RU221836U1 - Активный элемент лазера на парах металлов - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к лазерной технике, а именно к активным элементам (АЭ) лазера на парах металлов, и может быть использована при их конструировании с целью повышения стабильности мощности излучения и долговечности без усложнения конструкции. Отличительной особенностью данного класса лазеров является наличие паров активного вещества-металла: меди, золота, свинца, бария в плазме газового разряда. При включении газового разряда активное вещество в разрядном канале АЭ нагревается до плавления, и часть его переходит в пар и участвует в процессах образования лазерной энергии. Техническим результатом является повышение прочности и возможность разборки разрядного канала и как следствие увеличение долговечности активного элемента(АЭ) без усложнения конструкции. Технический результат достигается тем, что активный элемент лазера на парах металлов содержит вакуумноплотную оболочку с двумя выходными окнами в концевых секциях, внутри которой расположен разрядный канал, выполненный из керамических трубок, соединенных втулками, с размещенными в нем генераторами паров и активным веществом, анод и катод, теплоизолятор между оболочкой и каналом. Соединение трубок с втулками разрядного канала резьбовое. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к лазерной технике, а именно к активным элементам (АЭ) лазера на парах металлов, и может быть использована при их конструировании с целью повышения прочности и долговечности без усложнения конструкции.

Отличительной особенностью данного класса лазеров является наличие паров активного вещества-металла: меди, золота, свинца, бария в плазме газового разряда. При включении газового разряда активное вещество в разрядном канале АЭ нагревается до плавления, и часть его переходит в пар и участвует в процессах образования лазерной энергии.

Наиболее близким техническим решением является конструкция промышленного отпаянного саморазогревного АЭ лазера на парах металлов, включающая керамический разрядный канал, выполненный из керамических трубок, соединенных керамическими втулками, с размещенными в нем генераторами паров активного вещества, и электродами на концах (анод и катод), высокотемпературный теплоизолятор, расположенный между разрядным каналом и вакуумноплотной стеклянной оболочкой, концевые секции с оптическими окнами для выхода излучения. [Григорьянц А. Г., Казарян М. А., Лябин Н. А. Лазерная прецизионная микрообработка материалов. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2017. - гл. 3 с.107 Рис.3.9]. Конец каждой трубки разрядного канала на длине 15 мм соединен со втулкой и загерметизирован высокотемпературным цементом.

Прибор работает следующим образом. На электроды отпаянного АЭ, наполненного буферным газом неоном с добавкой водорода, подают напряжение и разогревают разрядный канал с активным веществом-медью до рабочей температурры (~1600°С). Металл превращается в жидкость, в результате испарения и диффузии пары металла заполняют все пространство разрядного канала и участвуют в процессах образования лазерной энергии. В процессе разогрева идет удлинение разрядного канала, после выключения - укорочение до исходного состояния. В процессе длительной эксплуатации (более 1000 ч), когда количество термоциклов «включение-выключение» достигает более ста, из-за ухудшения сцепления цемента с керамикой и возникновения трения при укорочении канала с поверхностью окружающего его теплоизолятора, имеет место выдергивание трубок из втулок. При этом в канал просыпается мелкодисперсный теплоизолятор и АЭ выходит из строя.

Недостатком этой конструкции является нарушение целостности разрядного канала, т. е. её прочности и как следствие ограничение долговечности АЭ.

Техническим результатом является повышение прочности и возможность разборки разрядного канала и как следствие увеличение АЭ без усложнения конструкции.

Технический результат достигается тем, что активный элемент лазера на парах металлов содержит вакуумноплотную оболочку с двумя выходными окнами в концевых секциях, внутри которой расположен разрядный канал, выполненный из керамических трубок, соединенных керамическими втулками, с размещенными в нем генераторами паров активного вещества, анод и катод, теплоизолятор между оболочкой и каналом. Соединение трубок с втулками разрядного канала резьбовое.

Резьба выполнена на концах трубки и втулки, причем у трубки по внешней поверхности, у втулки по внутренней поверхности. При этом разрядный канал легко собирается и поддается разборке для повторного применения.

Применение в разрядном канале резьбовых соединений позволяет в процессе эксплуатации сохранять целостность конструкции, т. е повышает его прочность и вследствие чего увеличивается долговечность АЭ.

Изобретение поясняется чертежом.

На Фиг. 1 структурная схема предлагаемого АЭ,

где:

вакуумноплотная оболочка - 1;

выходные оптические окна - 2;

концевая секция - 3;

трубка разрядного канала - 4;

втулка разрядного канала - 5;

генератор паров активного вещества - 6;

анод - 7;

катод - 8;

теплоизолятор - 9;

резьбовое соединение трубки с втулкой- 10.

Пример.

Отпаянный саморазогревной АЭ лазера на парах меди выполнен в стеклянной вакуумноплотной оболочке 1 с выходными оптическими окнами 2 в концевых секциях 3. Разрядный канал с генераторами паров активного вещества-медью 6 выполнен из керамических трубок 4 с внутренним диаметром 14 мм, соединенных керамическими втулками 5 с внутренним диаметром 20 мм. Внутри каждой втулки размещен генератор паров 6. Электроды молибденовый анод 7 и вольфрам-бариевый катод 8 выполнены кольцевыми. Высокотемпературный трехкомпонентный мелкодисперсный теплоизолятор 9 располагается между оболочкой 1 и каналом. Каждая трубка 4 соединена со втулкой 5 резьбой М20×1,75. Резьба у трубки 4 выполнена на концах по внешней поверхности, втулки 5 - по внутренней поверхности. Конструкция разрядного канала с резьбовыми трубками 4 и втулками 5 легко собирается и поддается разборке для повторного применения.

Предлагаемый активный АЭ работает следующим образом.

АЭ наполнен буферным газом неоном с добавкой водорода. При подаче напряжения на электроды 7 и 8 происходит разогрев керамического разрядного канала, выполненного из трубок 4 и втулок 5, соединенных резьбой, заполненного активным веществом-металлом, до рабочих температур. Металл превращается в жидкость и в результате испарения и диффузии пары металла заполняют все пространство газоразрядного промежутка - разрядного канала. Пары металла участвуют в процессе образования лазерного излучения. При длительной эксплуатации АЭ, когда разрядный канал подвержен большому количеству термоциклов «включение-выключение», происходит, соответственно, его удлинение и укорочение до первоначального состояния. Благодаря прочным резьбовым герметичным соединениям трубок с втулками разрядный канал сохраняет целостность конструкции и как следствие увеличивается долговечность АЭ.

Эффективность изобретения проверена экспериментальным путем на примере промышленного отпаянного саморазогревного АЭ лазера на парах меди модели ГЛ-206И [КРПГ.433757.004-007 ТУ]. Давление буферного газа неона в АЭ с объёмом активной среды = 400 см³ составляло P_Ne = 220 мм рт.ст. В оптимальном рабочем режиме температура керамического разрядного канала с генератором активного вещества-медью 6 составляла ~ 1600°С,

Испытания лазера с предлагаемым АЭ проводились в составе действующего промышленного технологического оборудования АЛТУ «Каравелла-2» [КРПГ.442162.005 ТУ] для прецизионной микрообработки материалов изделий электронной техники. Применение резьбового соединения трубок 4 и втулок 5 разрядного канала на данный момент обеспечило безотказную работу АЭ в течение 2500 ч. при количестве термоциклов «включение-выключение» более 250.

Конструкция АЭ при этом существенно упростилась.

Claims (1)

1. Активный элемент лазера на парах металлов, содержащий вакуумноплотную оболочку с двумя выходными окнами в концевых секциях, внутри которой расположен разрядный канал, выполненный из керамических трубок, соединенных керамическими втулками, с размещенными в нем генераторами паров активного вещества, анод и катод, теплоизолятор между оболочкой и каналом, отличающийся тем, что соединение трубок с втулками разрядного канала резьбовое.