RU2189679C2 - Process of pumping of active medium into continuous-wave gaseous-discharge laser with electrodes carrying dielectric coats - Google Patents
Process of pumping of active medium into continuous-wave gaseous-discharge laser with electrodes carrying dielectric coats Download PDFInfo
- Publication number
- RU2189679C2 RU2189679C2 RU2000116988A RU2000116988A RU2189679C2 RU 2189679 C2 RU2189679 C2 RU 2189679C2 RU 2000116988 A RU2000116988 A RU 2000116988A RU 2000116988 A RU2000116988 A RU 2000116988A RU 2189679 C2 RU2189679 C2 RU 2189679C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- active medium
- discharge
- continuous
- pumping
- electron
- Prior art date
Links
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при создании газоразрядных лазеров непрерывного действия. Кроме того, оно может быть применено и в других областях, где необходимо возбуждать большие объемы пространственно-однородной плазмы, например в плазмохимии. The invention relates to the field of quantum electronics and can be used to create continuous discharge gas lasers. In addition, it can be applied in other areas where it is necessary to excite large volumes of spatially homogeneous plasma, for example, in plasma chemistry.
Известные в настоящее время способы получения пространственно-однородной плазмы большого объема для накачки активной среды газоразрядных лазеров, или для целей плазмохимии, ограничены по уровню вкладываемой в разряд удельной мощности из-за формирования контрагированных структур в результате развития ионизационных неустойчивостей [1]. Currently known methods for producing a spatially uniform large-volume plasma for pumping the active medium of gas-discharge lasers, or for plasma chemistry, are limited in terms of the specific power deposited in the discharge due to the formation of contracted structures as a result of the development of ionization instabilities [1].
Наиболее близким к предлагаемому изобретению, выбранным авторами изобретения за прототип, является способ накачки активной среды газоразрядного лазера с электродами с диэлектрическими покрытиями, включающий возбуждение тлеющего разряда гармоническим электрическим полем [2]. Closest to the proposed invention, selected by the inventors for the prototype, is a method of pumping the active medium of a gas-discharge laser with electrodes with dielectric coatings, including excitation of a glow discharge by a harmonic electric field [2].
Плазма такого разряда обладает сравнительно высокой устойчивостью по отношению к контракции благодаря стабилизирующей роли диэлектрических покрытий, выполняющих функцию распределенных в пространстве балластных сопротивлений. A plasma of such a discharge has a relatively high stability with respect to contraction due to the stabilizing role of dielectric coatings that perform the function of ballast resistances distributed in space.
Однако наличие этих покрытий не решает проблему контракции в должной мере. Дело в том, что существуют два типа ионизационных неустойчивостей, развитие одного из которых (пространственно-однородного) подавляется диэлектрическими покрытиями, а другого (пространственно-неоднородного) - нет. Последнее обстоятельство объясняется тем, что в случае пространственно-неоднородных неустойчивостей плотность разрядного тока на торцах плазменного столба остается неизменной и такие неустойчивости не могут быть стабилизированы внешними (балластными) сопротивлениями. Наличие неустойчивостей подобного типа существенно ограничивает в известном способе возможности повышения уровня удельной мощности, вкладываемой в пространственно-однородную плазму большого объема для накачки активной среды непрерывных газоразрядных лазеров. However, the presence of these coatings does not solve the problem of contraction in an adequate manner. The fact is that there are two types of ionization instabilities, the development of one of which (spatially homogeneous) is suppressed by dielectric coatings, and the other (spatially inhomogeneous) does not. The latter circumstance is explained by the fact that in the case of spatially inhomogeneous instabilities, the discharge current density at the ends of the plasma column remains unchanged and such instabilities cannot be stabilized by external (ballast) resistances. The presence of instabilities of this type significantly limits in the known method the possibility of increasing the level of specific power deposited in a spatially uniform large-volume plasma for pumping the active medium of cw gas-discharge lasers.
С помощью предлагаемого изобретения достигается технический результат, заключающийся в повышении удельной мощности, вкладываемой в активную среду лазера, и увеличении мощности когерентного излучения, снимаемого с единицы объема активной среды. Using the present invention, a technical result is achieved, consisting in increasing the specific power deposited in the active medium of the laser, and increasing the power of coherent radiation removed from a unit volume of the active medium.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе накачки активной среды непрерывного газоразрядного лазера с электродами с диэлектрическими покрытиями, включающем возбуждение тлеющего разряда гармоническим электрическим полем, одновременно производят стабилизацию тлеющего разряда импульсным напряжением звуковой частоты длительностью, не превышающей 10-7 с, и амплитудой U, удовлетворяющей условию l≤2λi(e•U), где:
l - межэлектродное расстояние,
е - заряд электрона,
λi(e•U) - длина свободного пробега электрона с энергией eU по отношению к акту ионизации.The specified technical result is achieved by the fact that in the known method of pumping the active medium of a continuous gas-discharge laser with electrodes with dielectric coatings, which includes emitting a glow discharge by a harmonic electric field, the glow discharge is simultaneously stabilized by a pulse voltage of an audio frequency of a duration not exceeding 10 -7 s and amplitude U satisfying the condition l≤2λ i (e • U), where:
l is the interelectrode distance,
e is the electron charge,
λ i (e • U) is the mean free path of an electron with energy eU with respect to the ionization act.
Способ реализуется следующим образом. Импульсное напряжение приводят к тому, что во время его действия формируется аномальный тлеющий разряд. Если длительность импульсов невелика (меньше или много меньше 10-7 с), емкостное сопротивление диэлектрических покрытий, а следовательно, и падение напряжения на этих покрытиях будут сравнительно небольшими. Одновременно в силу довольно значительной проводимости плазмы , которая имеет место даже при относительно невысоких (порядка нескольких Вт/см3) величинах вкладываемой в разряд удельной мощности, падение напряжения на плазменном столбе тоже будет небольшим. Поэтому можно считать, что все напряжение U, подводимое к электродам во время действия импульса, практически полностью сосредоточится на катодном слое аномального тлеющего разряда, сформированного этим импульсом. В результате в данном слое образуется электронный пучок с энергией ≈ eU, который обеспечивает предварительную ионизацию лазерной смеси во всем разрядном промежутке и одновременно подавляет пространственно-неоднородные неустойчивости, поднимая тем самым пороговую величину вкладываемой в разряд удельной мощности, при которой еще не происходит контракция. При этом, очевидно, имеет место и повышение мощности когерентного излучения, снимаемого с единицы объема активной среды. Следует подчеркнуть, что импульсы напряжения осуществляют только предыонизацию и подавление пространственно-неоднородных неустойчивостей, накачка же активной среды происходит под действием гармонического электрического поля, подводимого к электродам одновременно с импульсами. Очевидно, что частота следования импульсов не должна быть меньше обратной величины характерного времени распада плазмы βrne, где
βr - коэффициент диссоциативной рекомбинации,
ne - плотность электронов в плазме.The method is implemented as follows. Impulse voltage leads to the formation of an abnormal glow discharge during its operation. If the pulse duration is small (less or much less than 10 -7 s), the capacitance of the dielectric coatings, and hence the voltage drop across these coatings, will be relatively small. At the same time, due to the rather significant plasma conductivity , which takes place even at relatively low (of the order of several W / cm 3 ) values of the specific power deposited in the discharge, the voltage drop across the plasma column will also be small. Therefore, we can assume that all the voltage U supplied to the electrodes during the action of the pulse will almost completely concentrate on the cathode layer of the anomalous glow discharge formed by this pulse. As a result, an electron beam with an energy of ≈ eU is formed in this layer, which provides preliminary ionization of the laser mixture in the entire discharge gap and simultaneously suppresses spatially inhomogeneous instabilities, thereby raising the threshold value of the specific power deposited into the discharge, at which contraction does not yet occur. In this case, obviously, there is also an increase in the power of coherent radiation removed from a unit volume of the active medium. It should be emphasized that voltage pulses carry out only preionization and suppression of spatially inhomogeneous instabilities, while the active medium is pumped by a harmonic electric field supplied to the electrodes simultaneously with the pulses. Obviously, the pulse repetition rate should not be less than the reciprocal of the characteristic plasma decay time β r n e , where
β r is the coefficient of dissociative recombination,
n e is the electron density in the plasma.
Обычно βr ~ 10-6÷10-7см3/с. Тогда, полагая для оценок ne ~ 1011см-3, находим, что соответствующая частота принадлежит звуковому диапазону и оказывается порядка 10-100 кГц.Usually β r ~ 10 -6 ÷ 10 -7 cm 3 / s. Then, assuming for estimates n e ~ 10 11 cm -3 , we find that the corresponding frequency belongs to the sound range and turns out to be of the order of 10-100 kHz.
Интенсивность электронного пучка резко (экспоненциально) ослабевает с увеличением расстояния от электрода (точнее говоря, от катодного слоя). Если импульсы напряжения являются знакопеременными, то электронный пучок формируется поочередно со стороны каждого из двух электродов. Тогда зона наиболее эффективного действия этого пучка определяется условием Величину λi легко определить при заданном составе лазерной смеси, исходя из широко представленных в литературе значений сечений ионизации атомов и молекул электронным ударом:
где Nk и σ
where N k and σ
Использование предложенного способа позволяет подавить контракцию и добиться максимально возможных величин вкладываемых в разряд и снимаемых в виде когерентного излучения удельных мощностей, значения которых лимитируются только перегревом лазерной смеси. Using the proposed method allows to suppress contraction and to achieve the maximum possible values of specific powers deposited in the discharge and removed in the form of coherent radiation, the values of which are limited only by overheating of the laser mixture.
Источники информации
1. Липатов Н.И., Минеев А.П., Мышенков В.И., Пашинин П.П., Прохоров А.М. "Нелинейные структуры в газовом разряде и возбуждение активной среды в мощных газоразрядных молекулярных лазерах". Труды ИОФАН, т. 17, с.3-52, М., Наука, 1989.Sources of information
1. Lipatov N.I., Mineev A.P., Myshenkov V.I., Pashinin P.P., Prokhorov A.M. "Nonlinear structures in a gas discharge and excitation of the active medium in high-power gas-discharge molecular lasers." Proceedings of IOFAN, v. 17, p. 3-5, M., Science, 1989.
2. Yasui К. , Kuzumoto M., Ogawa S., Tanaka M. and Yagi S. "Silent - Discharge Excited TEM00 2.5kW CO2 Laser.IEEE Journal of Quantumn Electronics, vol. 25, 4, pp. 836-839, 1989 - прототип.2. Yasui K., Kuzumoto M., Ogawa S., Tanaka M. and Yagi S. "Silent - Discharge Excited TEM 00 2.5kW CO 2 Laser.IEEE Journal of Quantumn Electronics, vol. 25, 4, pp. 836- 839, 1989 - prototype.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000116988A RU2189679C2 (en) | 2000-06-30 | 2000-06-30 | Process of pumping of active medium into continuous-wave gaseous-discharge laser with electrodes carrying dielectric coats |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000116988A RU2189679C2 (en) | 2000-06-30 | 2000-06-30 | Process of pumping of active medium into continuous-wave gaseous-discharge laser with electrodes carrying dielectric coats |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2000116988A RU2000116988A (en) | 2002-04-27 |
RU2189679C2 true RU2189679C2 (en) | 2002-09-20 |
Family
ID=20236998
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000116988A RU2189679C2 (en) | 2000-06-30 | 2000-06-30 | Process of pumping of active medium into continuous-wave gaseous-discharge laser with electrodes carrying dielectric coats |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2189679C2 (en) |
-
2000
- 2000-06-30 RU RU2000116988A patent/RU2189679C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
KOJI YASUI et al. SILENT-DISCHARGE EXICITED TEM 00 2.5 kW LASER. IEEE JOURNAL OF QUANTUMN ELECTRONICS VOL. 25, №4, Р. 836-839, 1989. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2189679C2 (en) | Process of pumping of active medium into continuous-wave gaseous-discharge laser with electrodes carrying dielectric coats | |
Little et al. | Average-power scaling of self-heated Sr/sup+/afterglow recombination lasers | |
Sturzenegger et al. | Transversely excited double-discharge HCN laser | |
Peard et al. | Parametric study of a high-voltage hollow-cathode infrared copper-ion laser | |
Blanchard et al. | Superatmospheric double‐discharge CO2 laser | |
Isaev et al. | Investigation of a copper vapor pulsed laser at elevated powers | |
Smith et al. | High repetition-rate and quasi-cw operation of a waveguide CO2 TE laser | |
Sutter | Gain-switched pulsed rf CO2 waveguide lasers | |
RU2313872C2 (en) | Nitrogen laser | |
Zheng et al. | Performance improvement of an x-ray preionized XeCl laser of very small discharge volume | |
Kane | Optogalvanic signals generated in a neon positive column discharge by resonant chopped CW radiation at 588.2 nm | |
Mei et al. | Optimisation of the pulse duration of a discharge-pumped XeF (B→ X) excimer laser | |
Wernsman et al. | Generation of pulsed electron beams by simple cold cathode plasma guns | |
Bastiaens et al. | Long pulse operation of an x-ray preionized molecular fluorine laser excited by a prepulse–main pulse system with a magnetic switch | |
Niederlohner et al. | An investigation of the pseudospark discharge in neon | |
Tallman | Preionization techniques for discharge lasers | |
Kedrov et al. | Experimental study of capacitive periodic-pulsed discharge applied to active medium ionization in gas lasers with combined discharges | |
Serbezov et al. | Nitrogen laser with high pulse and average power | |
RU2089971C1 (en) | Method for pumping glow lamp having negative-polarity gases in working mixture | |
Borisov et al. | Efficient preionisation in XeCl lasers | |
Shirai et al. | Discharge-pumped vacuum ultraviolet Kr2* laser | |
Shuaibov et al. | Excitation of iron atoms in a plasma of excimer emitters under transverse-discharge pumping | |
Silva et al. | Plasma electronics in pulsed nitrogen lasers | |
RU2007003C1 (en) | Gas laser | |
Gusev et al. | Optogalvanic effect in argon and its use in monitoring laser wavelengths |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090701 |