внутреннего объема системы каналов 2 с зоной разряда трубки 1. Количество n кольцевых пазов и шаг между ними определяются внутренним диаметром разрядного канала 1, его длиной и рабочим веществом. The system of channels 2 located on the outer surface of the tube 1 can be made, for example, in the form of a set of annular grooves placed with a given step along the length of the tube and communicating using longitudinal grooves. Moreover, each n-th annular groove (where n is 1,3,5.) Contains rectangular reservoirs (cavities) 7 in the upper part of the tube 1 to accommodate the working substance 8, and in the lower part of each (n + 1) -th annular groove there are through holes 9 that provide communication between the internal volume of the channel system 2 and the discharge zone of tube 1. The number n of annular grooves and the pitch between them are determined by the internal diameter of the discharge channel 1, its length, and the working medium.

Разрядная трубка работает следующим образом. При подключении источника напряжения к электродам 5 происходит зажигание разряда и разогрев разрядного канала 1 разрядным током. Далее, за счет высокой теплопроводности материала трубки 1, происходит нагрев внешней ее поверхности с расположенными на ней резервуарами с рабочим веществом 8, что вызывает интенсивное испарение последнего. Пары рабочего вещества 8 по системе каналов 2 поступают через отверстия 9 во внутренний объем разрядной трубки 1, создавая в зоне разряда необходимое для генерации оптимальное давление паров рабочего вещества. Пылевидная окись рабочего вещества (стронция или кальция), образующаяся при нагреве и тренировке разрядной трубки, концентрируется в нижней части "n"-ых кольцевых пазов из-за более высокой плотности и давления насыщенных паров. Последнее предотвращает ее попадание в зону разряда, увеличивая, тем самым, мощность излучения лазера. The discharge tube operates as follows. When a voltage source is connected to the electrodes 5, the discharge is ignited and the discharge channel 1 is heated by the discharge current. Further, due to the high thermal conductivity of the material of the tube 1, its external surface is heated with the reservoirs with the working substance 8 located on it, which causes intense evaporation of the latter. The vapor of the working substance 8 through a system of channels 2 enters through the openings 9 into the internal volume of the discharge tube 1, creating the optimal vapor pressure of the working substance necessary for generation in the discharge zone. The pulverized oxide of the working substance (strontium or calcium), which is formed during heating and training of the discharge tube, is concentrated in the lower part of the "n" -th annular grooves due to the higher density and pressure of saturated vapors. The latter prevents it from entering the discharge zone, thereby increasing the laser radiation power.

Равномерное поступление паров рабочего вещества в активный объем разрядной трубки через систему отверстий 9 исключает необходимость прокачки газа для этой же цели, исключает принудительный вынос рабочего вещества, увеличивая, тем самым, срок службы разрядной трубки; существенно снижает чувствительность давления паров в зоне разряда к изменению вводимой мощности, существенно упрощает процесс эксплуатации разрядной трубки, повышает ее надежность. The uniform entry of the working substance vapors into the active volume of the discharge tube through the system of holes 9 eliminates the need for pumping gas for the same purpose, eliminates the forced removal of the working substance, thereby increasing the service life of the discharge tube; significantly reduces the sensitivity of the vapor pressure in the discharge zone to a change in the input power, significantly simplifies the operation of the discharge tube, increases its reliability.

Cущественному увеличению срока службы способствует также возможность создания значительного запаса рабочего вещества в резервуарах 7 за счет увеличения их размеров. A significant increase in service life is also facilitated by the possibility of creating a significant supply of working substance in tanks 7 by increasing their size.

Claims

A discharge tube laser for a vapor of chemical elements heated by a discharge, containing a discharge channel, consisting of two coaxially located dielectric tubes with reservoirs for the working substance, characterized in that the outer surface of the inner dielectric tube, placed without a gap in the outer one, has a system distributed over the entire surface channels, made, for example, in the form of communicating longitudinally annular grooves containing in the upper part of the tube a group of reservoirs with a working substance, and in the lower squo nye openings connecting channels with an internal volume of the discharge zone.