RU2092949C1 - Cathode board for fast-flow gas laser - Google Patents
Cathode board for fast-flow gas laser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2092949C1 RU2092949C1 RU94027306A RU94027306A RU2092949C1 RU 2092949 C1 RU2092949 C1 RU 2092949C1 RU 94027306 A RU94027306 A RU 94027306A RU 94027306 A RU94027306 A RU 94027306A RU 2092949 C1 RU2092949 C1 RU 2092949C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- emitters
- cathode
- cathodes
- emitter
- distance
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании электроразрядных лазеров с поперечной прокачкой газа. The invention relates to quantum electronics and can be used to create electric-discharge lasers with transverse pumping of gas.
Известно устройство разрядной камеры для газового лазера, в котором катодная плата собрана из набора отдельных катодов с независимым охлаждением водой и подводкой электропитания [1] Недостатком такой платы является большое количество вакуумно-водяных соединений, приводящих к низкой герметичности лазера, снижению КПД и надежности. A device for a discharge chamber for a gas laser is known, in which the cathode board is assembled from a set of individual cathodes with independent cooling by water and power supply [1] The disadvantage of this board is the large number of vacuum-water connections, leading to low laser tightness, lower efficiency and reliability.
Известно также устройство разрядной камеры, в которой отсутствует этот недостаток [2] В этой камере катодная плата состоит из набора рядов, состоящих из нескольких катодов каждый, причем катоды одного ряда имеют общий изолированный от них охладитель. В этой конструкции резко снижается количество вакуумно-водяных соединений. A discharge chamber device is also known in which this drawback is absent [2] In this chamber, the cathode board consists of a set of rows consisting of several cathodes each, and the cathodes of one row have a common cooler isolated from them. In this design, the number of vacuum-water compounds is sharply reduced.
Однако такое решение обладает существенным недостатком. При появлении разности потенциалов между соседними по ряду катодами, которое случается при котрагировании основного разряда, то есть при зажигании дуги между одним из катодов и анодом, между этими катодами возникает разряд, как правило, по изолирующей поверхности охладителя, вследствие чего происходит разрушение изоляции как между катодами, так и между катодами и охладителем, и катодный ряд выходит из строя. However, this solution has a significant drawback. When a potential difference appears between adjacent cathodes in a row, which occurs when the main discharge is cotraged, that is, when an arc is ignited between one of the cathodes and the anode, a discharge occurs between these cathodes, as a rule, on the insulating surface of the cooler, as a result of which the insulation breaks as between cathodes, and between the cathodes and the cooler, and the cathode row fails.
Для предотвращения пробоя между катодами по изолированной поверхности охладителя промежуток между ними заливают изоляционным компаундом. Однако изоляционный компаунд является недостаточно надежным при долговременной работе, поскольку из-за появления микротрещин или отслоения изоляции вследствие усадки компаунда или появившихся в результате старения материала, возникает вероятность пробоя между катодами. Кроме того, такая камера сложна в изготовлении и требует применения органических соединений в вакуумной полости лазера, что является нежелательным, вследствие значительного газовыделения из объема компаунда, которое может повлечь за собой снижение энергетических ресурсных параметров газового лазера. To prevent breakdown between the cathodes on the insulated surface of the cooler, the gap between them is filled with an insulating compound. However, the insulating compound is not reliable enough for long-term operation, because due to the appearance of microcracks or delamination of the insulation due to shrinkage of the compound or resulting from aging of the material, there is a possibility of breakdown between the cathodes. In addition, such a chamber is difficult to manufacture and requires the use of organic compounds in the vacuum cavity of the laser, which is undesirable due to significant gas evolution from the volume of the compound, which can lead to a decrease in the energy resource parameters of the gas laser.
Изобретение решает задачу повышения долговечности и надежности разрядной камеры, упрощения ее изготовления. The invention solves the problem of increasing the durability and reliability of the discharge chamber, simplifying its manufacture.
Это достигается тем, что появление перенапряжений между катодами пробой между ними не предотвращается, а наоборот, обеспечивается возможно ранний пробой в безопасной зоне. Для этого катоды выполнены с удлиненными эмиттерами, выступающими за корпус катода. При этом в случае появления разности потенциалов между соседними катодами, возникающей из-за неоднородности газовой среде в основном разрядном промежутке, и достижения этой разностью потенциалов величины большей, чем пробойное напряжение между выступами эмиттеров, но меньшей, чем пробойное напряжение между катодами, между выступами эмиттеров зажигается разряд, который шунтирует эту разность потенциалов и, таким образом, предохраняет промежуток между электродами от пробоя, а значит, изоляционный материал от разрушения. УФ-излучение, исходящее от этого разряда, экранируется от теплоотводящей поверхности диэлектрической прокладкой, причем в этом случае не требуется приклеивания этой прокладки к охладителю. This is achieved by the fact that the occurrence of overvoltages between the cathodes by a breakdown between them is not prevented, but rather, an early breakdown is possible in a safe zone. For this, the cathodes are made with elongated emitters protruding beyond the cathode body. In this case, in the case of the appearance of a potential difference between adjacent cathodes, arising due to the inhomogeneity of the gas medium in the main discharge gap, and when this potential difference reaches a value greater than the breakdown voltage between the protrusions of the emitters, but less than the breakdown voltage between the cathodes, between the protrusions of the emitters a discharge is ignited, which shunts this potential difference and, thus, protects the gap between the electrodes from breakdown, and therefore, the insulating material from destruction. UV radiation emanating from this discharge is shielded from the heat sink surface by a dielectric gasket, and in this case no gluing of this gasket to the cooler is required.
Размеры выступающей части эмиттера и зазор между эмиттерами должны выбираться из условия L>l ≥ dmin,
где
L расстояние между катодами;
l расстояние между концами эмиттеров;
dmin расстояние между двумя электродами, при котором реализуется минимальное напряжение пробоя при рабочем давлении газа и заданном материале эмиттеров.The dimensions of the protruding part of the emitter and the gap between the emitters should be selected from the condition L> l ≥ d min ,
Where
L is the distance between the cathodes;
l distance between the ends of the emitters;
d min is the distance between the two electrodes at which the minimum breakdown voltage is realized at the working gas pressure and the given material of the emitters.
Напряжение пробоя между двумя электродами также зависит от давления и состава смеси газов и от материала электродов и описывается кривой Пашена (Райзер Ю. П. Физика газового разряда. М. Наука, 1987, с. 323). Для каждой пары газ-материал при некотором значении произведения давления на расстояние между электродами (p•d)min достигается минимальное значение пробойного напряжения Ut min такое, что при меньшем напряжении разряд не загорится. При значении произведения давления на расстояние между электродами, меньшем или большем, чем (p•d)min, пробойное напряжение возрастает. Таким образом, для каждого заданного давления можно определить значение dmin, при котором реализуется Ut min. Так, например, для медных электродов и воздуха: при (p•d)min 1 торр•см, тогда при р 20 торр
Для упрощения изготовления катодного узла целесообразно выполнять катодный узел составным. При этом эмиттер можно изготавливать из эрозионностойкого и дугостойкого материала, например из молибдена или вольфрама, а корпус катода из материала с высокой теплопроводностью, например из алюминиевого сплава. В случае, когда катод делается из алюминиевого сплава, его можно также анодировать для уменьшения вероятности пробоя между катодами.The breakdown voltage between the two electrodes also depends on the pressure and composition of the gas mixture and on the material of the electrodes and is described by the Paschen curve (Yu. P. Raizer. Gas discharge physics. M. Nauka, 1987, p. 323). For each gas-material pair, for a certain value of the product of pressure and the distance between the electrodes (p • d) min , the minimum value of the breakdown voltage U t min is reached such that the discharge does not light up at a lower voltage. When the value of the product of pressure by the distance between the electrodes is smaller or larger than (p • d) min , the breakdown voltage increases. Thus, for each given pressure, it is possible to determine the value of d min at which U t min is realized. So, for example, for copper electrodes and air: at (p • d) min 1 torr • cm, then at p 20 torr
To simplify the manufacture of the cathode assembly, it is advisable to make the cathode assembly composite. In this case, the emitter can be made of an erosion-resistant and arc-resistant material, for example, of molybdenum or tungsten, and the cathode body of a material with high thermal conductivity, for example, of an aluminum alloy. In the case where the cathode is made of an aluminum alloy, it can also be anodized to reduce the likelihood of breakdown between the cathodes.
Для повышения вероятности пробоя именно между эмиттерами выступающие кончики эмиттеров можно сделать из материала с более низким значением напряжения пробоя, что то же самое с более высоким коэффициентом вторичной эмиссии каким-либо способом, например методом плазменного напыления, нанести на кончики эмиттера покрытия из такого материала. Высокий коэффициент вторичной эмиссии понижает напряжение пробоя между эмиттерами. Материалами с высоким коэффициентом вторичной эмиссии являются платина, серебро и др. To increase the likelihood of breakdown between the emitters, the protruding tips of the emitters can be made of material with a lower breakdown voltage, which is the same with a higher secondary emission coefficient in some way, for example, by plasma spraying, to apply coatings of such material to the ends of the emitter. A high secondary emission factor lowers the breakdown voltage between emitters. Materials with a high secondary emission coefficient are platinum, silver, etc.
Для повышения устойчивости разряда и предотвращения контакта разряда с диэлектриком (облицовочной керамикой) можно эмиттер сделать многослойным, например, из трех слоев. Причем материалы этих слоев выбрать из условия Uб > U0,
где
U0 катодное падение потенциала для центрального слоя, например, у никеля U0 226 В для воздуха (Рейзер Ю.П. Физика газового разряда. - М. Наука, 1987, с. 369);
Uб катодное падение потенциала для бокового слоя, например, у меди Uб 370 В для воздуха (там же).To increase the stability of the discharge and prevent contact of the discharge with the dielectric (facing ceramic), the emitter can be made multilayer, for example, of three layers. Moreover, the materials of these layers to choose from the conditions U b > U 0 ,
Where
U 0 is the cathodic potential drop for the central layer, for example, for nickel U 0 226 V for air (Reiser Yu.P. Gas discharge physics. - M. Nauka, 1987, p. 369);
U b cathodic potential drop for the lateral layer, for example, for copper U b 370 V for air (ibid.).
При этом разряд будет гореть на центральном слое эмиттера, а боковые слои будут ограничивать разряд на катоде и увеличивать теплоотвод от центрального слоя. Возможен также вариант, когда центральный слой эмиттера не имеет выступов, что упрощает его изготовление. In this case, the discharge will burn on the central layer of the emitter, and the lateral layers will limit the discharge at the cathode and increase the heat removal from the central layer. It is also possible that the central layer of the emitter has no protrusions, which simplifies its manufacture.
На фиг. 1 изображена схема размещения катодных элементов; на фиг. 2 - катодные элементы, продольный разрез; на фиг. 3 катодный элемент, поперечный разрез; на фиг. 4 катодный элемент в случае катодного ряда с охладителем в виде трубки, поперечный разрез. In FIG. 1 shows a layout of cathode elements; in FIG. 2 - cathode elements, a longitudinal section; in FIG. 3 cathode element, cross section; in FIG. 4 cathode element in the case of a cathode row with a tube cooler, cross section.
Катодная плата собрана из катодных элементов 1, каждый из которых состоит из эмиттера 2, помещенного между двумя частями корпуса катода 3. Корпус катода крепится на теплоотводяющую поверхность 4, покрытую слоем диэлектрика. Наружные стенки корпуса катода облицованы слоем 5 высокотемпературного диэлектрика. Между поверхностью теплоотвода 4 и выступами эмиттера 7, которые могут быть выполнены из материала с более низким значением напряжения пробоя, находится прокладка из светонепроницаемого диэлектрика 8. The cathode board is assembled from cathode elements 1, each of which consists of an
Возможен вариант, когда катодный ряд имеет охладитель в виде трубки 10, которую охватывают части корпуса катода 3. Данный вариант прост и имеет меньшую трудоемкость изготовления. Работа конструкции заключается в создании однородного и стабильного разряда в активной зоне элекроразрядного лазера. Использование этой конструкции позволяет повысить долговечность и надежность разрядной камеры. A variant is possible when the cathode row has a cooler in the form of a
Claims (8)
L > l ≥ dmin,
где L расстояние между катодами;
l расстояние между концами эмиттеров;
dmin расстояние между двумя эмиттерами,
при которой реализуется минимальное напряжение пробоя при рабочем давлении газа и заданном материале эмиттеров.1. The cathode board of a fast-flowing gas laser, consisting of several rows, each of which is assembled from several cathodes isolated from each other, including a housing with external walls lined with a discharge-resistant dielectric and protruding into the flow emitter, independently connected to a power source and having a common, insulated electrically a cooler from them, characterized in that the emitters are made longer than the cathode body, and the distance between the ends of the emitters of adjacent cathodes is selected from the ratio I am
L> l ≥ d min ,
where L is the distance between the cathodes;
l distance between the ends of the emitters;
d min is the distance between two emitters,
at which the minimum breakdown voltage is realized at the working gas pressure and the given material of the emitters.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94027306A RU2092949C1 (en) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | Cathode board for fast-flow gas laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94027306A RU2092949C1 (en) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | Cathode board for fast-flow gas laser |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94027306A RU94027306A (en) | 1996-06-20 |
RU2092949C1 true RU2092949C1 (en) | 1997-10-10 |
Family
ID=20158713
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94027306A RU2092949C1 (en) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | Cathode board for fast-flow gas laser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2092949C1 (en) |
-
1994
- 1994-07-18 RU RU94027306A patent/RU2092949C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 589840, кл. Н 01 S 3/02, 1976. 2. Технологические лазеры: Справочник./Под ред. Абильсиитова Г.А. - М.: Машиностроение, l991, с. 160. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU94027306A (en) | 1996-06-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6346770B1 (en) | Discharge device having cathode with micro hollow array | |
JP2564423B2 (en) | Laser equipment | |
US3868593A (en) | Hollow-cathode laser tube | |
US3828277A (en) | Integral capacitor lateral discharge laser | |
WO2008045019A2 (en) | Pulsed rf high pressure co2 lasers | |
US4613971A (en) | Transversely excited gas laser | |
US4891551A (en) | Fluorescent lamp with grounded and fused electrode guard | |
JPS6248397B2 (en) | ||
KR20010062136A (en) | Gas laser apparatus that emits UV light | |
US3486058A (en) | Sputter resistive cold cathode for low pressure gas discharge device | |
RU2092949C1 (en) | Cathode board for fast-flow gas laser | |
Von Allmen et al. | Ceramic microdischarge arrays with individually ballasted pixels | |
US4677342A (en) | Semiconductor secondary emission cathode and tube | |
US4962334A (en) | Glow discharge lamp having wire anode | |
US5170091A (en) | Linear ultraviolet flash lamp with self-replenishing cathode | |
US2714687A (en) | High pressure mercury vapor electric discharge lamps | |
KR850001591B1 (en) | Lighting system | |
US3452295A (en) | Gas laser discharge tube having insulator shields | |
Eichler et al. | Performance of CuII lasers with cylindrical hollow cathodes | |
KR20060098533A (en) | External electrode fluorescent lamp | |
US4937838A (en) | Gas laser arrangement | |
US20070297479A1 (en) | Triggered spark gap | |
US3449694A (en) | Gas laser with internal electrodes | |
KR0166644B1 (en) | Pseudo spark switch | |
JP2001189147A (en) | Sodium-xenon lamp with improved property on ending its life |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090719 |