RU2244369C2

RU2244369C2 - Cross-discharge co2 laser

Info

Publication number: RU2244369C2
Application number: RU2003100463/28A
Authority: RU
Inventors: Е.Ф. Шишканов (RU); Е.Ф. Шишканов
Priority date: 2003-01-05
Filing date: 2003-01-05
Publication date: 2005-01-10

Abstract

FIELD: lasing physics; sealed-off cross-discharge carbon dioxide lasers.

SUBSTANCE: proposed laser has discharge structure forming electrodes, working surface of at least one of them being covered with gold; gas fill incorporating carbon monoxide CO, carbon dioxide CO ₂ , and helium He, proportion of ingredients being as follows, volume percent: CO, 4 - 30; CO ₂ , 4 - 20; He - 50 - 92. Effective oxidation of CO to CO ₂ both in discharge space and on gold surface of electrodes enables maintenance of desired radiation power within long sealed-off operating period of laser.

EFFECT: enhanced service life of laser.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области лазерной физики и может быть использовано при производстве возбуждаемых поперечным разрядом отпаянных СO₂ лазеров с высокой долговечностью.The invention relates to the field of laser physics and can be used in the production of transverse-discharge sealed CO ₂ lasers with high durability.

Известен СО₂ лазер с поперечным возбуждением, содержащий центральный и заземленный электроды из алюминиевого сплава и две диэлектрические пластины, образующие два разрядных канала с квадратными поперечными сечениями. При размере разрядных каналов 2.8×2.8 мм² рабочий объем лазера заполняется смесью газов 1 CO₂:1N₂:4Не:0.3 Хе общим давлением 68 Торр.Known is a CO ₂ laser with transverse excitation, containing a central and grounded electrodes of aluminum alloy and two dielectric plates forming two discharge channels with square cross sections. With the size of the discharge channels 2.8 × 2.8 mm ^{2, the} working volume of the laser is filled with a mixture of gases 1 CO ₂ : 1N ₂ : 4Не: 0.3 Хе with a total pressure of 68 Torr.

На электроды лазера подается высокочастотное напряжение частотой 81.36 МГц, что позволяет снизить до минимума взаимодействие электронов в разряде с электродами по сравнению с продольным разрядом постоянного тока. В результате увеличивается рабочий ресурс лазера, повышается стабильность и однородность разряда, значительно снижается напряжение поддержания разряда, уменьшается размер лазера и упрощается его конструкция (см. V.М.Cherezov, V.V.Kyun, A.Y.Payurov, V.G.Samorodov, E.F.Shishkanov, A.A.Sipaylo, "Parametrical line of RF-excited waveguide CO₂ lasers", Proc. SPIE 4165, pp. 150-156, 2000).A high-frequency voltage with a frequency of 81.36 MHz is supplied to the laser electrodes, which allows minimizing the interaction of electrons in the discharge with the electrodes in comparison with the longitudinal direct current discharge. As a result, the working life of the laser increases, the stability and uniformity of the discharge increases, the voltage for maintaining the discharge decreases significantly, the size of the laser decreases and its design is simplified (see V.M. Cherezov, VVKyun, AYPayurov, VGSamorodov, EFShishkanov, AASipaylo, "Parametrical line of RF -excited waveguide CO ₂ lasers ", Proc. SPIE 4165, pp. 150-156, 2000).

Недостаток известного лазера при длительной эксплуатации в отпаянном режиме работы обусловлен деградацией рабочей смеси, где основным фактором является диссоциация молекул CO₂ и возрастание ее степени вследствие необратимого ухода образующегося кислорода на элементы внутренней арматуры. Наиболее интенсивное поглощение кислорода происходит на стенках разрядного канала, в результате чего в последнем концентрация CO₂ постоянно снижается и, следовательно, снижается коэффициент усиления и мощность излучения лазера и, какA disadvantage of the known laser during long-term operation in a sealed-off mode of operation is due to the degradation of the working mixture, where the main factor is the dissociation of CO ₂ molecules and an increase in its degree due to the irreversible departure of the generated oxygen to the elements of the internal reinforcement. The most intense absorption of oxygen occurs on the walls of the discharge channel, as a result of which the concentration of CO ₂ in the latter constantly decreases and, consequently, the gain and power of the laser radiation and, as

следствие, долговечность. С момента включения лазера концентрация кислорода достигает экстремума около 4% спустя 2 часа работы, после чего происходит ее уменьшение со скоростью порядка 0.02 Торр/час. В результате уже через 100 часов работы концентрация O₂ может оказаться менее 1%, а доля СO₂ снизится с 16% до 2÷3%, что приведет к падению выходной мощности лазера и впоследствии к исчезновению генерации.consequence, durability. From the moment the laser is turned on, the oxygen concentration reaches an extremum of about 4% after 2 hours of operation, after which it decreases at a speed of about 0.02 Torr / hour. As a result, after 100 hours of operation, the concentration of O ₂ may turn out to be less than 1%, and the proportion of CO ₂ will decrease from 16% to 2–3%, which will lead to a drop in the laser output power and subsequently to the disappearance of generation.

Известен СO₂ лазер с продольным разрядом постоянного тока, содержащий на рабочей стороне стенок разрядной трубки слой золота. При диаметре разрядного канала 28 мм лазер в отпаянном режиме работы наполняется исходной смесью газов 7 СO₂:13 N₂:80 Не общим давлением 12 Торр. Рабочая смесь может также включать моноокись углерода СО. Возбуждение лазера осуществляется при токе разряда 40 мА.Known CO ₂ laser with a longitudinal discharge of direct current, containing on the working side of the walls of the discharge tube a layer of gold. With a diameter of the discharge channel of 28 mm, the laser in the sealed-off operation mode is filled with the initial mixture of gases 7 СО ₂ : 13 N ₂ : 80 with a total pressure of 12 Torr. The working mixture may also include carbon monoxide CO. The laser is excited at a discharge current of 40 mA.

Нанесенное на рабочую сторону стенок разрядной трубки золото является эффективным катализатором в реакции окисления СО до СO₂ и способствует снижению степени диссоциации молекул CO₂ на СО и О₂ под действием электрического разряда до чрезвычайно низкого значения. Упомянутая регенерация молекул CO₂ происходит преимущественно на покрытых золотом поверхностях, устраняя тем самым атомарные формы кислорода из остальной части разрядного объема, в результате чего увеличивается как коэффициент усиления активной среды, так и выходная мощность лазера по сравнению с лазером без золотого катализатора. С другой стороны, низкая концентрация кислорода в разрядном объеме, как результат снижения степени диссоциации молекул СO₂, позволяет создавать отпаянные СO₂ лазеры с высокой долговечностью, поскольку в несколько раз снижается скорость поглощения кислорода стенками разрядного канала лазера, благодаря чему нет необходимости в поддержании равновесной концентрации кислорода в газовом объеме на уровне ~ 4%, как в лазере без золотого катализатора (см. патент США № 4756000, кл. H 01 S 3/22, 1988).Gold deposited on the working side of the walls of the discharge tube is an effective catalyst in the oxidation of CO to CO ₂ and helps to reduce the degree of dissociation of CO ₂ molecules into CO and O ₂ under the action of an electric discharge to an extremely low value. The mentioned regeneration of CO ₂ molecules occurs mainly on gold-coated surfaces, thereby eliminating the atomic forms of oxygen from the rest of the discharge volume, resulting in an increase in both the gain of the active medium and the output power of the laser compared to a laser without a gold catalyst. On the other hand, a low concentration of oxygen in the discharge volume, as a result of a decrease in the degree of dissociation of CO ₂ molecules, makes it possible to create sealed CO ₂ lasers with high durability, since the rate of oxygen absorption by the walls of the discharge channel of the laser is reduced several times, so that it is not necessary to maintain equilibrium the oxygen concentration in the gas volume at the level of ~ 4%, as in a laser without a gold catalyst (see US patent No. 4756000, CL H 01 S 3/22, 1988).

Недостатком указанного лазера является невозможность нанесения золота на электроды лазера, поскольку при этом золото не сможет выполнять каталитические функции окисления СО в результате ионной бомбардировки электродов лазера, приводящей к эффекту отравления золотой поверхности катализатора. В описании данного лазера не приводится требуемая концентрация СО при ее добавлении в рабочую газовую смесь.The disadvantage of this laser is the impossibility of applying gold to the laser electrodes, since in this case gold will not be able to perform the catalytic functions of CO oxidation as a result of ion bombardment of the laser electrodes, leading to the effect of poisoning the gold surface of the catalyst. The description of this laser does not provide the required concentration of CO when it is added to the working gas mixture.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является CO₂ лазер с поперечным возбуждением, который включает в себя герметичный корпус, содержащий газовую смесь и разрядную структуру с поперечным сечением 2.5×2.5 мм², сформированную двумя медными электродами и двумя диэлектрическими пластинами. При этом рабочие поверхности электродов покрываются слоем золота. Рабочий объем лазера заполняется газовой смесью 1 CO₂:1N₂:5 Не+5% Хе общим давлением 100 Торр. Возбуждение разряда осуществляется подачей к электродам лазера ВЧ напряжения. При указанном поперечном возбуждении площадь электродов, участвующая в формировании разряда, достаточно велика, а плотность разрядного тока в несколько раз ниже, чем для электродов при продольном разряде постоянного тока. Благодаря этому взаимодействие заряженных частиц с поверхностью электродов минимально и не приводит к снижению эффективности работы золотого катализатора (см. М.В.Heeman-Ilieva, Yu.В.Udalov, К.Hoen and W.J.Witteman, "Enhanced gain and output power of a sealed-off rf-excited CO₂ waveguide laser with gold-plated electrodes", Appl. Phys. Lett. 64 (6), pp. 673-675, 1994 - прототип).The closest in technical essence to the claimed invention is a CO ₂ laser with a transverse excitation, which includes a sealed housing containing a gas mixture and a discharge structure with a cross section of 2.5 × 2.5 mm ² formed by two copper electrodes and two dielectric plates. In this case, the working surfaces of the electrodes are covered with a layer of gold. The working volume of the laser is filled with a gas mixture of 1 CO ₂ : 1N ₂ : 5 He + 5% Xe with a total pressure of 100 Torr. The discharge is excited by applying an RF voltage to the laser electrodes. With the indicated transverse excitation, the area of the electrodes involved in the formation of the discharge is quite large, and the density of the discharge current is several times lower than for electrodes in the case of a longitudinal DC discharge. Due to this, the interaction of charged particles with the surface of the electrodes is minimal and does not lead to a decrease in the efficiency of the gold catalyst (see M.V. Heeman-Ilieva, Yu.V. Udalov, K. Hohen and WJWitteman, "Enhanced gain and output power of a sealed "off rf-excited CO ₂ waveguide laser with gold-plated electrodes", Appl. Phys. Lett. 64 (6), pp. 673-675, 1994 prototype).

Недостатком данного лазера является то, что увеличение выходной мощности и, соответственно, сама каталитическая активность золота наблюдаются исключительно при разогреве одного из электродов лазера до температуры 50÷60°С. Золото само по себе не может рассматриваться как эффективный катализатор. Каталитическая активность золота проявляется, когда оно находится в непосредственном взаимодействии с плазмой разряда СO₂ лазера. При этом золотое покрытие становится активным с момента формирования на его поверхности монослоя молекул СО, когда кислород эффективно рекомбинирует с молекулами СО, а покрытая золотом поверхность выступает в качестве третьего тела для отвода выделяющегося в ходе этой реакции избытка энергии:The disadvantage of this laser is that an increase in the output power and, accordingly, the catalytic activity of gold itself are observed exclusively when one of the laser electrodes is heated to a temperature of 50 ÷ 60 ° C. Gold alone cannot be considered an effective catalyst. The catalytic activity of gold is manifested when it is in direct interaction with the discharge plasma of a CO ₂ laser. In this case, the gold coating becomes active from the moment of the formation of a monolayer of CO molecules on its surface, when oxygen effectively recombines with CO molecules, and the gold-coated surface acts as a third body to remove excess energy released during this reaction:

где под М подразумевается третья частица.where by M is meant the third particle.

Необходимо отметить, что каталитическая активность золота может со временем исчезать. Объясняется это тем, что, помимо СО, с золотой поверхностью могут взаимодействовать другие вещества (кислород, пары воды и др.), образующиеся в ходе плазмохимических процессов в разряде СО₂ лазера. В результате таких взаимодействий золотое покрытие отравляется, что затрудняет формирование на нем монослоя молекул СО. В прототипе, в частности, при наполнении рабочего объема лазера указанной выше газовой смесью и зажигании разряда в ходе диссоциации молекул СО₂ часть образованных молекул СО формирует слой на золотой поверхности электродов. Образованная в ходе диссоциации соответствующая доля кислорода может как рекомбинировать с СО на поверхности электродов, так и взаимодействовать непосредственно с золотом, вызывая тем самым его отравление и снижая коэффициент усиления активной среды, выходную мощность и долговечность лазера. Дополнительный нагрев электрода способствует удалению нежелательных веществ с золотой поверхности, что и обеспечивает работу катализатора. Таким образом, для обеспечения долговременной работы данного лазера необходимо в процессе эксплуатации поддерживать неизменной температуру одного из электродов на уровне 50-60°С, что требует применения специальных систем охлаждения и соответствующих энергозатрат, снижающих эффективность лазера в целом. Более того, нагрев электрода с целью достижения каталитической активности негативно сказывается на эффективности СO₂ лазера, поскольку повышение температуры стенок разрядного канала ухудшает процесс опустошения нижнего лазерного уровня молекулы СO₂, являющийся необходимым в механизме работы СО₂ лазера. Именно поэтому в прототипе осуществляется нагрев только одного электрода при поддержании низкой (около 20°С) температуры другого электрода. Следует отметить, что наличие такого градиента температур может приводить к деформированию разрядного канала, а следовательно, к искажению структуры выходного лазерного излучения и не позволяет для многих конструкций лазеров использовать каталитический эффект указанным образом (в частности, в лазерах со щелевой геометрией разрядного канала).It should be noted that the catalytic activity of gold can disappear with time. This is explained by the fact that, in addition to CO, other substances (oxygen, water vapor, etc.) that are formed during plasma-chemical processes in the discharge of a CO ₂ laser can interact with a gold surface. As a result of such interactions, the gold coating is poisoned, which makes it difficult to form a monolayer of CO molecules on it. In the prototype, in particular, when filling the working volume of the laser with the above gas mixture and igniting the discharge during the dissociation of CO ₂ molecules, part of the CO molecules formed forms a layer on the gold surface of the electrodes. The corresponding fraction of oxygen formed during dissociation can either recombine with CO on the surface of the electrodes, or interact directly with gold, thereby causing it to be poisoned and reducing the gain of the active medium, the output power and durability of the laser. Additional heating of the electrode helps to remove unwanted substances from the gold surface, which ensures the operation of the catalyst. Thus, to ensure the long-term operation of this laser, it is necessary during operation to maintain the temperature of one of the electrodes unchanged at a level of 50-60 ° C, which requires the use of special cooling systems and the corresponding energy consumption that reduces the overall laser efficiency. Moreover, heating the electrode in order to achieve catalytic activity negatively affects the efficiency of the CO ₂ laser, since an increase in the temperature of the walls of the discharge channel worsens the process of emptying the lower laser level of the CO ₂ molecule, which is necessary in the mechanism of operation of the CO ₂ laser. That is why in the prototype only one electrode is heated while maintaining a low (about 20 ° C) temperature of the other electrode. It should be noted that the presence of such a temperature gradient can lead to a deformation of the discharge channel and, consequently, to a distortion of the structure of the output laser radiation and does not allow the catalytic effect to be used in this way for many laser designs (in particular, lasers with slot geometry of the discharge channel).

Задача изобретения – создание возбуждаемого поперечным разрядом СО₂ лазера с повышенной долговечностью в отпаянном режиме работы.The objective of the invention is the creation of a CO ₂ laser excited by a transverse discharge with increased durability in a sealed-off operation mode.

Технический результат достигается за счет подбора состава газовой смеси, обеспечивающей эффективное окисление СО до CO₂.The technical result is achieved by selecting the composition of the gas mixture, providing effective oxidation of CO to CO ₂ .

Указанный технический результат достигается тем, что в известном СО₂ лазере с поперечным возбуждением, содержащем электроды, формирующие разрядную структуру, рабочая поверхность, по крайней мере, одного из которых покрыта золотом, и наполнение, включающее двуокись углерода СО₂ и гелий Не, в наполнение дополнительно введена моноокись углерода СО при следующем соотношении компонентов, об.%: СО - 4-30, СO₂ - 4-20,Не – 50-92.The specified technical result is achieved by the fact that in the known CO ₂ laser with transverse excitation containing electrodes forming a discharge structure, the working surface of at least one of which is coated with gold, and the filling, including carbon dioxide CO ₂ and helium He, in the filling additionally introduced carbon monoxide WITH in the following ratio of components, vol.%: CO - 4-30, CO ₂ - 4-20, He - 50-92.

При исходном присутствии в газовой смеси молекул СО, не сбалансированных молекулами O₂, гарантируется наличие монослоя СО на поверхности золотого катализатора и эффективное взаимодействие молекул СО с кислородом как в разрядном объеме, так и на золотой поверхности и низкая вероятность непосредственного взаимодействия золота с кислородом в силу минимизации его концентрации, что обеспечит повышение долговечности приборов, используемых предлагаемое наполнение.With the initial presence in the gas mixture of CO molecules not balanced by O ₂ molecules, the presence of a CO monolayer on the surface of the gold catalyst and the effective interaction of CO molecules with oxygen both in the discharge volume and on the gold surface and the low probability of direct interaction of gold with oxygen are guaranteed due to minimize its concentration, which will increase the durability of the devices used the proposed filling.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the claimed invention, and the determination from the list of identified prototype analogues made it possible to identify a set of essential in relation to perceived by the applicant to the technical result of the distinguishing features in the claimed object set forth in the claims.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию новизна по действующему законодательству.Therefore, the claimed invention meets the requirement of novelty under applicable law.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, а именно не выявлен СО₂ лазер с поперечным возбуждением, в котором наполнение дополнительно содержит моноокись углерода, и соотношение компонентов газовой смеси таково, что на рабочей поверхности электрода, покрытого золотом, формируется монослой СО, обеспечивающий эффективное окисление СО до СO₂, что позволяет поддерживать заданное значение мощности лазерного излучения в течение длительного периода работы лазера в отпаянном режиме.To verify the conformity of the claimed invention to the requirements of the inventive step, the applicant conducted an additional search for known solutions, the results of which show that the claimed invention does not follow explicitly from the prior art, since the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of the technical result is not revealed. namely, a CO ₂ laser with transverse excitation in which the filling is additional о contains carbon monoxide, and the ratio of the components of the gas mixture is such that a CO monolayer is formed on the working surface of the electrode coated with gold, which provides effective oxidation of CO to CO ₂ , which allows you to maintain a given value of the laser radiation power for a long period of laser operation in sealed mode .

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.Therefore, the claimed invention meets the requirement of "inventive step" under applicable law.

На фиг.1 представлено сечение волноводного СO₂ лазера с поперечным возбуждением.Figure 1 presents a cross section of a waveguide CO ₂ laser with transverse excitation.

На фиг.2 представлен щелевой СO₂ лазер с поперечным возбуждением.Figure 2 presents the slotted CO ₂ laser with transverse excitation.

Волноводный лазер (фиг.1) содержит два разрядных канала 1, сформированные металлическими электродами 2, 3 и керамическими пластинами 4. На рабочие поверхности электрода 2 нанесен слой золота 5. Сформированная таким образом разрядная структура размещается в трубе 6, являющейся несущей оптического резонатора. С боковых сторон несущая резонатора усилена двумя радиаторами 7, служащими для жидкостного охлаждения. Передача энергии в плазму разрядных каналов осуществляется через энерговвод 8. Снизу энерговвод закрыт экранирующей платформой 9. Параллельно несущей резонатора расположен дополнительный объем 10, закрытый декоративной крышкой 11. Рабочий объем лазера заполняется смесью газов, содержащей СО₂, СО и Не.The waveguide laser (Fig. 1) contains two discharge channels 1 formed by metal electrodes 2, 3 and ceramic plates 4. A gold layer 5 is deposited on the working surfaces of the electrode 5. The thus formed discharge structure is placed in the tube 6, which is the carrier of the optical resonator. On the sides, the carrier of the resonator is reinforced with two radiators 7, which are used for liquid cooling. Energy is transferred to the plasma of the discharge channels through the energy input 8. The energy input is closed by a shielding platform 9. The additional volume 10 is located parallel to the carrier cavity, closed by a decorative cover 11. The working volume of the laser is filled with a mixture of gases containing CO ₂ , CO and He.

Щелевой лазер (фиг.2) содержит разрядный канал 1, сформированный водоохлаждаемыми металлическими электродами 2 и 3, на рабочие поверхности которых нанесен слой золота 5. Разрядная структура размещается в трубе 6, являющейся несущей оптического резонатора и служащей одновременно резервуаром для газовой смеси лазера. Передача энергии в плазму разрядного канала осуществляется через энерговводы 8. Рабочий объем лазера заполняется смесью газов, содержащей СO₂, СО и Не.The slit laser (Fig. 2) contains a discharge channel 1 formed by water-cooled metal electrodes 2 and 3, on the working surfaces of which a layer of gold 5 is deposited. The discharge structure is placed in the tube 6, which is the carrier of the optical resonator and simultaneously serves as a reservoir for the laser gas mixture. Energy is transferred to the plasma of the discharge channel through the power inputs 8. The working volume of the laser is filled with a mixture of gases containing CO ₂ , CO and He.

Принцип действия предлагаемого устройства состоит в следующем.The principle of operation of the proposed device is as follows.

В разрядном канале 1 возбуждается поперечный разряд между электродами 2 и 3 и возникает состояние с инверсной заселенностью. При первом включении лазера в начальный момент в разрядном канале реализуются условия, соответствующие работе лазера, не содержащего катализатор, поскольку золотая поверхность электродов еще не является каталитически активной. Однако благодаря наличию в газовой смеси молекул моноокиси углерода происходит адсорбция последних на золотой поверхности электродов, в результате чего в процессе работы лазера повышается эффективность взаимодействия кислорода с моноокисью углерода на золотой поверхности электродов, что приводит к снижению степени диссоциации молекул двуокиси углерода в разрядном канале и увеличению выходной мощности лазера. Следует отметить, что при этом состав газовой смеси изменяется в части снижения концентрации молекул моноокиси углерода в результате их ухода на золотую поверхность электродов. При последующей замене газовой смеси на исходную каталитический эффект проявляется сразу же после включения лазера, поскольку золотая поверхность электродов уже является каталитически активной в результате наличия на ней молекул моноокиси углерода, и в ходе дальнейшей работы лазера концентрация компонент газовой смеси существенно не изменяется по сравнению с равновесным газовым составом, который устанавливается в разрядном канале лазера спустя 0.5-4.0 часа после включения лазера в зависимости от соотношения активного и балластного газовых объемов лазера. При этом благодаря исходному присутствию в газовой смеси молекул СО гарантируется наличие монослоя СО на поверхности золотого катализатора и эффективное взаимодействие молекул СО с кислородом как в разрядном объеме, так и на золотой поверхности и низкая вероятность непосредственного взаимодействия золота с кислородом в силу минимизации его концентрации, что обеспечивает высокую долговечность приборов, используемых предлагаемое наполнение.In the discharge channel 1, a transverse discharge is excited between the electrodes 2 and 3 and a state with inverse population arises. When the laser is turned on for the first time at the initial moment, the conditions corresponding to the operation of a laser that does not contain a catalyst are realized in the discharge channel, since the gold surface of the electrodes is not yet catalytically active. However, due to the presence of carbon monoxide molecules in the gas mixture, the latter are adsorbed on the gold surface of the electrodes, as a result of which, during the laser operation, the efficiency of the interaction of oxygen with carbon monoxide on the gold surface of the electrodes increases, which leads to a decrease in the degree of dissociation of carbon dioxide molecules in the discharge channel and an increase laser power output. It should be noted that in this case, the composition of the gas mixture changes in terms of reducing the concentration of carbon monoxide molecules as a result of their departure to the gold surface of the electrodes. Upon subsequent replacement of the gas mixture with the initial catalytic effect, it manifests itself immediately after the laser is turned on, since the gold surface of the electrodes is already catalytically active as a result of the presence of carbon monoxide molecules on it, and during the further operation of the laser, the concentration of the components of the gas mixture does not change significantly compared to the equilibrium gas composition, which is installed in the discharge channel of the laser 0.5-4.0 hours after the laser is turned on, depending on the ratio of active and ballast ha ovyh volume laser. Moreover, due to the initial presence of CO molecules in the gas mixture, the presence of a CO monolayer on the surface of the gold catalyst and the effective interaction of CO molecules with oxygen both in the discharge volume and on the gold surface and the low probability of direct interaction of gold with oxygen due to minimizing its concentration are guaranteed, which provides high durability of devices used by the proposed filling.

Критерии выбора граничных значений содержания СО следующие:The selection criteria for the boundary values of the CO content are as follows:

- нижнее значение определяет концентрация кислорода в разрядном объеме, которому необходимо противопоставить вдвое большее количество СО для протекания реакции (1). Так, при степени диссоциации молекул СО₂, не превышающей при работе золотого катализатора 0.2, концентрация кислорода может достигать 2% при верхнем значении СO₂ (20%);- the lower value determines the oxygen concentration in the discharge volume, which must be opposed with twice as much CO for reaction (1). So, when the degree of dissociation of CO ₂ molecules does not exceed 0.2 during the operation of the gold catalyst, the oxygen concentration can reach 2% at the upper value of CO ₂ (20%);

- верхнее значение определяется достижением максимальной эффективности работы лазера в случае использования газовой смеси, не содержащей N₂. В этом случае молекулы СО будут выполнять роль молекул N₂ в части передачи энергии на верхний лазерный уровень молекул СO₂, а концентрация СО будет выбираться равной сумме концентраций N₂ и СО в соответствующей азотосодержащей смеси.- the upper value is determined by achieving maximum laser efficiency in the case of using a gas mixture containing no N ₂ . In this case, CO molecules will play the role of N ₂ molecules in terms of energy transfer to the upper laser level of CO ₂ molecules, and the concentration of CO will be chosen equal to the sum of the concentrations of N ₂ and CO in the corresponding nitrogen-containing mixture.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволит создавать отпаянные СO₂ лазеры с поперечным возбуждением, обладающие высокой долговечностью и эффективностью работы.Thus, the use of the invention will allow the creation of sealed CO ₂ lasers with transverse excitation, with high durability and efficiency.

Примеры конкретного выполнения.Examples of specific performance.

1. Экспериментальный образец волноводного лазера (фиг.1).1. An experimental sample of a waveguide laser (figure 1).

При размере разрядных каналов 2.2×2.2 мм² рабочий объем лазера заполняется смесью газов общим давлением 105 Торр при следующем соотношении компонентов, об.%: 11.5 СO₂:11.5 N₂:69.0 Не:3.4 Хе:4.6 СО.With the size of the discharge channels 2.2 × 2.2 mm ^{2, the} working volume of the laser is filled with a gas mixture with a total pressure of 105 Torr with the following ratio of components, vol.%: 11.5 CO ₂ : 11.5 N ₂ : 69.0 He: 3.4 Xe: 4.6 CO.

2. Экспериментальный образец волноводного лазера (фиг.1). При размере разрядных каналов 3.0×3.0 мм² рабочий объем лазера заполняется смесью газов общим давлением 68 Торр при следующем соотношении компонентов, об.%: 10.8 CO₂:16.3 N₂:65.2 Не:3.3 Хе:4.4 СО;.2. An experimental sample of a waveguide laser (figure 1). With the size of the discharge channels 3.0 × 3.0 mm ^{2, the} working volume of the laser is filled with a gas mixture with a total pressure of 68 Torr with the following ratio of components, vol.%: 10.8 CO ₂ : 16.3 N ₂ : 65.2 Not: 3.3 Xe: 4.4 СО ;.

3. Экспериментальный образец щелевого лазера (фиг.2). При размере разрядного канала 2.8×40.0 мм² рабочий объем лазера заполняется смесью газов общим давлением 60 Торр при следующем соотношении компонентов, об.%: 9.7 СO₂:24.3 N₂:58.0 Не:3.0 Хе:5.0 СО;3. An experimental sample of a slit laser (figure 2). With the size of the discharge channel 2.8 × 40.0 mm ^{2, the} working volume of the laser is filled with a gas mixture with a total pressure of 60 Torr with the following ratio of components, vol.%: 9.7 CO ₂ : 24.3 N ₂ : 58.0 Not: 3.0 Xe: 5.0 CO;

4. Экспериментальный образец щелевого лазера (фиг.2). При размере разрядного канала 2.0×40.0 мм² рабочий объем лазера заполняется смесью газов общим давлением 92 Торр при следующем соотношении компонентов, об.%: 9.7 СO₂: 24.3 N₂:58.0 Не:3.0 Хе:5.0 СО.4. An experimental sample of a slit laser (figure 2). With the size of the discharge channel 2.0 × 40.0 mm ^{2, the} working volume of the laser is filled with a gas mixture with a total pressure of 92 Torr with the following ratio of components, vol.%: 9.7 CO ₂ : 24.3 N ₂ : 58.0 He: 3.0 Xe: 5.0 CO.

5. Экспериментальный образец щелевого лазера (фиг.2). При размере разрядного канала 2.5×40.0 мм² рабочий объем лазера заполняется смесью газов общим давлением 52 Торр при следующем соотношении компонентов, об.%: 10.8 СO₂:16.3 N₂:65.2 Не:3.3 Хе:4.4 СО.5. An experimental sample of a slit laser (figure 2). With the size of the discharge channel 2.5 × 40.0 mm ^{2, the} working volume of the laser is filled with a gas mixture with a total pressure of 52 Torr with the following ratio of components, vol.%: 10.8 CO ₂ : 16.3 N ₂ : 65.2 He: 3.3 Xe: 4.4 CO.

6. Экспериментальный образец щелевого лазера (фиг.2). При размере разрядного канала 2.5×40.0 мм² рабочий объем лазера заполняется смесью газов общим давлением 52 Торр при следующем соотношении компонентов, об.%: 11.2 СO₂:67.5 Не:4.5 Хе: 16.8 СО.6. An experimental sample of a slit laser (figure 2). With the size of the discharge channel 2.5 × 40.0 mm ^{2, the} working volume of the laser is filled with a gas mixture with a total pressure of 52 Torr with the following ratio of components, vol.%: 11.2 СО ₂ : 67.5 Not: 4.5 Хе: 16.8 СО.

7. Экспериментальный образец щелевого лазера (фиг.2). При размере разрядного канала 2.5×40.0 мм² рабочий объем лазера заполняется смесью газов общим давлением 48 Торр при следующем соотношении компонентов, об,%: 10.6 СO₂:63.8 Не:4.3 Хе:21.3 СО.7. An experimental sample of a slit laser (figure 2). With the size of the discharge channel 2.5 × 40.0 mm ^{2, the} working volume of the laser is filled with a gas mixture with a total pressure of 48 Torr with the following ratio of components, vol%: 10.6 CO ₂ : 63.8 He: 4.3 Xe: 21.3 CO.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.Therefore, the claimed invention meets the requirement of "industrial applicability" under applicable law.

Claims

A CO ₂ laser with transverse excitation, containing electrodes forming a discharge structure, the working surface of at least one of which is coated with gold, and a filling comprising at least carbon dioxide CO ₂ and helium He, characterized in that in the filling additionally introduced carbon monoxide WITH in the following ratio of components, vol.%

With 4 ÷ 30 CO ₂ 4 ÷ 20 Not 50 ÷ 92