RU2094918C1

RU2094918C1 - Многотрубчатый газовый лазер

Info

Publication number: RU2094918C1
Application number: RU96105177A
Authority: RU
Inventors: Александр Михайлович Забелин
Original assignee: Александр Михайлович Забелин
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 1997-10-27

Abstract

Использование: предлагаемое изобретение относится к области лазерного оборудования, а точнее к многотрубчатым газовым лазерам с высоким качеством излучения. Сущность. В многотрубчатом газовом лазере газоразрядные трубы расположены в двух параллельных пакетах на равном расстоянии друг от друга, причем газоразрядные трубы длиной L расположены в двух плоских пакетах на равном расстоянии A друг от друга, а плоскости пакетов расположены параллельно, причем трубы в одном пакете расположены под углом θ = A/L относительно труб другого пакета, таким образом, что торцы труб в разных пакетах расположены напротив друг друга с небольшим смещением, а уголковые зеркальные призмы ориентированы таким образом, что их биссектрисы лежат между плоскотями пакетов труб, а их зеркала переводят излучение из торцов труб одного пакета в торцы труб другого пакета, что обеспечивает последовательную передачу лазерного излучения по всем трубам, начиная от трубы, находящейся напротив заднего глухого зеркала, и заканчивая трубой, находящейся около выводного полупрозрачного зеркала. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к области лазерного оборудования, а точнее к многотрубчатым газовым лазерам.

Известные многотрубчатые газовые лазеры включают в свой состав коробчатый или цилиндрический корпус с торцевыми фланцами, газоразрядные трубы, расположенные внутри корпуса вдоль его оси и вставленные в отверстия в торцевых фланцах корпуса, систему охлаждения с прокачкой охлаждающей жидкости через пространство между внутренними стенками корпуса и внешними станками газоразрядных труб, две крышки, герметично подсоединенные к фланцам корпуса со стороны торцев труб, источник питания и электродную систему для подачи высокого напряжения к газоразрядным трубам и возбуждения в трубах тлеющего разряда, узел вывода излучения, закрепленный на одной из крышек, оптический резонатор, оптические элементы которого представляют собой заднее глухое зеркало в начале хода лазерного излучения, переднюю выводную систему, а также уголковые зеркальные призмы, расположенные у торцев каждой пары газоразрядных труб и обеспечивающие поворот направления выходящего из каждой трубы лазерного излучения на угол 180^o и последовательный обход лазерного излучения по всем трубам от заднего глухого зеркала до узла вывода излучения [1, 2] Недостаток конструкции этих лазеров заключается в том, что при большом количестве труб значительно усложняется система юстировки зеркал из-за большего их количества.

Известен также многотрубчатый газовый лазер, включающий в свой состав все вышеперечисленные элементы, причем газоразрядные трубы в пакете расположены в один ряд на равном расстоянии, а оптические элементы резонатора размещены внутри крышек и представляют собой заднее глухое зеркало в начале хода лазерного излучения, установленное параллельно осям газоразрядных труб, переднюю выводную систему, а также две уголковые зеркальные призмы, установленные возле обеих торцевых поверхностей пакета газоразрядных труб и полностью перекрывающие их торцы, причем плоскости биссектрис углов пересечения зеркал в уголковых зеркальных призмах перпендикулярны плоскости пакета газоразрядных труб, они совмещены с плоскостями симметрии расположения газоразрядных труб по сечению корпуса и параллельно смещены относительно друг друга на расстояние, равное половине расстояния между газоразрядными трубами, что обеспечивает поворот на угол 180^o и ввод его в последующую симметрично расположенную трубу и последовательный обход лазерного излучения по всем трубам от заднего глухого зеркала до узла вывода излучения [3] В этом лазере при достаточно большом количестве газоразрядных труб в пакете упрощается конструкция поворотных и юстировочных узлов, поскольку для всех труб уголковые поворотные призмы общие.

Этот лазер является наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту, т.е. прототипом.

Недостаток прототипа заключается в громоздкости конструкции при большом количестве газоразрядных труб в пакете, что необходимо для увеличения мощности, а также снижение мощности излучения из-за потерь при передаче излучения из труб в трубы, находящиеся на значительном расстоянии друг от друга.

Задачами предполагаемого изобретения являются увеличение мощности лазерного излучения и повышение компактности конструкции. Указанные задачи в представленном многотрубчатом газовом лазере выполняются за счет того, что в нем газоразрядные трубы длиной L расположены в двух плоских пакетах на равном расстоянии a друг от друга, плоскости пакетов расположены параллельно друг другу на расстоянии h, причем трубы в одном пакете расположены под углом θ A/L к трубам в другом пакете, таким образом, что торцы труб в разных пакетах расположены напротив друг друга с небольшим смещением d Излучение между торцами труб, находящихся в разных плоскостях, передается с помощью двух двузеркальных отражателей таким образом, что обеспечивает последовательную передачу лазерного излучения по всем трубам, начиная от трубы, находящейся напротив заднего глухого зеркала, и заканчивая трубой, находящейся около полупрозрачного выводного зеркала.

Согласно предполагаемому изобретению, в многотрубчатом газовом лазере газоразрядные трубы внутри корпуса могут быть удержаны сепараторами, имеющими отверстия для протекания охлаждающей жидкости и одновременно выполняющими роль токоподводов к кольцевым электродным системам на поверхности труб, сепараторы и торцевые фланцы могут быть закреплены на штангах из материала с малым коэффициентом линейного расширения.

Расположение газоразрядных труб в двух плоских пакетах на равном расстоянии друг от друга при смещении труб в разных пакетах относительно друг друга на угол q A/L, позволяет уменьшить максимальное расстояние передачи лазерного излучения вне труб. Уменьшение длины пути вне труб приводит к снижению потерь энергии, поскольку при большой длине пути вне труб часть лазерного луча может не попадать в трубы из-за расходимости излучения.

Поддержка газоразрядных труб внутри корпуса сепараторами, закрепленными вместе с торцевыми фланцами на штангах из материала с малым коэффициентом линейного расширения позволяет уменьшить относительное смещение труб из-за разогрева и снизить потери излучения при передаче его из одной трубы в другую.

Наличие в сепараторах отверстий позволяет повысить эффективность охлаждения газоразрядных труб.

Снижение потерь энергии при передаче лазерного излучения из одной трубы в другую, уменьшение потерь на зеркалах, повышение эффективности охлаждения газоразрядных труб приводит к повышению выходной мощности лазера.

Конструкция предложенного лазера иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан вид лазера сбоку, а на фиг. 2 вид лазера сверху. Вид лазера сбоку на фиг. 1 показан со снятой передней стенкой корпуса при сечении B-B. Лазер состоит из корпуса 1 коробчатой формы, к корпусу 1 прикреплены два торцевых фланца 2. В отверстии фланцев 2 на равном расстоянии друг от друга вставлены газоразрядные трубы 3, торцы которых выходят на наружные стороны фланцев.

Стенки газоразрядных труб 3 герметично соединены с фланцами 2, а торцы труб 3 закрыты двумя крышками 4 и 5, герметично подсоединенными к торцам фланцев 2. К крышкам 4, 5 подсоединена система прокачки 6, обеспечивающая подачу газовой смеси в газоразрядные трубы 3. Через пространство между внутренними стенками корпуса 1 и внешними стенками газоразрядных труб 3 с помощью системы охлаждения 7 прокачивается охлаждающая жидкость.

Газоразрядные трубы 3 удерживаются внутри корпуса 1 с помощью сепараторов 8, которые выполняют одновременно роль токоподводов от источника питания 9 к кольцевым электродам 10 на поверхности труб 3. Сепараторы 7 имеют отверстия 11 для прохождения охлаждающей жидкости. Сепараторы 8, а также фланцы 2 закреплены на штангах 12, изготовленных из материала с малым коэффициентом линейного расширения, например, инвара.

Внутри крышки 4 к ней возле торца газоразрядной трубы 3, находящейся в начале хода лазерного излучения, прикреплено заднее глухое зеркало 13, расположенное перпендикулярно оси трубы. Кроме того, внутри крышки 4 к ней прикреплена уголковая зеркальная призма 14, зеркала которой расположены под углом 45^o к оси газоразрядных труб и под углом 90^o друг к другу.

Внутри крышки 5 к ней возле торца газоразрядной трубы, находящейся в конце хода лазерного излучения, прикреплена передняя выводная система 15. Кроме того, внутри крышки 5 к ней прикреплена также уголковая зеркальная призма 16, зеркала которой расположены под углом 45^o к оси газоразрядных труб и под углом 90^o друг к другу.

Уголковые зеркальные призмы 14 и 16 перекрывают торцы газоразрядных труб 3.

Предложенный многотрубчатый газовый лазер работает следующим образом. С помощью системы прокачки 6 из газового контура, образованного объемом между крышками 4, 5 и фланцами 2, а также внутренней полостью газоразрядных труб 3, откачивается воздух, а затем напускается газовая смесь, представляющая в частности азот, гелий и двуокись углерода (фиг. 1), газовая смесь с помощью системы прокачки 6 перемещается вдоль газоразрядных труб 3 со скоростью до 1 м/с. От источника питания 9 к кольцевым электродам 10 на поверхности труб 3 через сепараторы 8 подается высокое напряжение, зажигающее тлеющий разряд для возбуждения газовой смеси. Охлаждение газовой смеси, нагревающейся в результате ее возбуждения, осуществляется за счет теплоотвода через стенки труб 3, для чего через пространство между внутренними стенками корпуса 1 и внешними стенками труб 3 с помощью системы охлаждения 7 прокачивается охлаждающая жидкость. Для выравнивания температуры охлаждающей жидкости и перетекания жидкости вдоль труб в сепараторах 8 имеются отверстия 11. Сепараторы 8, а также фланцы 2 закреплены на штангах 12, также охлаждаемых при протекании охлаждающей жидкости. Штанги 12 с фланцами 2 выполняют роль каркаса для удержания газоразрядных труб 3, а также одновременно образуют оптическую скамью резонатора.

Лазерное излучение формируется в процессе многократного отражения от заднего глухого зеркала 13, передней выводной системы 15 и уголковых зеркальных призм 14 и 16, это обеспечивает последовательную передачу лазерного излучения по всем трубам, начиная от трубы, находящейся напротив заднего глухого зеркала 13, и заканчивая трубой, находящейся около полупрозрачного выводного зеркала (фиг. 2). Лазерное излучение, прошедшее переднюю выводную систему 15 оптического резонатора, выходит наружу через узел вывода излучения 17.

Claims

1. Многотрубчатый газовый лазер, включающий в свой состав корпус, с торцевыми фланцами, газоразрядные трубы, расположенные внутри корпуса вдоль его оси и вставленные в отверстия в торцевых фланцах корпуса, систему охлаждения с прокачкой охлаждающей жидкости через пространство между внутренними стенками корпуса и внешними стенками газорязрядных труб, две крышки, герметично подсоединенные к фланцам корпуса со стороны торцов труб, источник питания и электродную систему для подачи высокого напряжения к газоразрядным трубам и возбуждения в трубах тлеющего разряда, узел вывода излучения, закрепленный на одной из крышек, оптический резонатор, оптические элементы которого размещены внутри крышек и представляют собой заднее глухое зеркало в начале хода лазерного излучения, переднюю выводную систему, две уголковые зеркальные призмы, установленные возле обеих торцевых поверхностей газоразрядных труб и перекрывающие их торцы, что обеспечивает поворот направления выходящего из каждой трубы лазерного излучения на угол 180^o и ввод его в последующую трубу и последовательный обход лазерного излучения по всем трубам от заднего глухого зеркала до узла вывода излучения, отличающийся тем, что газоразрядные трубы длиной L расположены в двух плоских пакетах на равном расстоянии A друг от друга, а плоскости пакетов расположены параллельно, причем трубы в одном пакете расположены под углом θ = A/L относительно труб другого пакета таким образом, что торцы труб в разных пакетах расположены напротив друг друга с небольшим смещением, а уголковые зеркальные призмы ориентированы таким образом, что их биссектрисы лежат между плоскостями пакетов труб, а их зеркала переводят излучение из торцов труб одного пакета в торцы труб другого пакета, что обеспечивает последовательную передачу лазерного излучения по всем трубам, начиная от трубы, находящейся напротив заднего глухого зеркала, и заканчивая трубой, находящейся около выводного полупрозрачного зеркала.

2. Лазер по п.1, отличающийся тем, что газоразрядные трубы внутри корпуса удерживаются сепараторами, имеющими отверстия для протекания охлаждающей жидкости и одновременно выполняющими роль токопроводов к кольцевым электродным системам на поверхности труб, сепараторы и торцевые фланцы закреплены на штангах из материала с малым коэффициентом линейного расширения.