RU2093940C1 - Electrooptic laser unit with transverse pumping of gaseous working mixture - Google Patents
Electrooptic laser unit with transverse pumping of gaseous working mixture Download PDFInfo
- Publication number
- RU2093940C1 RU2093940C1 RU96101303A RU96101303A RU2093940C1 RU 2093940 C1 RU2093940 C1 RU 2093940C1 RU 96101303 A RU96101303 A RU 96101303A RU 96101303 A RU96101303 A RU 96101303A RU 2093940 C1 RU2093940 C1 RU 2093940C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser beam
- discharge
- mirror
- gas
- discharge gap
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Предполагаемое изобретение относится к области лазерного оборудования, точнее к электрооптическим блоком CO2 -лазеров с поперечной прокачкой рабочей смеси газов.The alleged invention relates to the field of laser equipment, more specifically to an electro-optical block of CO 2 lasers with transverse pumping of a working gas mixture.
Известен электрооптический блок CO2 -лазера с поперечной прокачкой рабочей смеси газов серии CL-5 английской фирмы "Калхем", включающий в свой состав газоразрядную камеру, состоящую из двух разрядных промежутков, в каждом из которых имеется электродная система для возбуждения тлеющего разряда, неустойчивый резонатор, состоящий из расположенных за боковыми плоскостями газоразрядное камеры двух параллельных плит и закрепленных на этих плитах: заднего глухого зеркала, нескольких поворотных узлов, обеспечивающих многопроходность лазерного луча по разрядным промежуткам поперек разряда, поворотных зеркал для передачи лазерного луча из одного разрядного промежутка в другой, передней отражательно-выводной системы резонатора, а также узла вывода лазерного луча из газоразрядной камеры [1] Недостаток этого электрооптического блока заключается в том, что в каждом разрядном промежутке имеется своя электродная система и это обуславливает громоздкость конструкции, вызывает неравномерность газового потока в газоразрядной камере. Большое расстояние между разрядными промежутками усложняет также конструкцию поворотных зеркал для передачи лазерного луча из одного разрядного промежутка в другой.The electro-optical unit of a CO 2 laser with transverse pumping of a working gas mixture of the CL-5 series of the English company Kalchem is known, which includes a gas discharge chamber consisting of two discharge gaps, each of which has an electrode system for exciting a glow discharge, an unstable resonator consisting of two parallel plates located behind the lateral planes of the gas-discharge chamber and fixed on these plates: a rear blind mirror, several rotary assemblies providing multi-pass laser beam across the discharge gaps across the discharge, rotary mirrors for transmitting the laser beam from one discharge gap to another, the front reflective-output system of the resonator, as well as the node for outputting the laser beam from the gas discharge chamber [1] The disadvantage of this electro-optical unit is that in each the discharge gap has its own electrode system and this causes the bulkiness of the structure, causing uneven gas flow in the gas discharge chamber. The large distance between the discharge gaps also complicates the design of rotary mirrors for transmitting a laser beam from one discharge gap to another.
Известен также электрооптический блок CO2 -лазеров ЛОК-ЗМ и ЛОКОН с поперечной прокачкой рабочей смеси газов, включающий в свой состав газоразрядную камеру, состоящую из двух разрядных промежутков, образованных общей анодной плитой и двумя катодными системами для возбуждения тлеющего разряда, и неустойчивый оптический резонатор, состоящий из расположенных за боковыми плоскостями газоразрядной камеры двух параллельных плит и закрепленных на этих плитах: заднего глухого зеркала, двух поворотных узлов в виде плоских зеркал, обеспечивающих три генераторных прохода лазерного луча поперек разряда в первого разрядном промежутке; уголкового зеркального отражателя между разрядными промежутками; двух поворотных узлов в виде плоских зеркал, передней отражательно-выводной зеркальной системы резонатора и узла вывода лазерного луча, обеспечивающих три генераторных и один усилительный проход лазерного луча поперек разряда во втором разрядном промежутке [2] В этом электрооптическом блоке обеспечивается наименьшее расстояние между газоразрядными промежутками, что позволяет повысить компактность конструкции, упростить конструкцию узла передачи лазерного луча из одного разрядного промежутка в другой за счет использования уголкового зеркального отражателя, а также улучшить условия для протекания газового потока.Also known is the electro-optical block of LOK-3M and LOKON CO 2 lasers with transverse pumping of a working gas mixture, which includes a gas discharge chamber consisting of two discharge gaps formed by a common anode plate and two cathode systems for exciting a glow discharge, and an unstable optical resonator consisting of two parallel plates located behind the lateral planes of the gas discharge chamber and fixed on these plates: a rear deaf mirror, two rotary nodes in the form of flat mirrors, providing x three generator passes of the laser beam across the discharge in the first discharge gap; corner mirror reflector between discharge gaps; two rotary nodes in the form of flat mirrors, a front reflector-output mirror system of the resonator, and a node for outputting the laser beam, providing three generator and one amplifying pass of the laser beam across the discharge in the second discharge gap [2] In this electro-optical unit, the smallest distance between gas-discharge gaps is provided, which allows to increase the compactness of the design, to simplify the design of the node transmitting the laser beam from one discharge gap to another through the use of angular a mirror reflector, as well as to improve the conditions for the flow of the gas stream.
Этот электрооптический блок является наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту, т.е. прототипом. This electro-optical unit is the closest technical solution to the claimed object, i.e. prototype.
Недостатки прототипа заключаются в низком коэффициенте полезного действия, а также в невысоком качестве лазерного излучения. The disadvantages of the prototype are the low efficiency, as well as the low quality of laser radiation.
Задачей предполагаемого изобретения является повышение коэффициента полезного действия электрооптического блока, а также улучшение качества лазерного излучения. The objective of the proposed invention is to increase the efficiency of the electro-optical unit, as well as improving the quality of laser radiation.
Указанная задача реализуется за счет того, что в предложенном электрооптическом блоке CO2 -лазера с поперечной прокачкой рабочей смеси газов в первом разрядном промежутке на плитах резонатора последовательно по ходу лазерного луча закреплены заднее глухое зеркало, поворотные узлы и передняя отражательно-выводная зеркальная система резонатора, обеспечивающие по крайней мере два генераторных прохода лазерного луча и один усилительный проход до уголкового зеркального отражателя, а во втором разрядном промежутке на плитах резонатора закреплены поворотные узлы, обеспечивающие по крайней мере три усилительных прохода лазерного луча от уголкового зеркального отражателя, причем в каждом разрядном промежутке по крайней мере по одному поворотному узлу выполнено в виде зеркальных призм, изменяющих ход лазерного луча на 180o.This problem is realized due to the fact that in the proposed electro-optical unit of a CO 2 laser with transverse pumping of the working gas mixture in the first discharge gap, a back blind mirror, rotary nodes and a front reflective-output mirror system of the resonator are fixed sequentially along the laser beam providing at least two generator passages of the laser beam and one amplification pass to the corner mirror reflector, and in the second discharge gap on the cavity plates rotary nodes are replicated, providing at least three amplifying passes of the laser beam from the corner mirror reflector, and in each discharge gap at least one rotary node is made in the form of mirror prisms that change the laser beam travel by 180 o .
В предложенном электрооптическом блоке CO2 -лазера анодная плита представляет собой конструкцию из труб прямоугольного сечения, соединенных боковыми стенками в пакет и расположенных вдоль газового потока. К
роме того, предложенный электрооптический блок CO2 -лазера с поперечной прокачкой рабочей смеси газов может отличаться тем, что поворотные зеркала в уголковом зеркальном отражателе расположены под углом 45o к горизонтальной плоскости для смещения лазерного луча во втором разрядном промежутке по ходу газового потока, а второй разрядный промежуток газоразрядной камеры смещен по ходу газового потока на расстояние, равное расстоянию между оптическими осями разрядных промежутков.In the proposed electro-optical block of a CO 2 laser, the anode plate is a construction of rectangular tubes connected by side walls into a packet and located along the gas stream. TO
In addition, the proposed electro-optical unit of a CO 2 laser with transverse pumping of a working gas mixture may differ in that the rotary mirrors in the corner mirror reflector are located at an angle of 45 o to the horizontal plane to displace the laser beam in the second discharge gap along the gas stream, and the second the discharge gap of the gas discharge chamber is shifted along the gas flow by a distance equal to the distance between the optical axes of the discharge gaps.
Закрепление передней отражательно-выводной зеркальной системы в первом разрядном промежутке вместе с задним глухим зеркалом и с поворотными узлами, а также закрепление во втором разрядном промежутке поворотных узлов при наличии уголкового зеркального отражателя между разрядными промежутками позволяет разделить разрядные промежутки по принципу действия: в первом промежутке осуществляется генерация излучения за два или более прохода и усиление за один проход, во втором промежутке все проходы являются усилительными. Снижение количества генераторных проходов и увеличение количества усилительных проходов приводит к значительному уменьшению потерь энергии излучения на зеркалах, поскольку в усилительных проходах поглощение энергии излучения значительно меньше чем в генераторных. The fastening of the front reflective-output mirror system in the first discharge gap together with the rear blind mirror and the rotary nodes, as well as the fastening of the rotary nodes in the second discharge gap in the presence of an angular mirror reflector between the discharge gaps allows the discharge gaps to be divided according to the principle of operation: in the first gap, generation of radiation in two or more passes and amplification in one pass, in the second gap all passages are amplifying. A decrease in the number of generator passages and an increase in the number of amplification passages leads to a significant decrease in the radiation energy loss on the mirrors, since the absorption of radiation energy in the amplification passages is much less than in the generator.
Выполнение поворотных узлов в виде зеркальных призм, поворачивающих лазерный луч на угол 180o при наличии уголкового зеркального отражателя между двумя газоразрядными промежутками позволяет расположить большее количество проходов лазерного луча по разрядным промежуткам параллельно друг другу. Увеличение общего числа проходов, а также увеличение количества параллельных проходов лазерного луча приводит к увеличению использования объема инверсно-возбужденной активной газовой среды и повышению объемного коэффициента полезного действия.The execution of the rotary nodes in the form of mirror prisms that rotate the laser beam through an angle of 180 o in the presence of an angular mirror reflector between two gas-discharge gaps allows you to arrange more passes of the laser beam along the discharge gaps parallel to each other. An increase in the total number of passes, as well as an increase in the number of parallel passes of the laser beam, leads to an increase in the use of the volume of the inverted-excited active gas medium and an increase in the volumetric efficiency.
Снижение потерь энергии на зеркалах и повышению объемного коэффициента полезного действия приводит к увеличению общего коэффициента полезного действия электрооптического блока. Reducing the energy loss on the mirrors and increasing the volumetric efficiency leads to an increase in the overall efficiency of the electro-optical unit.
Выполнение в каждом разрядном промежутке по крайней мере по одному из поворотных узлов в виде зеркальных призм, поворачивающих лазерный луч на угол 180o, позволяет развернуть сечение лазерного луча относительно направления газового потока также на угол 180o. Результатом этого является повышение однородности интенсивности по сечению лазерного излучения и уменьшение аберраций активной среды, г.е. повышение качества лазерного излучения.The execution in each discharge gap of at least one of the rotary nodes in the form of mirror prisms that rotate the laser beam through an angle of 180 o , allows you to expand the cross section of the laser beam relative to the direction of the gas stream also at an angle of 180 o . The result of this is an increase in the uniformity of intensity over the cross section of laser radiation and a decrease in aberrations of the active medium, i.e. improving the quality of laser radiation.
В электрооптическом блоке CO2 -лазера с поперечной прокачкой рабочей смеси газов с анодной плитой в виде конструкции из труб прямоугольного сечения, соединенных боковыми стенками в пакет и расположенных вдоль газового потока, поток газа протекает по трубам анодной плиты, практически не изменяя своего направления. Такая конструкция обеспечивает снижение потерь давления газового потока и повышение внешнего коэффициента полезного действия за счет снижения потерь при прокачке. Кроме того, поток газа охлаждает анодную плиту, что приводит к снижению потерь на прианодных участках в тлеющем разряде. Оба этих обстоятельства приводят к повышению общего коэффициента полезного действия электрооптического блока.In an electro-optical unit of a CO 2 laser with transverse pumping of a working mixture of gases with an anode plate in the form of a structure of rectangular pipes connected by side walls into a packet and located along a gas stream, the gas stream flows through the pipes of the anode plate, practically without changing its direction. This design provides a reduction in pressure loss of the gas stream and an increase in the external efficiency by reducing losses during pumping. In addition, the gas flow cools the anode plate, which leads to a decrease in losses at the anode sites in the glow discharge. Both of these circumstances lead to an increase in the overall efficiency of the electro-optical unit.
Расположение поворотных зеркал в уголковом зеркальном отражателе под углом 45o к горизонтальной плоскости приводит к смещению лазерного луча во втором разрядном промежутке, а также самого второго разрядного промежутка вверх по ходу газового потока на расстояние, равное расстоянию между оптическими осями в разрядных промежутках. Одновременно с этим лазерный луч разворачивается вокруг его оси на угол 90o, и соответственно на такой же угол изменится направление газового потока и электрического поля разряда относительно лазерного луча во втором разрядном промежутке по сравнению с первым разрядным промежутком. Это обеспечивает максимальную компенсацию оптической неоднородности газовой среды, связанной с нагревом газа при его течении и возбуждении. В результате повышается равномерность распределения энергии излучения по сечению луча, уменьшается уход оптической оси луча, т.е. улучшается качество лазерного излучения.The location of the rotary mirrors in the corner mirror reflector at an angle of 45 o to the horizontal plane leads to a displacement of the laser beam in the second discharge gap, as well as the second discharge gap upstream of the gas stream by a distance equal to the distance between the optical axes in the discharge gaps. At the same time, the laser beam rotates around its axis by an angle of 90 o , and accordingly the direction of the gas flow and the electric field of the discharge relative to the laser beam in the second discharge gap will change by the same angle compared to the first discharge gap. This ensures maximum compensation of the optical inhomogeneity of the gaseous medium associated with the heating of the gas during its flow and excitation. As a result, the uniformity of the distribution of radiation energy over the beam cross section increases, the optical axis of the beam decreases, i.e. quality of laser radiation improves.
Конструкция предложенного электрооптического блока иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан вид сверху, на фиг.2 поперечный разрез по сечению А-А, а на фиг.3 схема прохождения лазерного луча при виде сбоку с разворотом второго промежутка вниз на 180o. Электрооптический блок состоит из газоразрядной камеры, включающей в свой состав два разрядных промежутка 1 и 2, образованных одной общей анодной плитой 3 и двумя катодными плитами 4 и 5. За боковыми плоскостями газоразрядной камеры расположены две параллельные плиты неустойчивого оптического резонатора: передняя 6 и задняя 7.The design of the proposed electro-optical unit is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a top view, in Fig. 2, a cross-sectional view along section AA, and in Fig. 3, a laser beam passing through a side view with a second gap turned 180 ° apart . The electro-optical unit consists of a gas discharge chamber, which includes two
В разрядном промежутке 1 закреплены последовательно сверху вниз элементы оптического резонатора, центры которых расположены в плоскости оптической оси этого промежутка на передней плите 6- заднее глухое зеркало 8, поворотный узел в виде плоского зеркала 10, поворотное зеркало уголкового зеркального отражателя 12; на задней плите 7 поворотная зеркальная призма 9 и передняя отражательно-выносная зеркальная система оптического резонатора 11. In the
В разрядном промежутке 2 закреплены последовательно элементы формирующей системы оптического резонатора, центры которых расположены в плоскости оптической оси этого промежутка: на передней плите 6 поворотное зеркало уголкового зеркального отражателя 12, поворотный узел в виде плоского зеркала 14 и узел вывода лагерного луча 16; на задней плите 7 поворотная зеркальная призма 13 и поворотный узел в виде плоского зеркала 15. In the
На фиг.4 приведено поперечное сечение анодной плиты 3, выполненной в виде пакета из труб прямоугольного сечения, соединенных боковыми стенками в один ряд (в частности, сваренных), и расположенных вдоль газового потока. Figure 4 shows the cross section of the
На фиг.5 показан вариант электрооптического блока CO2 -лазера, в котором поворотные зеркала уголкового зеркального отражателя 12 расположены по углом 45o к горизонтальной плоскости и лазерный луч из разрядного промежутка 1 передается в разрядный промежуток 2 вверх под углом 45o. Разрядный промежуток 2 смещен относительно разрядного промежутка 1 на расстояние a, равное расстоянию между оптическими осями разрядных промежутков.Figure 5 shows a variant of the electro-optical unit of a CO 2 laser, in which the rotary mirrors of the
Предложенный электрооптический блок CO2 -лазера работает следующим образом. Через разрядные промежутки 1 и 2 газоразрядной камеры прокачивается рабочий газ, представляющий собой в большинстве случаев смесь газов CO2 N2 He. Между анодной плитой 3 и катодными системами 4 и 5 при подаче на них высокого напряжения в обоих разрядных промежутках зажигается тлеющий разряд перпендикулярно потоку рабочего газа. Образующиеся в результате вынужденных переходов в газовой смеси кванты многократно отражаются от формирующих систем оптического резонатора, закрепленных на передней 6 и задней 7 плитах: заднего глухого зеркала 8, поворотной зеркальной призмы 9, поворотного узла в виде плоского зеркала 10 и внутреннего зеркала передней отражательно-выводной зеркальной системы 11. Передняя отражательно-выводная зеркальная система резонатора 11 состоит из внутреннего зеркала, расположенного перпендикулярно к падающему на него от зеркала 10 лазерному лучу, а также из наружного зеркала, расположенного под некоторым углом к этому лучу. В процессе многократного отражения световая волна зарождается в приосевой области и распространяется к периферии зеркал.The proposed electro-optical block of a CO 2 laser operates as follows. Working gas is pumped through the
Достигнув по размерам диаметра наружного зеркала передней отражательно-выводной системы 11, лазерное излучение, в поперечном сечении имеющее форму кольца, направляется на уголковый зеркальный отражатель 12. Таким образом, в разрядном промежутке 1 лазерный луч проходит через два или более генераторных проходов и один усилительный. Having reached the size of the diameter of the outer mirror of the front reflective-
Уголковый зеркальный отражатель 12 передает лазерный луч из разрядного промежутка 1 в разрядный промежуток 2, в котором лазерный луч последовательно проходит зеркальную призму 13, поворотные узлы в виде плоских зеркал 14 и 15 и выходит наружу через узел вывода 16. В разрядном промежутке 2 лазерный луч проходит через четыре усилительных прохода. The
В виду меньшей нагрузки на зеркальные элементы в усилительных проходах система охлаждения этих элементов 12, 13, 14, 15 может быть упрощена: вместо многоканальных могут использоваться одноканальные охладительные системы. In view of the lower load on the mirror elements in the amplification passages, the cooling system of these
Газовый поток, проходя через газоразрядную камеру, при наличии анодной плиты, выполненной из пакета труб прямоугольного сечения (фиг.4), не изменяет своего направления. При этом он охлаждает внутренние и наружные стенки анодной плиты, нагревающиеся при возбуждении газовой смеси в разряде. Охлаждение катодных систем водяное. The gas stream passing through the gas discharge chamber, in the presence of an anode plate made of a package of pipes of rectangular cross section (figure 4), does not change its direction. In this case, it cools the inner and outer walls of the anode plate, which are heated when the gas mixture is excited in the discharge. Water cathode systems cooling.
При отражении от зеркальных призм 9 и 13 лазерный луч не только изменяет свое направление на 180o, но и его сечение относительно газового потока также разворачивается на 180o (см. изменение положения точек 1 и 3 на фиг.6), что приводит к повышению однородности интенсивности по сечению.When reflected from the
При передаче лазерного луча из разрядного промежутка 1 в разрядный промежуток 2 с помощью уголкового зеркального отражателя с зеркалами, расположенными под углом 45o к горизонтальной плоскости сечения лазерного луча, он поворачивается к направлению газового потока и направлению электрического поля разряда E на 90o (см. изменение положения точек 1, 2, 3, 4 на фиг.7), что также приводит к повышению однородности лазерного излучения и к улучшению его качества.When a laser beam is transmitted from the
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96101303A RU2093940C1 (en) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | Electrooptic laser unit with transverse pumping of gaseous working mixture |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96101303A RU2093940C1 (en) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | Electrooptic laser unit with transverse pumping of gaseous working mixture |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2093940C1 true RU2093940C1 (en) | 1997-10-20 |
RU96101303A RU96101303A (en) | 1998-02-10 |
Family
ID=20176035
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96101303A RU2093940C1 (en) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | Electrooptic laser unit with transverse pumping of gaseous working mixture |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2093940C1 (en) |
-
1996
- 1996-01-19 RU RU96101303A patent/RU2093940C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. 3аявка Великобритании N 2002572, кл. Н 01 S 3/097, 1979. 2. Технологические лазеры / Под ред. Абильсиитова Г.А. Справочник т.I -М.: Машиностроение, 1991, с. 158. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4500998A (en) | Gas laser | |
EP2690723B1 (en) | Single-cavity dual-electrode discharge cavity and excimer laser | |
US7245420B2 (en) | Master-oscillator power-amplifier (MOPA) excimer or molecular fluorine laser system with long optics lifetime | |
EP1741168B1 (en) | Very high repetition rate narrow band gas discharge laser system | |
IL35617A (en) | Apparatus and method for the production of stimulated radiation in dyes and similar laser materials | |
US5303254A (en) | Transversely discharge-pumped gas laser | |
RU2093940C1 (en) | Electrooptic laser unit with transverse pumping of gaseous working mixture | |
US4426705A (en) | Double electric discharge coaxial laser | |
US4780882A (en) | Optical resonator and laser | |
US4177435A (en) | Optically pumped laser | |
US4945547A (en) | Laser beam processing apparatus | |
US5867519A (en) | Multiple element, folded beam laser | |
EP0986150B1 (en) | Multiple element, folded beam laser | |
WO1998006156A9 (en) | Multiple element, folded beam laser | |
Kukiełło et al. | High-power cw CO2 transverse flow laser with a stable multipass cavity: Comparative study | |
CN218123957U (en) | Cascade multi-wavelength tunable laser for laser radar light source | |
JPS6310916B2 (en) | ||
US11095088B1 (en) | Multi-pass coaxial molecular gas laser | |
RU96101303A (en) | ELECTRO-OPTICAL BLOCK OF CO2 LASER WITH TRANSVERSE PUMPING OF WORKING GAS MIXTURE | |
JP2592821B2 (en) | Gas laser device | |
US20220271490A1 (en) | Disc laser | |
RU2244367C1 (en) | High-frequency excited co2 waveguide laser | |
RU1809728C (en) | Electric-discharge laser using convective cooling of working medium | |
JP2693004B2 (en) | Gas laser oscillation device | |
GB2177846A (en) | Transversely excited pulsed gas laser |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100120 |