RU206537U1 - Газоразрядное устройство с продольно-поперечным разрядом - Google Patents
Газоразрядное устройство с продольно-поперечным разрядом Download PDFInfo
- Publication number
- RU206537U1 RU206537U1 RU2021113333U RU2021113333U RU206537U1 RU 206537 U1 RU206537 U1 RU 206537U1 RU 2021113333 U RU2021113333 U RU 2021113333U RU 2021113333 U RU2021113333 U RU 2021113333U RU 206537 U1 RU206537 U1 RU 206537U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- discharge
- tube
- longitudinal
- transverse
- gas
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
- H01S3/0975—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser using inductive or capacitive excitation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Газоразрядное устройство с продольно-поперечным разрядом предназначено для генерирования спонтанного и когерентного излучения. Газоразрядное устройство содержит двухсекционную трубку с размещенными на ее торцах кольцевыми острийными анодами и установленным в середине трубки цилиндрическим острийным катодом. Трубка соединена последовательно с генератором импульсного напряжения и параллельно с разрядными конденсаторами, осуществляющими импульсное питание продольного электрического разряда. На секции трубки навиты соленоиды, каждый из которых подключен к собственному импульсному источнику питания, включающему конденсатор и коммутатор генератора импульсного напряжения, осуществляющие импульсное питание поперечного индукционного разряда. За счет конструктивного выполнения в газоразрядном устройстве зажигается продольно-поперечный объемный разряд с однородным распределением плазмы в разрядной трубке, с плотностью мощности накачки до 10 МВт/см3в газовых средах (Не, N2, СО2, Ne-Xe(Kr)-HCl) в диапазоне давлений 0,01-1 атм. С использованием данного устройства можно создавать эффективные источники излучения, масштабировать их для получения световых импульсов с высокой мощностью.
Description
Полезная модель относится к газоразрядным источникам спонтанного и когерентного излучения испускаемого газоразрядной плазмой, создаваемой в объемном разряде.
Известно, что в данном типе разряда сложно удержать однородную форму горения разряда при высоких плотностях тока ≥102 А/см2, так как с увеличением плотности тока на катоде возникают неоднородности электронной эмиссии, которые приводят к пространственным неоднородностям разрядной плазмы и появлению в ней каналов с высокой проводимостью, шунтирующих объемный разряд.
В литературе имеется ряд работ, в которых описаны устройства для формирования импульсного продольного разряда, используемого для накачки азотных и эксимерных лазеров [1-4]. При этом разряд зажигался в разрядных трубках из стекла или керамики, состоящих из одной или нескольких секций. Эффективная накачка разрядной плазмы достигалась в трубках с длиной от 15 до 40 см. Зажигание разряда происходило либо от энергии электрического поля [1-3], либо от энергии магнитного поля [4]. Типичные давления газа в разрядной трубке составляли доли - десятки миллиметров ртутного столба. Плотность разрядного тока не превышала 1-3 кА/см2.
Наиболее близкими аналогами предлагаемого газоразрядного устройства являются два устройства, которые были использованы в импульсных азотных лазерах с электрическим продольным разрядом [3] и с индукционным разрядом [4]. Устройство, описанное в работе [4], включает в себя цилиндрическую разрядную трубку из стекла, на которую навит соленоид длиной 600 мм и индуктивностью 120 нГн, зарядный и разрядный контуры на основе конденсаторов, коммутатор. На концах разрядная трубка с внутренним диаметром 33 мм закрывается кварцевыми окнами. Трубка наполнялась азотом с давлением 0,1-1,5 мм рт. ст. Принцип работы устройства заключается в следующем. При разрядке конденсатора емкостью 18 нФ на соленоид около внутренней стенки трубки за счет импульсного индукционного поперечного разряда создается объемная разрядная плазма в форме кольца толщиной 1-1,5 мм. Недостатком данного устройства является невозможность повышения давления газа в разрядной трубке более 1,5 мм рт. ст., увеличения объема разрядной плазмы и повышения мощности накачки.
Наиболее близким аналогом, взятым нами за прототип, является азотный лазер, описанный в работе [3]. Устройство состоит из двухсекционной кварцевой газоразрядной трубки диаметром 4-17 мм, включающей цилиндрический острийный катод в середине трубки и два кольцевых острийных анода на ее торцах, генератор импульсного напряжения (ГИН) на основе конденсаторов и коммутаторов, разрядный конденсатор для зажигания разряда. Данное устройство позволяет зажигать продольный объемный разряд с азотом или воздухом при давлениях 1-20 мм рт. ст., использовалось для накачки азотного лазера. Принцип работы устройства заключается в следующем. После зарядки накопительного конденсатора и срабатывания коммутаторов заряжаются конденсаторы, подключенные к секциям трубки, в трубке создается объемная разрядная плазма. На начальной стадии зажигания разряда в резко-неоднородном электрическом поле, создаваемом около катода и анодов, происходит предварительная ионизация газа убегающими электронами и стримерными каналами. Далее около внутренней стенки разрядной трубки зажигается однородный объемный разряд в кольце толщиной 2-4 мм с плотностью тока до 5 кА/см2 и удельной мощностью накачки до 5 МВт/см3.
Главным недостатком технического решения, реализованного в прототипе, является развитие неоднородностей в плазме при повышении удельной мощности накачки более 5 МВт/см3 и давления азота или воздуха более 20 мм рт. ст. Кроме этого, зажигание объемного разряда в газах с высоким потенциалом ионизации (Не) и в сложных молекулах (СО2) и в смесях газов с электроотрицательными компонентами приводило при повышении удельной мощности накачки к развитию неоднородностей в плазме.
Задачей полезной модели является уменьшение неоднородностей в газоразрядной плазме и, вследствие этого, повышение удельной мощности и эффективности накачки.
Техническим результатом является возможность зажигания объемного разряда при повышении удельной мощности накачки более 5 МВт/см3 и повышении давления до 1 атм в газах с высоким потенциалом ионизации (Не), в сложных молекулах (СО2), в смесях (Ne-Xe(Kr)-HCl).
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в известном газоразрядном устройстве, включающем диэлектрическую двухсекционную газоразрядную трубку с размещенными на ее торцах кольцевыми острийными анодами и установленным в середине трубки цилиндрическим острийным катодом, образующими разрядные промежутки, соединенные последовательно с генератором импульсного напряжения (ГИН) и параллельно с разрядными конденсаторами, осуществляющими импульсное питание продольного электрического разряда, согласно предложенному техническому решению, дополнительно на секции газоразрядной трубки навиты соленоиды, каждый из которых подключен к собственному импульсному источнику питания, включающему конденсатор и коммутатор генератора импульсного напряжения, которые осуществляют импульсное питание поперечного индукционного разряда.
Предложенное техническое решение основано на обнаруженном нами факте зажигания диффузного разряда для различных газов с более однородной плазмой при большей мощности накачки и большем давлении путем использования в разрядном промежутке дополнительно к электрическому полю магнитного поля. Данный эффект был обусловлен дополнительной предварительной ионизацией газа в разрядной трубке индукционным разрядом и влиянием электродвижущей силы (ЭДС) вихревого электрического поля, создаваемого соленоидами в разрядной трубке, на динамику горения продольного разряда.
Схематическое изображение конструкции и электрическая схема накачки газоразрядного устройства представлены на фиг.1.
Устройство содержит кварцевую разрядную трубку, состоящую из двух секций длиной 190-200 мм, разделенных общим цилиндрическим острийным катодом. Внутренний диаметр разрядной трубки может варьироваться от 4 до 17 мм. На торцах трубки установлены кольцевые острийные аноды и окна из кварца. На секции разрядной трубки навиты соленоиды, соединенные с анодами и подключенные к собственному импульсному источнику питания. Соленоиды длиной по 150 мм состоят из параллельно соединенных пяти частей, каждая выполнена из трех витков изолированного провода.
Схема импульсного питания продольного электрического разряда в устройстве состоит из ГИН на основе емкостей C1, С2 с коммутаторами Р0, P1 и разрядных емкостей С3. Схема импульсного питания поперечного индукционного разряда состоит из конденсаторов CL, соленоидов L2 и коммутатора Р0. Коммутатор Р0 выполнен на основе тиратрона марки ТПИ3-10к/25, a P1 - на основе искрового разрядника. Величина емкостей составляет: CL=2,8 нФ, C1=С2=8,4 нФ, С3=2.8 нФ. Емкости собираются из конденсаторов марки TDK UHV-6A, 700, 2700 pF & 30 kV. В схеме имеются зарядные и разрядные индуктивности: L0=100 мкГн используется для зарядки емкостей C1 и С2, L1=0,6 мкГн используется в цепи зарядки емкостей С3, L2=0,3 мкГн является индуктивностью соленоидов, L3=0,1 мкГн - индуктивность разрядного контура емкости С3. Сопротивления R0 используются для зарядки емкостей C1 и С2, омический делитель R1, R2 используется для измерения ЭДС магнитного поля, омический делитель R3, R4 используется для измерения напряжения на катоде, шунт Rш - для измерения тока зарядки и разряда на секцию трубки конденсатора С3.
Принцип работы устройства заключается в следующем. После зарядки конденсаторов CL, C1 и С2 до напряжения U0=24 кВ включаются коммутаторы Р0, P1 и ГИН начинает заряжать емкости С3, а емкость CL начинает создавать ток в соленоидах, генерирующих вихревое электрическое поле с ЭДС самоиндукции до 20 кВ. Это приводит к развитию с катода и анодов стримерных каналов, вблизи внутренней поверхности трубки развивается незавершенный скользящий разряд, под действием вихревого электрического поля зажигается индукционный разряд. Происходит предварительная ионизация газа до более высокой концентрации электронов в плазме (~1010 см-3) по сравнению с прототипом. После достижения пробивного напряжения между катодом и анодами в трубке зажигается объемный разряд. Кроме этого, во время зарядки и разрядки емкостей С3, подключенных к секциям разрядной трубки, соленоиды под действием этого тока генерируют ЭДС взаимоиндукции до 20-25 кВ. В результате прямой ток разряда вызывает круговое движение электронов, увеличивая их энергию, улучшая условия формирования продольно-поперечного объемного разряда с однородным распределением плазмы в разрядной трубке.
В качестве примера были исследованы условия зажигания и режимы горения объемного разряда в данном устройстве с различными газами (N2, Не, СО2, Ne-Xe(Kr)-HCl) при давлениях 0,01-1 атм и при различных внутренних диаметрах разрядной трубки (4-17 мм). Использование устройства для создания газоразрядной плазмы в воздухе или азоте приводило к увеличению области объемного разряда и возможности повышения давления газа в несколько раз по сравнению с прототипом. При увеличении диаметра трубки от 4 мм до 17 мм удельная мощность накачки снижалась, так как увеличивался объем разрядной плазмы.
На фиг. 2 и фиг. 3 представлены типичные осциллограммы напряжения на катоде Uк, разрядного тока в трубке IC3 и импульсов излучения при заполнении трубки диаметром 6,7 мм гелием с давлением 0,05 атм (фиг. 2) и СО2 с давлением 0,015 атм (фиг. 3) для случая без индукционного разряда (а) и с индукционным разрядом (б). Наглядно представлено, что мощность излучения разрядной плазмы во втором случае, при осуществлении продольно-поперечного разряда, в гелии увеличилась более чем в 4 раза, а в СО2 - более чем в два раза.
Таким образом, полученные экспериментальные результаты показывают возможность зажигания сильноточного продольно-поперечного разряда с однородным распределением плазмы в разрядной трубке в газовой среде (N2, СО2, Не) в диапазоне давлений 0,01-1 атм с плотностью мощности накачки до 10 МВт/см3. Данное устройство также позволяет зажигать однородный разряд в эксимерных смесях (Ne-Xe(Kr)-HCl) при давлении x до 1 атм. С использованием данной полезной модели можно создавать относительно простые по конструкции источники мощного спонтанного излучения в различных газах с продольно-поперечной накачкой, масштабировать их для получения световых импульсов с высокой мощностью.
Источники информации:
1. Козлов Б.Α., Паюров А.Я., Трусов В.С. Азотный лазер // патент №2313872 С2 от 03.10.2005.
2. Furuhashi Η., Goto Т. Longitudinal discharge N2 laser with automatic preionization using an LC inversion circuit // Rev. Sci. Instrum. 1988. V. 59. N 12. P. 2552-2556.
3. Панченко Ю.Η., Коновалов И.Η., Лосев В.Φ., Пучикин А.В. Азотный лазер, возбуждаемый продольным электрическим разрядом // Патент на изобретение №2664780 С1 от 22.08.2018.
4. А.М. Ражев, С.Д. Чуркин, Н.С. Тарасов. Исследование параметров генерации индукционного лазера на молекулярном азоте // Вестник НГУ. Серия: Физика. 2007. Т. 2, выпуск 4. С. 113-117.
Claims (1)
- Газоразрядное устройство с продольно-поперечным разрядом, включающее диэлектрическую двухсекционную газоразрядную трубку с размещенными на ее торцах кольцевыми острийными анодами и установленным в середине трубки цилиндрическим острийным катодом, образующими разрядные промежутки, соединенные последовательно с генератором импульсного напряжения (ГИН) и параллельно с разрядными конденсаторами, осуществляющими импульсное питание продольного электрического разряда, отличающееся тем, что дополнительно на секции газоразрядной трубки навиты соленоиды, каждый из которых подключен к собственному импульсному источнику питания, включающему конденсатор и коммутатор генератора импульсного напряжения, осуществляющие импульсное питание поперечного индукционного разряда.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021113333U RU206537U1 (ru) | 2021-05-11 | 2021-05-11 | Газоразрядное устройство с продольно-поперечным разрядом |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021113333U RU206537U1 (ru) | 2021-05-11 | 2021-05-11 | Газоразрядное устройство с продольно-поперечным разрядом |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU206537U1 true RU206537U1 (ru) | 2021-09-15 |
Family
ID=77746301
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021113333U RU206537U1 (ru) | 2021-05-11 | 2021-05-11 | Газоразрядное устройство с продольно-поперечным разрядом |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU206537U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2793616C1 (ru) * | 2021-10-25 | 2023-04-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭ СО РАН) | Способ накачки в газоразрядных импульсных лазерах |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7672354B2 (en) * | 2005-05-23 | 2010-03-02 | Ltb-Lasertechnik Berlin Gmbh | Electrically excited gas discharge laser for generating high-repetition frequency light pulses and method for the production thereof |
RU95909U1 (ru) * | 2010-03-11 | 2010-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет" (ГОУ "СПбГПУ") | Газоразрядный лазер |
JP2012009892A (ja) * | 2011-09-05 | 2012-01-12 | Komatsu Ltd | 放電励起式パルス発振ガスレーザ装置 |
RU121399U1 (ru) * | 2012-05-23 | 2012-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Газоразрядное устройство |
RU2519591C2 (ru) * | 2012-08-16 | 2014-06-20 | Дмитрий Викторович Бочков | Газоразрядный прибор |
-
2021
- 2021-05-11 RU RU2021113333U patent/RU206537U1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7672354B2 (en) * | 2005-05-23 | 2010-03-02 | Ltb-Lasertechnik Berlin Gmbh | Electrically excited gas discharge laser for generating high-repetition frequency light pulses and method for the production thereof |
RU95909U1 (ru) * | 2010-03-11 | 2010-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский Государственный политехнический университет" (ГОУ "СПбГПУ") | Газоразрядный лазер |
JP2012009892A (ja) * | 2011-09-05 | 2012-01-12 | Komatsu Ltd | 放電励起式パルス発振ガスレーザ装置 |
RU121399U1 (ru) * | 2012-05-23 | 2012-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Газоразрядное устройство |
RU2519591C2 (ru) * | 2012-08-16 | 2014-06-20 | Дмитрий Викторович Бочков | Газоразрядный прибор |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2793616C1 (ru) * | 2021-10-25 | 2023-04-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭ СО РАН) | Способ накачки в газоразрядных импульсных лазерах |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA1201156A (en) | Glow discharge generating apparatus | |
RU206537U1 (ru) | Газоразрядное устройство с продольно-поперечным разрядом | |
Kozlov et al. | High-voltage pulse generators for effective pumping of super-atmospheric pressure CO2-lasers | |
Bhadani et al. | Efficient long pulse TE‐CO2 laser using magnetic‐spiker sustainer excitation | |
Razhev et al. | Effect of the pump intensity on the efficiency of a KrF excimer electric-discharge laser on a He—Kr—F2 mixture | |
RU2664780C1 (ru) | Азотный лазер, возбуждаемый продольным электрическим разрядом | |
RU2517796C1 (ru) | Устройство для формирования объемного самостоятельного разряда | |
RU2507654C1 (ru) | Газоразрядный лазер, лазерная система и способ генерации излучения | |
Furuhashi et al. | Longitudinal discharge N2 laser with automatic preionization using an LC inversion circuit | |
Panchenko et al. | Pulsed gas lasers pumped by generators with inductive energy storage | |
RU189839U1 (ru) | Генератор высокочастотных импульсов на основе разряда с полым катодом | |
US3491309A (en) | Pulsed carbon dioxide laser with high voltage gradient and high gas pressure | |
RU2032972C1 (ru) | Электроразрядный лазер | |
RU2141708C1 (ru) | Устройство накачки мощного импульсно-периодического газового лазера | |
Skakun et al. | High-power UV excilamps excited by a glow discharge | |
Bychkov et al. | Experimental investigation and modeling of kinetic processes in a KrF laser | |
Konovalov et al. | Long-Pulse N 2-Laser Pumped by a Longitudinal Discharge | |
RU201615U1 (ru) | Устройство для питания газоразрядной лампы | |
Panchenko et al. | The TEA CO 2-lasers with high output emission intensity | |
Christov et al. | An efficient and compact discharge-excited XeCl laser | |
RU2107366C1 (ru) | Электроразрядный лазер (варианты) | |
Skakun et al. | Coaxial excimer lamps pumped by barrier and longitudinal discharges | |
Borovkov et al. | XeCl laser based on a three-electrode system of a double discharge formation | |
Cohn | CO2 laser excited by preionized transverse discharge through a dielectric | |
Kozlov et al. | Pulse-periodical TEA-laser operating on a mixture of carbon dioxide and air |