RU2113749C1 - Gas laser - Google Patents
Gas laser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2113749C1 RU2113749C1 RU97111562A RU97111562A RU2113749C1 RU 2113749 C1 RU2113749 C1 RU 2113749C1 RU 97111562 A RU97111562 A RU 97111562A RU 97111562 A RU97111562 A RU 97111562A RU 2113749 C1 RU2113749 C1 RU 2113749C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- holder
- electrode
- laser
- chamber
- insulator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Предполагаемое изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к газовым лазерам, и может быть использовано в ТЕ - лазерах, таких как азотные, CO2, а также эксимерные лазеры.The alleged invention relates to the field of quantum electronics, in particular to gas lasers, and can be used in TE - lasers, such as nitrogen, CO 2 , and excimer lasers.
Известен газовый лазер, содержащий газонаполненную камеру, пару электродов, смонтированных на держателе [1]. Known gas laser containing a gas-filled chamber, a pair of electrodes mounted on a holder [1].
Недостатком данного устройства является расположение в лазерной камере с рабочей газовой смесью элементов электрической схемы, таких как обострительные конденсаторы. Конденсаторы расположены вблизи области разряда, и при работе лазера под действием жесткого ультрафиолетового излучения на поверхности конденсатора происходят фотохимические реакции, приводящие как к разрушению конденсаторов, так и к деградации лазерной смеси. Кроме того, при высокой частоте следования импульсов нагретый в зоне разряда поток газа отдает часть тепла конденсаторам, что приводит к их разрушению. В эксимерных лазерах, содержащих галогены, контакт агрессивных газов с поверхностью конденсатора ведет к деградации рабочей газовой смеси. Недостатком является и то, что подвод напряжения к электроду, расположенному на держателе, осуществлен с одного торца камеры лазера, что ведет к увеличению индуктивности сильноточного электрического контура и тем самым снижает КПД лазера. The disadvantage of this device is the location in the laser chamber with a working gas mixture of circuit elements, such as sharpening capacitors. Capacitors are located near the discharge region, and during the operation of the laser under the influence of hard ultraviolet radiation, photochemical reactions occur on the surface of the capacitor, which lead both to the destruction of the capacitors and to the degradation of the laser mixture. In addition, at a high pulse repetition rate, the gas stream heated in the discharge zone gives off part of the heat to the capacitors, which leads to their destruction. In excimer lasers containing halogens, contact of aggressive gases with the surface of the capacitor leads to degradation of the working gas mixture. The disadvantage is that the voltage supply to the electrode located on the holder is made from one end of the laser chamber, which leads to an increase in the inductance of the high-current electrical circuit and thereby reduces the laser efficiency.
Для подвода напряжения к другому электроду требуются отверстия в боковой поверхности камеры лазера, что усложняет герметизацию камеры и уменьшает прочность конструкции при работе лазера в режиме высоких давлений. To supply voltage to another electrode, holes are required in the side surface of the laser chamber, which complicates the sealing of the chamber and reduces the structural strength when the laser is operating in high pressure mode.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является лазер, содержащий газонаполненную камеру, электроды и герметичный полый держатель, на котором закреплены электроды, а в полости держателя расположена импульсно-формирующая схема, соединенная с электродами через отверстия в боковой поверхности держателя [2]. Closest to the proposed technical solution is a laser containing a gas-filled chamber, electrodes and a sealed hollow holder on which the electrodes are mounted, and in the holder cavity there is a pulse-forming circuit connected to the electrodes through holes in the side surface of the holder [2].
Недостатком прототипа является то, что для обеспечения совместимости с галогенами держатель выполнен из диэлектрического материала, такого как керамика или химически нестойкий в рабочей газовой среде лазера диэлектрик с покрытием, стойким в лазерной газовой среде, например, керамическим. В полости держателя расположена импульсно-формирующая схема, поэтому держатель имеет большие габариты. Площадь поверхности диэлектрического держателя, контактирующая с химически агрессивным газом и рассеянным ультрафиолетовым излучением от разряда, определяется габаритами держателя и не может быть существенно уменьшена, что ведет к соответствующему ограничению ресурса газовой смеси. Изготовление крупногабаритного, из высококачественной, вакуумной, стойкой к галогенам керамики держателя или диэлектрического держателя с керамическим покрытием основано на сложной дорогостоящей технологии. Для обеспечения малоиндуктивного подключения электродов к импульсно- формирующей схеме в диэлектрическом держателе сделано множество отверстий, что усложняет герметизацию держателя и уменьшает его прочность при большом давлении лазерного газа. Кроме того, точное механическое закрепление электродов на держателе, выполненном из такого материала, как керамика, усложняется проблемами, связанными с механической обработкой керамики. The disadvantage of the prototype is that to ensure compatibility with halogens, the holder is made of a dielectric material such as ceramic or a dielectric chemically unstable in a laser working gas environment with a coating resistant in a laser gas environment, for example, ceramic. A pulse-forming circuit is located in the cavity of the holder, therefore, the holder has large dimensions. The surface area of the dielectric holder in contact with chemically aggressive gas and scattered ultraviolet radiation from the discharge is determined by the dimensions of the holder and cannot be significantly reduced, which leads to a corresponding limitation of the resource of the gas mixture. The manufacture of a large, high-quality, halogen-resistant ceramic holder or ceramic coated dielectric holder is based on sophisticated and expensive technology. To provide a low-inductance connection of the electrodes to the pulse-forming circuit in the dielectric holder, many holes are made, which complicates the sealing of the holder and reduces its strength at high pressure of the laser gas. In addition, the precise mechanical fastening of the electrodes to a holder made of a material such as ceramic is complicated by the problems associated with machining the ceramic.
Задачей предлагаемого изобретения является создание компактного газового лазера, пригодного к работе с большими давлениями газовой смеси, с конструкцией, позволяющей свести до минимума поверхности изолирующих элементов, контактирующие с рабочей газовой смесью, обеспечивающей надежность работы лазера, низкую себестоимость и высокий КПД. The objective of the invention is to create a compact gas laser, suitable for working with high pressures of the gas mixture, with a design that minimizes the surface of the insulating elements in contact with the working gas mixture, ensuring the reliability of the laser, low cost and high efficiency.
Для решения этой задачи в газовом лазере, содержащем газонаполненную камеру, полый держатель, герметично установленный внутри камеры, первый и второй протяженные электроды, закрепленные на держателе и образующие разрядную область, электрические вводы первого электрода, герметично установленные в отверстиях держателя, источник питания, один полюс которого соединен тоководом с электрическими вводами первого электрода внутри держателя, держатель выполнен из проводящего материала и электрически изолирован от корпуса, первый электрод и электрические вводы к нему отделены от держателя изоляторами, а второй электрод закреплен на держателе токоведущими шинами, второй полюс источника питания электрически соединен с держателем, держатель выполнен открытым с обоих торцов и установлен в сквозных отверстиях на торцах камеры, источник питания с обоих торцов подсоединен к электрическим вводам первого электрода и к держателю, первый электрод закреплен с помощью крепежных элементов через отверстия на противоположной электроду внешней стороне держателя, между внутренней поверхностью держателя и электрическими вводами установлены обострительные конденсаторы, держатель имеет цилиндрическую форму с плоским участком внешней поверхности, изолятор в форме пластины установлен между первым электродом и плоским участком поверхности держателя, между первым электродом и изолятором и изолятором и плоским участком поверхности держателя размещены уплотнительные прокладки, расположенные в сквозных отверстиях противостоящих ограничительных планок, причем толщина планок равна толщине прокладок в рабочем состоянии, внешние размеры противостоящих ограничительных планок одинаковы, близки к размерам опорной поверхности первого электрода, а изолирующая пластина выступает за габариты ограничительных планок. To solve this problem, in a gas laser containing a gas-filled chamber, a hollow holder sealed inside the chamber, first and second extended electrodes mounted on the holder and forming a discharge region, electrical inputs of the first electrode, sealed in the holes of the holder, power supply, one pole which is connected by a current lead to the electrical inputs of the first electrode inside the holder, the holder is made of conductive material and is electrically isolated from the housing, the first electrode and the electrical inputs to it are separated from the holder by insulators, and the second electrode is mounted on the holder by current-carrying buses, the second pole of the power source is electrically connected to the holder, the holder is open from both ends and installed in through holes on the ends of the chamber, the power source from both ends is connected to an electric the inputs of the first electrode and to the holder, the first electrode is fixed with fasteners through holes on the opposite electrode to the outer side of the holder, between the inner Sharpening capacitors are installed by means of the holder and electrical inputs, the holder has a cylindrical shape with a flat portion of the outer surface, a plate-shaped insulator installed between the first electrode and the flat portion of the holder surface, gaskets located between the first electrode and the insulator and the insulator and the flat portion of the holder surface in the through holes of the opposing restrictive strips, and the thickness of the strips is equal to the thickness of the gaskets in working condition, in eshnie dimensions restrictive opposing splines identical, are similar to the dimensions of the supporting surface of the first electrode and the insulating plate serves for limiting the dimensions of the splines.
Держатель в предлагаемом техническом решении выполнен из металла и электрически соединен с вторым электродом и вторым полюсом источника питания, поэтому он является элементом электрической схемы и данное крепление электродов образует малоиндуктивный сильноточный электрический контур и сводит до минимума поверхность изолирующих элементов, контактирующих с рабочей газовой смесью. The holder in the proposed technical solution is made of metal and is electrically connected to the second electrode and the second pole of the power source, therefore it is an element of the electrical circuit and this electrode mount forms a low-inductance high-current electrical circuit and minimizes the surface of the insulating elements in contact with the working gas mixture.
Источник питания первым полюсом подключен к электрическим вводам первого электрода, а другим полюсом - к держателю. Так как держатель имеет выходы в обоих торцах камеры, источник питания подсоединен к электрическим вводам с обоих концов, что уменьшает индуктивность сильноточного электрического контура и увеличивает КПД лазера. The power source of the first pole is connected to the electrical inputs of the first electrode, and the other pole to the holder. Since the holder has outputs at both ends of the chamber, the power source is connected to electrical inputs at both ends, which reduces the inductance of the high-current electrical circuit and increases the laser efficiency.
Камера лазера электрически изолирована от держателя и других токоведущих элементов так, что не участвует в сильноточной электрической цепи и используется как экран для экранировки электромагнитного излучения разрядной цепи. The laser chamber is electrically isolated from the holder and other current-carrying elements so that it does not participate in a high-current electric circuit and is used as a screen to shield the electromagnetic radiation of the discharge circuit.
Первый электрод закреплен крепежными элементами через отверстия, расположенные на противоположной электроду внешней стороне держателя. Это позволяет уменьшить габариты держателя, так как монтаж первого электрода происходит с внешней стороны держателя, нет необходимости укреплять что-либо внутри держателя. The first electrode is secured by fasteners through holes located on the opposite side of the holder to the opposite electrode. This allows you to reduce the dimensions of the holder, since the installation of the first electrode occurs on the outside of the holder, there is no need to strengthen anything inside the holder.
Изолятор, установленный между первым электродом и держателем, изготовлен в форме пластины. Между первым электродом и изолятором и между изолятором и плоским участком поверхности цилиндрического держателя размещены уплотнительные прокладки, расположенные в сквозных отверстиях противостоящих ограничительных планок, причем толщина планок равна толщине прокладок в рабочем состоянии. Это обеспечивает точность базирования электрода и крепление электрода без изгибных деформаций, что повышает качество разряда. Введение планок обеспечивает и крепление изолятора без изгибных напряжений, что позволяет использовать в качестве изолятора хрупкие материалы типа керамики, устойчивые к взаимодействию с активной газовой смесью, что увеличивает ресурс и КПД лазера. The insulator installed between the first electrode and the holder is made in the form of a plate. Between the first electrode and the insulator and between the insulator and the flat surface portion of the cylindrical holder, sealing gaskets are located located in the through holes of the opposing restrictive bars, and the thickness of the bars is equal to the thickness of the gaskets in working condition. This ensures the accuracy of the base of the electrode and the fastening of the electrode without bending deformation, which improves the quality of the discharge. The introduction of the slats also provides fastening of the insulator without bending stresses, which allows the use of brittle materials such as ceramics, resistant to interaction with the active gas mixture, as an insulator, which increases the laser resource and efficiency.
Внешние размеры противостоящих ограничительных планок одинаковы, близки к размерам опорной поверхности первого электрода, а изолирующая пластина выступает за габариты ограничительных планок, это приводит к тому, что тангенциальная составляющая электрического поля вдоль поверхности изолятора отсутствует и условия для возникновения паразитного скользящего поверхностного разряда от границ ограничивающих планок минимизированы. Это позволяет уменьшить размеры пластины, а следовательно, свести до минимума поверхность изолирующих элементов, контактирующих с рабочей газовой смесью. Кроме того, уменьшение размеров пластины ведет к уменьшению размеров разрядной цепи, а следовательно, к уменьшению индуктивности сильноточного электрического контура и тем самым увеличивает КПД лазера. Отсутствие или уменьшение зоны паразитного разряда ведет к увеличению ресурса лазера, а также увеличивает КПД лазера. The external dimensions of the opposing limit strips are the same, close to the dimensions of the supporting surface of the first electrode, and the insulating plate protrudes beyond the dimensions of the limit strips, this leads to the fact that the tangential component of the electric field along the surface of the insulator is absent and there is no condition for a spurious sliding surface discharge from the boundaries of the limit strips minimized. This allows you to reduce the size of the plate, and therefore, to minimize the surface of the insulating elements in contact with the working gas mixture. In addition, a decrease in the size of the plate leads to a decrease in the size of the discharge circuit, and consequently, to a decrease in the inductance of the high-current electric circuit and thereby increases the efficiency of the laser. The absence or reduction of the zone of spurious discharge leads to an increase in the laser resource, and also increases the efficiency of the laser.
Крепление второго электрода на держателе не требует сквозных отверстий в держателе. Такая конструкция упрощает герметизацию держателя, прочна и устойчива к воздействию высоких давлений. Mounting the second electrode on the holder does not require through holes in the holder. This design simplifies the sealing of the holder, is durable and resistant to high pressures.
Между внутренней поверхностью держателя и электрическими вводами первого электрода установлены обострительные конденсаторы, непосредственная близость которых к зоне разряда и равномерное распределение конденсаторов вдоль электродов позволяют уменьшить сильноточный электрический контур, а следовательно, индуктивность и увеличить КПД лазера. Sharpening capacitors are installed between the inner surface of the holder and the electrical inputs of the first electrode, their direct proximity to the discharge zone and the uniform distribution of capacitors along the electrodes make it possible to reduce a high-current electric circuit and, therefore, inductance and increase the laser efficiency.
Изготовление лазера в большей части из металлических материалов не требует больших материальных затрат, кроме того, такая конструкция прочна и надежна. The manufacture of a laser for the most part from metallic materials does not require large material costs, in addition, this design is strong and reliable.
На металлическом держателе можно закрепить две и более вышеописанные электродные конструкции, что расширяет варианты использования лазера. Two or more of the above electrode structures can be mounted on a metal holder, which expands the options for using a laser.
На фиг. 1 схематически показано поперечное сечение предлагаемого лазера. In FIG. 1 schematically shows a cross section of the proposed laser.
На фиг. 2 схематически показано продольное сечение лазера по сечению А-А фиг.1. In FIG. 2 schematically shows a longitudinal section of a laser along section AA of FIG. 1.
Лазер по фиг. 1,2 содержит герметичную камеру, состоящую из металлической цилиндрической трубы 1 и установленных через уплотнители фланцев 2,3. На фланцах 2,3 через уплотнители установлены окна 4,5 для вывода лазерного излучения. Металлический цилиндрический держатель 6 установлен через уплотнения в отверстиях на фланцах 2,3 и изолирован от камеры лазера изоляторами 7,8. The laser of FIG. 1.2 contains a sealed chamber, consisting of a metal
На внешней поверхности держателя 6 расположен электрод 9. Между электродом 9 и держателем 6 находится изолятор 10, выполненный в виде пластины. Между электродом 9 и изолятором 10 размещены уплотнительные прокладки 11, расположенные в сквозных отверстиях ограничительной планки 12. Между держателем 6 и изолятором 10 размещены уплотнительные прокладки 13, расположенные в сквозных отверстиях ограничительной планки 14. An
Крепление электрода 9 производится с помощью конструкции, образованной шпильками 15, промежуточными винт-гайками 16, изоляторами 17, винтами 18, установленными через уплотнения 19 и отверстия в противоположной электроду 9 стороне держателя 6. Шпильки 15 являются электрическими вводами электрода 9, изолированы от держателя 6 изоляторами 20, а через винт-гайки 16 электрически соединены с токоведущими шинами 21 обострительных конденсаторов 22. The
Электрод 23 укреплен на держателе 6 через жесткий опорный элемент 24, являющийся токоведущей шиной. The
Источник питания состоит из двух синхронизированных между собой сильноточных цепей 25,26, соединенных токопроводами с токоведущими шинами 21 и держателем 6. The power source consists of two synchronized high-
В камере лазера установлены радиаторы 27 и крыльчатка вентилятора 28 прокачки рабочей газовой смеси. Radiators 27 and an impeller of the fan 28 for pumping the working gas mixture are installed in the laser chamber.
Лазер работает в импульсно-периодическом режиме. От источника питания, состоящего из двух синхронизированных между собой сильноточных цепей 25,26, с обоих торцов открытого держателя 6 по токопроводам к шинам 21 и металлическому держателю 6 прикладываются импульсы высокого напряжения. Обострительные конденсаторы 22, установленные между внутренней поверхностью держателя 6 и шинами 21, заряжаются. При достижении на конденсаторах 22 напряжения пробоя разрядного промежутка между электродами возникает объемный газовый разряд, создающий условия для генерации лазерного излучения. При этом электрический ток начинает течь по электрической цепи, состоящей из держателя 6, токоведущей шины 24, электрода 23, разрядного промежутка, электрода 9, шпилек 15, винт-гаек 16 и шин 21. Генерируемое излучение выводится через окно 5. The laser operates in a pulsed-periodic mode. High voltage pulses are applied from the power source, which consists of two high-
Так как внешние размеры планок 12, 14 совпадают, а изолирующая пластина 10 выступает за габариты планок, то при прикладывании напряжения между электродами 9, 23 тангенциальная составляющая напряженности электрического поля вдоль поверхности изолятора отсутствует, условия для возникновения скользящего поверхностного разряда от границ планок минимизированы и разряд возникает лишь между электродами. Так как держатель 6 имеет цилиндрическую поверхность, то выступающие концы изолятора 10 удалены от поверхности держателя 6, что препятствует паразитным разрядам между держателем и изолятором. Планки 12 и 14 и изолятор 10 имеют простую плоскопараллельную форму, что позволяет произвести крепление электрода 9 с высокой точностью и без изгибов. Это дает возможность получить равномерный разряд по всей длине электрода, что определяет высокое качество разряда накачки. Since the external dimensions of the
Уплотнительные прокладки 11, 13, расположенные в ограничительных планках 12, 14, обеспечивают герметичность крепления электрода 9 на держателе 6. Так как толщина прокладок 11, 13 в рабочем состоянии равна толщине планок 12, 14, то высокое качество герметизации достигается без вытачивания дополнительных канавок в электроде 9 или в изоляторе 10, что упрощает и удешевляет изготовление соответственно электрода или изолятора.
Крепление электрода 23 произведено на держателе 6 через жесткий опорный элемент 24, являющийся токоведущей шиной, образующей малоиндуктивный электрический контур. The
Цилиндрические формы камеры лазера и полого держателя выбраны для оптимизации весогабаритных характеристик лазера и работы лазера в режиме высоких давлений. The cylindrical shapes of the laser chamber and hollow holder are selected to optimize the weight and size characteristics of the laser and the operation of the laser in high pressure mode.
Держатель 6 открыт с торцов, и для уменьшения индуктивности сильноточной цепи накачки источник питания, содержащий синхронизированные между собой сильноточные цепи 25, 26, подсоединен к держателю 6 и токоведущим шинам 21 с обеих сторон. Для охлаждения обострительных конденсаторов и выноса образующихся при работе лазера в зонах высоких напряженностей электрического поля заряженных частиц используется продув нейтрального газа, например воздуха, через полость держателя 6. The holder 6 is open from the ends, and to reduce the inductance of the high-current pump circuit, a power source containing high-
Для работы лазера в импульсно-периодическом режиме в камере лазера расположена крыльчатка 28, создающая поток лазерного газа между электродами. To operate the laser in a pulsed-periodic mode, an impeller 28 is located in the laser chamber, creating a laser gas flow between the electrodes.
Радиаторы 27 служат для охлаждения рабочей газовой смеси. Radiators 27 are used to cool the working gas mixture.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97111562A RU2113749C1 (en) | 1997-07-11 | 1997-07-11 | Gas laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97111562A RU2113749C1 (en) | 1997-07-11 | 1997-07-11 | Gas laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2113749C1 true RU2113749C1 (en) | 1998-06-20 |
| RU97111562A RU97111562A (en) | 1998-12-10 |
Family
ID=20195067
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97111562A RU2113749C1 (en) | 1997-07-11 | 1997-07-11 | Gas laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2113749C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008111872A1 (en) * | 2007-03-13 | 2008-09-18 | Optosystems Ltd. | Gas-discharge laser |
| RU2467442C1 (en) * | 2011-06-27 | 2012-11-20 | Олег Борисович Христофоров | Excimer laser |
-
1997
- 1997-07-11 RU RU97111562A patent/RU2113749C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008111872A1 (en) * | 2007-03-13 | 2008-09-18 | Optosystems Ltd. | Gas-discharge laser |
| US8005126B2 (en) | 2007-03-13 | 2011-08-23 | Optosystems Ltd. | Gas-discharge laser |
| RU2467442C1 (en) * | 2011-06-27 | 2012-11-20 | Олег Борисович Христофоров | Excimer laser |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2564423B2 (en) | Laser equipment | |
| KR100545484B1 (en) | Compact excimer laser insulator with integral pre-ionizer | |
| US5953360A (en) | All metal electrode sealed gas laser | |
| US7453918B2 (en) | Pulsed RF high pressure CO2 lasers | |
| CA2200268C (en) | Low cost corona pre-ionizer for a laser | |
| JPH04264349A (en) | High-output-beam generating apparatus | |
| GB2098389A (en) | Apparatus for producing laser radiation | |
| RU2113749C1 (en) | Gas laser | |
| US4677637A (en) | TE laser amplifier | |
| JP2002510883A (en) | Laser having electrode assembly including arc suppression means | |
| EP0020624A1 (en) | Pulsed discharge gas laser apparatus. | |
| RU2155421C1 (en) | Electrode device with preliminary ionization by ultraviolet light produced by corona discharge | |
| US3622910A (en) | Dynamic convective cooled laser | |
| US4905251A (en) | Self-preionizing resistively ballasted semiconductor electrode | |
| US20080019411A1 (en) | Compact sealed-off excimer laser | |
| JP2001177173A (en) | Gas laser oscillator | |
| US4930137A (en) | Inorganic triple point screen | |
| JPH024148B2 (en) | ||
| CA1200001A (en) | Self-optimizing electrode and pulse-stabilized super high power c.w. gas lasers | |
| RU2064720C1 (en) | Gas laser | |
| SU1390182A1 (en) | Multielement electric ozonizer | |
| Ling et al. | Experimental investigation of CO2 laser assisted by silent discharge | |
| RU2007003C1 (en) | Gas laser | |
| RU753325C (en) | Gas laser | |
| JP3159528B2 (en) | Discharge pumped excimer laser device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090712 |