RU2191452C2 - Discharge tube for metal vapor laser - Google Patents

Discharge tube for metal vapor laser Download PDF

Info

Publication number
RU2191452C2
RU2191452C2 RU2000112859A RU2000112859A RU2191452C2 RU 2191452 C2 RU2191452 C2 RU 2191452C2 RU 2000112859 A RU2000112859 A RU 2000112859A RU 2000112859 A RU2000112859 A RU 2000112859A RU 2191452 C2 RU2191452 C2 RU 2191452C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shell
active substance
discharge tube
metal
envelope
Prior art date
Application number
RU2000112859A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000112859A (en
Inventor
Н.А. Лябин
А.Д. Чурсин
Original Assignee
Государственное научно-производственное предприятие "Исток"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное научно-производственное предприятие "Исток" filed Critical Государственное научно-производственное предприятие "Исток"
Priority to RU2000112859A priority Critical patent/RU2191452C2/en
Publication of RU2000112859A publication Critical patent/RU2000112859A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2191452C2 publication Critical patent/RU2191452C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Lasers (AREA)

Abstract

FIELD: laser engineering. SUBSTANCE: discharge tube includes envelope surrounded by screening member and provided with blind annular slots on its inner side which are coaxial with envelope and are filled with envelope active material. Abutting against inner surface of each slot is substrate wetted by active material and covered with molten active material. Inner diameter of substrate is greater than that of envelope. The latter is assembled of cylindrical tubes spaced apart and joined over outer diameter by means of bushings mounted in metal holders which are tightly abutting against bushing surfaces. EFFECT: simplified design and enhanced mechanical endurance of tube. 6 dwg

Description

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к разрядным трубкам лазеров на парах металлов, и может быть использовано при их конструировании с целью повышения надежности и долговечности без усложнения конструкции. The invention relates to laser technology, namely to discharge tubes of metal vapor lasers, and can be used in their design in order to increase reliability and durability without complicating the design.

Отличительной особенностью указанного класса лазеров является наличие паров активного вещества (меди, золота, свинца, бария) в плазме газового разряда при температуре порядка 3000oС и не смачиваемой активным веществом оболочки (например, из керамики). Известна разрядная трубка лазера на парах меди с не смачиваемой активным веществом оболочкой, в которой активное вещество (медь) в виде отдельных колец малой толщины введено в разрядную трубку лазера [1]. При включении разряда активное вещество разогревается до плавления, часть его, определяемая температурой в области разряда, переходит в пар и участвует далее в процессах образования лазерной энергии. Оставшаяся часть, вследствие несмачиваемости керамической оболочки активным веществом, приобретает форму сфер, частично перекрывая апертуру пучка излучения и снижая его мощность.A distinctive feature of this class of lasers is the presence of vapors of the active substance (copper, gold, lead, barium) in a gas-discharge plasma at a temperature of the order of 3000 ° C and a shell not wetted by the active substance (for example, made of ceramic). A known discharge tube of a copper vapor laser with a shell not wetted by the active substance, in which the active substance (copper) is introduced into the laser discharge tube in the form of individual rings of small thickness [1]. When the discharge is switched on, the active substance heats up before melting, part of it, determined by the temperature in the region of the discharge, passes into steam and then participates in the processes of laser energy generation. The remaining part, due to the non-wettability of the ceramic shell by the active substance, takes the form of spheres, partially overlapping the aperture of the radiation beam and reducing its power.

Наиболее близким техническим решением, прототипом изобретения, является конструкция разрядной трубки лазера на парах металлов, включающая оболочку (1), экранирующие элементы (2) и блоки активного вещества, содержащие подложку из смачиваемого активным веществом материала (3а) с нанесенным на нее расплавом активного вещества (3б) (фиг.1) [2]. Активным веществом в конструкции является медь, но может быть и другой металл из перечисленных выше. Подложка для активного вещества имеет вид полого цилиндра. Блоки активного вещества поддерживаются молибденовыми опорами (4) в области, прилегающей к высокотемпературному столбу газового разряда перед экранирующими элементами, расположенными вдоль внутреннего контура оболочки, и разделены керамическими изоляторами (5). Экранирующие элементы выполняют роль теплоизоляторов, отражающих тепловое излучение, способствуя достижению необходимой рабочей температуры. The closest technical solution, the prototype of the invention, is the design of the discharge tube of a metal vapor laser, including a shell (1), shielding elements (2) and active substance blocks containing a substrate of material wetted by the active substance (3a) with the active substance melt deposited on it (3b) (Fig. 1) [2]. The active substance in the design is copper, but there may be another metal from the above. The substrate for the active substance has the form of a hollow cylinder. The blocks of the active substance are supported by molybdenum supports (4) in the area adjacent to the high-temperature column of the gas discharge in front of the shielding elements located along the inner contour of the shell and are separated by ceramic insulators (5). Shielding elements act as heat insulators reflecting thermal radiation, helping to achieve the required operating temperature.

При включении разряда активное вещество плавится и испаряет атомы металла, которые в процессе диффузии заполняют все свободное пространство газоразрядной трубки. Масса вещества, вследствие смачиваемости молибдена, удерживается поверхностью молибдена, не меняет форму и не перекрывает апертуру пучка излучения. When the discharge is switched on, the active substance melts and evaporates metal atoms, which during diffusion fill the entire free space of the gas discharge tube. The mass of the substance, due to the wettability of molybdenum, is held by the surface of molybdenum, does not change shape and does not overlap the aperture of the radiation beam.

Недостатком конструкции является наличие молибденовых опор в области высокотемпературной плазмы, выполняющих одновременно роль тепловой развязки. При высокой рабочей температуре происходит структурная перестройка металлических элементов конструкции с образованием дендритов [3], их охрупчивание, разрушение и, как следствие, перекрытие апертуры пучка излучения, что ограничивает долговечность конструкции. The design drawback is the presence of molybdenum supports in the high-temperature plasma region, which simultaneously perform the role of thermal isolation. At a high operating temperature, structural restructuring of metal structural elements occurs with the formation of dendrites [3], their embrittlement, destruction, and, as a result, the overlap of the aperture of the radiation beam, which limits the durability of the structure.

Другой недостаток прототипа - наличие в такой конструкции относительно холодной оболочки. В процессе работы под воздействием градиента температуры атомы испарившегося металла диффундируют в сторону оболочки и конденсируются на ее поверхности. Со временем блок активного вещества полностью истощается, а металл накапливается на соседних с блоком поверхностях оболочки, расположенных дальше от оси разряда и имеющих более низкую температуру. "Охлажденный" металл уже не может образовать количество пара, плотность которого оптимальна для получения той же мощности излучения. Это приводит к уменьшению мощности, а следовательно, и долговечности лазера. Another disadvantage of the prototype is the presence in this design of a relatively cold shell. In the process, under the influence of a temperature gradient, the atoms of the evaporated metal diffuse towards the shell and condense on its surface. Over time, the block of active substance is completely depleted, and the metal accumulates on the shell surfaces adjacent to the block, located further from the discharge axis and having a lower temperature. A "cooled" metal can no longer form an amount of steam whose density is optimal for obtaining the same radiation power. This leads to a decrease in the power and, consequently, the durability of the laser.

Кроме того, конструкция трубки значительно усложняется. In addition, the design of the tube is much more complicated.

Целью настоящего технического решения является повышение долговечности разрядной трубки на парах металлов без усложнения конструкции. The purpose of this technical solution is to increase the durability of the discharge tube on metal vapors without complicating the design.

Указанная цель достигается тем, что в разрядной трубке на парах металлов, включающей оболочку (1), экранирующие элементы (2) и блоки активного вещества, содержащие подложку из смачиваемого активным веществом материала (3а) с нанесенным на нее расплавом активного вещества (3б) (фиг.2, 3), в стенке оболочки в плоскости ее поперечного сечения с внутренней стороны выполнены глухие пазы кольцевой формы, оси которых совпадают с осью оболочки, блоки активного вещества установлены в пазах оболочки так, что их поверхность прилегает к поверхности паза, а внутренний диаметр блока активного вещества не менее диаметра соседних с ним частей оболочки, экранирующие элементы установлены непрерывно вокруг всей оболочки и аксиально ее поверхности. This goal is achieved by the fact that in the discharge tube on metal vapor, including the shell (1), the shielding elements (2) and blocks of the active substance containing a substrate of a material wetted by the active substance (3a) with the active substance melt deposited on it (3b) ( figure 2, 3), in the wall of the shell in the plane of its cross section from the inside there are blind grooves of a ring shape, the axes of which coincide with the axis of the shell, blocks of active substance are installed in the grooves of the shell so that their surface is adjacent to the surface of the groove, and the inner diameter of the block of active substance is not less than the diameter of the adjacent parts of the shell, the shielding elements are installed continuously around the entire shell and axially its surface.

Сущность предложенного технического решения заключается в следующем. The essence of the proposed technical solution is as follows.

Исключить конденсацию паров металла на оболочке можно, если в рабочем режиме температура внутренних поверхностей оболочки будет не меньше, чем температура расплавленного металла блока активного вещества. Поскольку температура внутренних поверхностей разрядной трубки определяется их расстоянием от оси разряда, то этого можно достичь, если в стенке оболочки в плоскости ее поперечного сечения с внутренней стороны проточить глухие пазы кольцевой формы, оси которых совпадают с осью оболочки, блоки активного вещества установить в пазах оболочки так, чтобы их поверхность прилегала к поверхности паза, внутренний диаметр был не менее диаметра соседних с ним частей оболочки, а экранирующий элемент расположить непрерывно вокруг всей поверхности оболочки и аксиально с ее поверхностью для создания одинаковых условий по теплоизоляции всем частям оболочки. Condensation of metal vapor on the shell can be eliminated if, in the operating mode, the temperature of the inner surfaces of the shell is not less than the temperature of the molten metal of the active substance block. Since the temperature of the internal surfaces of the discharge tube is determined by their distance from the axis of the discharge, this can be achieved if deaf ring-shaped grooves with axes coinciding with the axis of the shell are pierced from the inside of the wall of the shell in the plane of its cross section, and the active substance blocks are installed in the grooves of the shell so that their surface is adjacent to the surface of the groove, the inner diameter is not less than the diameter of the adjacent parts of the shell, and the shielding element is placed continuously around the entire surface shell and axially with its surface to create the same conditions for thermal insulation of all parts of the shell.

В этом случае даже при равенстве внутренних диаметров блоков и межблочных частей оболочки температура поверхности активного вещества блока будет ниже температуры поверхности соседней части оболочки, т.к. толщина оболочки, имеющей определенные теплоизолирующие свойства, за блоками активного вещества будет меньше, чем толщина оболочки между блоками. In this case, even if the inner diameters of the blocks and interblock parts of the shell are equal, the surface temperature of the active substance of the block will be lower than the surface temperature of the adjacent part of the shell, because the thickness of the shell having certain heat-insulating properties behind the blocks of the active substance will be less than the thickness of the shell between the blocks.

Пазы могут иметь замкнутую форму (кольцо) (фиг.2) или незамкнутую (часть кольца) (фиг. 3). Вид паза зависит от требования к времени готовности лазерного излучателя, поскольку с увеличением общей массы активного металла увеличивается время на его разогрев, а следовательно, и время готовности излучателя. The grooves may have a closed shape (ring) (figure 2) or open (part of the ring) (Fig. 3). The type of groove depends on the requirement for the readiness time of the laser emitter, since with an increase in the total mass of the active metal, the time for its heating up and, consequently, the readiness time of the emitter increases.

Такая конструкция позволит также исключить использование опорных молибденовых дисков. Опорой будет служить сама оболочка, что значительно упростит конструкцию. This design will also eliminate the use of support molybdenum discs. The shell itself will serve as a support, which will greatly simplify the design.

С целью упрощения технологии изготовления трубки и утилизации составляющих ее элементов оболочку трубки можно собрать из нескольких разделенных промежутком керамических трубок (6), соединенных по внешнему периметру керамическими втулками (7) (фиг.4). Однако при этом в связи с тем, что пазы разрядной трубки заполнены металлом, теплопроводность которого существенно выше, чем у керамики, центральные части втулок нагреваются быстрее, чем их концы, контактирующие с керамическими трубками. Это может привести к возникновению тепловых напряжений в зоне контакта и к разрушению втулок. Для выравнивания температуры по поверхности втулки последнюю предлагается установить в металлическую обойму (8) (поскольку металл обладает хорошей теплопроводностью), внутренняя поверхность которой плотно прилегает к внешней поверхности втулки (фиг.4). In order to simplify the manufacturing technology of the tube and the disposal of its constituent elements, the tube shell can be assembled from several ceramic tubes separated by a gap (6), connected along the outer perimeter by ceramic bushings (7) (Fig. 4). However, due to the fact that the grooves of the discharge tube are filled with metal, the thermal conductivity of which is significantly higher than that of ceramics, the central parts of the bushings are heated faster than their ends in contact with ceramic tubes. This can lead to thermal stresses in the contact zone and to the destruction of the bushings. To equalize the temperature on the surface of the sleeve, it is proposed to install the latter in a metal cage (8) (since the metal has good thermal conductivity), the inner surface of which is tightly adjacent to the outer surface of the sleeve (Fig. 4).

Для повышения надежности оболочки ее конструкция может быть выполнена из длинной основной трубы (9), внутрь которой с промежутком введены короткие отрезки изолирующих трубок (10), причем внешний диаметр коротких трубок равен внутреннему диаметру длинной трубы (фиг.5). To increase the reliability of the shell, its design can be made of a long main pipe (9), into which short segments of insulating tubes (10) are introduced with an interval, and the outer diameter of the short tubes is equal to the inner diameter of the long pipe (Fig. 5).

Промежутки между трубками в обоих вариантах оболочки служат пазами для блоков активного вещества. The gaps between the tubes in both shell options serve as grooves for the blocks of active substance.

Сущность изобретения поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 приведена конструкция прототипа, на фиг.2 - конструкция предложенного решения, на фиг.3 - конструкция предложенного решения с вариантом формы паза, на фиг. 4, 5 - варианты конструкции оболочки, на фиг.6 - фотография разрядной трубки и молибденового кольца. На фиг. 1-6:
1 - оболочка разрядной трубки,
2 - экранирующие элементы,
3 - блок активного вещества,
4 - опора из молибдена,
5 - изолятор,
6 - трубка,
7 - втулка,
8 - металлическая обойма,
9 - труба,
10 - изолирующая трубка,
11 - вид трубки со стороны анода,
12 - вид трубки со стороны катода,
13 - молибденовое кольцо через 200 часов воздействия разряда. Видны образования дендритов.
Figure 1 shows the design of the prototype, figure 2 - the design of the proposed solution, figure 3 - the design of the proposed solution with a variant form of the groove, in fig. 4, 5 - options for the design of the shell, Fig.6 is a photograph of a discharge tube and a molybdenum ring. In FIG. 1-6:
1 - the shell of the discharge tube,
2 - shielding elements,
3 - block active substance,
4 - support of molybdenum,
5 - insulator,
6 - tube
7 - sleeve
8 - metal clip,
9 - pipe
10 - insulating tube,
11 is a view of the tube from the side of the anode,
12 is a tube view from the cathode side,
13 - molybdenum ring after 200 hours of discharge. Formations of dendrites are visible.

Устройство работает следующим образом. Разогретый в разряде металл (3б) блока активного вещества превращается в жидкость, испаряющую атомы. Над поверхностью металла возникает равновесная концентрация паров. Внутренняя стенка оболочки (1) трубки, соседняя с блоком активного вещества, нагревается до температуры, не меньшей, чем сам блок. В результате диффузии атомы металла заполняют все пространство разрядной трубки, не конденсируясь на оболочке (фиг.2). The device operates as follows. The metal heated in the discharge (3b) of the block of the active substance turns into a liquid that evaporates atoms. An equilibrium vapor concentration occurs above the metal surface. The inner wall of the shell (1) of the tube adjacent to the block of active substance is heated to a temperature no lower than the block itself. As a result of diffusion, metal atoms fill the entire space of the discharge tube without condensing on the shell (figure 2).

Эффективность изобретения проверена экспериментальным путем на примере трубки на парах меди (фиг.6). Молибденовое кольцо, вложенное внутрь разрядной трубки вместо одного из блоков активного вещества, в течение первых 200 часов работы покрывалось дендритами, перекрывающими апертуру канала, что приводило к потере 50% мощности излучения лазера. Отрицательное влияние конденсации паров на оболочке проявлялось в более длительные сроки и зависело от количества металла в блоке активного вещества. Исключение обеих причин позволило увеличить долговечность разрядной трубки лазера по сравнению с прототипом в 7-10 раз. Полученная долговечность составила 1500-2000 часов и была связана уже с запылением окон трубки. Конструкция трубки существенно упростилась. The effectiveness of the invention is verified experimentally by the example of a tube on copper vapor (Fig.6). The molybdenum ring inserted inside the discharge tube instead of one of the blocks of the active substance was covered by dendrites during the first 200 hours of operation, blocking the channel aperture, which led to the loss of 50% of the laser radiation power. The negative effect of vapor condensation on the shell manifested itself in a longer time and depended on the amount of metal in the block of active substance. The exclusion of both reasons allowed to increase the durability of the discharge tube of the laser compared to the prototype 7-10 times. The obtained durability was 1500-2000 hours and was already associated with the dusting of the tube windows. The design of the tube has been greatly simplified.

Эффективность изобретения будет не менее высокой, если в качестве активного вещества использовать золото, свинец или барий, т.к. температура плавления этих веществ ниже, чем у меди, и, следовательно, оболочка трубки будет испытывать меньшую температурную нагрузку, чем в случае с медью. The effectiveness of the invention will be no less high if gold, lead or barium is used as the active substance, since the melting temperature of these substances is lower than that of copper, and therefore the tube shell will experience a lower temperature load than in the case of copper.

Источники информации
1. H 01 S 3/02, GB 2 126 413 "Лазер на парах металла и смеси газов гелия и кадмия", приор. от 1982 г.
Sources of information
1. H 01 S 3/02, GB 2 126 413 "Laser vapor of a metal and a mixture of helium and cadmium gases", prior. from 1982

2. H 01 S 3/03, GB 2 176 335. А. Мэйтленд "Разрядная трубка лазеров на парах химических веществ", приор. от 1985 г. 2. H 01 S 3/03, GB 2 176 335. A. Maitland "Discharge tube of chemical vapor lasers", prior. from 1985

3. Н. А. Левина, Э.Н. Марнер "Условия службы высокоогнеупорной окисной керамики в вакуумных электропечах с нагревателями из молибдена, вольфрама, ниобия". Огнеупоры, 11, ноябрь 1968 г. 3. N. A. Levina, E.N. Marner "Service conditions of high refractory oxide ceramics in vacuum furnaces with molybdenum, tungsten, niobium heaters." Refractories, 11, November 1968

Claims (1)

Разрядная трубка лазера на парах металлов, включающая оболочку, окруженную экранирующим элементом, содержащую соосные с оболочкой кольцевые пазы с активным веществом, выполненные с внутренней стороны оболочки, отличающаяся тем, что пазы выполнены в виде глухих пазов, к внутренней поверхности каждого из которых плотно прилегает подложка из смачиваемого активным веществом материала с нанесенным на нее расплавом этого активного вещества, внутренний диаметр подложки больше внутреннего диаметра оболочки, при этом оболочка выполнена из разделенных промежутками цилиндрических трубок, соединенных по внешнему диаметру втулками, установленными в металлические обоймы, плотно прилегающие к поверхностям втулок. A discharge tube of a metal vapor laser, including a shell surrounded by a shielding element, containing ring grooves with the active substance coaxial with the shell, made on the inner side of the shell, characterized in that the grooves are made in the form of blind grooves, the substrate is tightly adjacent to the inner surface of each of the material wetted by the active substance with a melt of this active substance deposited on it, the inner diameter of the substrate is larger than the inner diameter of the shell, while the shell is made of divided spaced cylindrical tubes connected to the external diameter of the sleeve mounted in metal holder, close fitting to the surfaces of the sleeves.
RU2000112859A 2000-05-23 2000-05-23 Discharge tube for metal vapor laser RU2191452C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000112859A RU2191452C2 (en) 2000-05-23 2000-05-23 Discharge tube for metal vapor laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000112859A RU2191452C2 (en) 2000-05-23 2000-05-23 Discharge tube for metal vapor laser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000112859A RU2000112859A (en) 2002-04-27
RU2191452C2 true RU2191452C2 (en) 2002-10-20

Family

ID=20234985

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000112859A RU2191452C2 (en) 2000-05-23 2000-05-23 Discharge tube for metal vapor laser

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2191452C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2644985C1 (en) * 2016-11-29 2018-02-15 Лев Семенович Гликин Active laser element on metal vapour and method of its manufacture

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2644985C1 (en) * 2016-11-29 2018-02-15 Лев Семенович Гликин Active laser element on metal vapour and method of its manufacture

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3726582A (en) Electric discharge lamp comprising container of densely sintered aluminum oxide
JP2006517050A5 (en)
US20070235024A1 (en) Tubular radiation absorbing device for a solar power plant with improved efficiency
KR100742451B1 (en) Supporting structure of a heating element, insulating structure, heating device and substrate processing apparatus
CN100536628C (en) Retention mechanism for heating coil of high temperature diffusion furnace
US4247830A (en) Plasma sprayed wicks for pulsed metal vapor lasers
JP2963903B2 (en) Plasma compensated cathode
RU2191452C2 (en) Discharge tube for metal vapor laser
US5148440A (en) Wick for metal vapor laser
JPS6142388B2 (en)
FI68928B (en) KATODENHET FOER LYSROER
US6218780B1 (en) High-pressure discharge lamp with a cooled electrode
US3188373A (en) Device for zone melting
US5367374A (en) Platform for a transversely-heated electrothermal atomizer furnace for atom absorption spectroscopy
JPH0340516B2 (en)
US4681995A (en) Heat pipe ring stacked assembly
US3409727A (en) Diffusion furnace
JPS61283185A (en) Discharge tube
US2682007A (en) Compact type electrical discharge device
US4805180A (en) Discharge tube apparatus
JPH0711944B2 (en) Asymmetric arc chamber for discharge lamps
US5504770A (en) Liquid metal confinement cylinder for optical discharge devices
US5442158A (en) Heating element support clip
NL1011975C2 (en) Electron gun.
FR2634021A1 (en) GRAPHITE TUBE OVEN WITH SAMPLE SUPPORT FOR ATOMIC ABSORPTION SPECTROSCOPY