RU2249282C1 - Эксимерный лазер - Google Patents
Эксимерный лазер Download PDFInfo
- Publication number
- RU2249282C1 RU2249282C1 RU2003121356/28A RU2003121356A RU2249282C1 RU 2249282 C1 RU2249282 C1 RU 2249282C1 RU 2003121356/28 A RU2003121356/28 A RU 2003121356/28A RU 2003121356 A RU2003121356 A RU 2003121356A RU 2249282 C1 RU2249282 C1 RU 2249282C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- electrode system
- discharge
- thyratron
- excimer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в медицине при лечении внутриполостных инфекций, в микроэлектронике, лазерной химии и в технологических процессах, требующих мощные УФ-излучения. Эксимерный лазер содержит электродную систему, импульсную схему питания с накопительной емкостью и коммутатор в виде тиратрона. Электродная система содержит диэлектрическую пластину, на которой размещены электроды, при этом тиратрон последовательно подключен к накопительной емкости и электродной системе. Электродная система выполнена с возможностью обеспечения накачки эксимерной газовой среды скользящим по поверхности диэлектрической пластины разрядом. Изобретение обеспечивает увеличение частоты следования импульсов и снижение расхода газовой среды. 2 ил.
Description
Настоящее изобретение относится к лазерам и может быть использовано, преимущественно, для лечения внутриполостных инфекций, в частности абсцессов, таких как кавернозный туберкулез. Изобретение также может быть использовано в микроэлектронике, лазерной химии, а также в других технологических процессах, где требуется воздействие мощного УФ-излучения.
В патенте России №2064801, опубликованном 10 августа 1996 г., описано устройство для лечения деструктивных форм туберкулеза легких. На внутреннюю поверхность каверны воздействуют расфокусированным импульсным ультрафиолетовым излучением. В качестве источника указанного излучения используют азотный лазер с длиной волны 337 нм с накачкой скользящим по поверхности диэлектрика разрядом. Электродная система азотного лазера содержит диэлектрическую пластину с размещенными на ней электродами. На поверхности пластины образуется слой плазмы скользящего разряда, которая служит источником накачки лазера. За счет того, что плазма скользящего разряда представляет собой плазменный лист толщиной 1 мм, происходит быстрое охлаждение газа в зоне разряда в промежутках между импульсами, что позволяет увеличить частоту следования импульсов генерации азотного лазера до 350 Гц без прокачки газа вместо 10 Гц в лазере с накачкой по классической схеме поперечного объемного разряда.
При лечении деструктивных форм туберкулеза по методике согласно патенту №2064801 получены положительные результаты, в частности сроки лечения сокращаются как минимум вдвое.
Однако, как показали дальнейшие исследования, излучение с длиной волны 337 нм не является оптимальным, так как пик гибели микобактерий расположен в диапазоне длин волн 220-290 нм с максимумом в районе 250 нм. Несовпадение длины волны излучения со спектральным пиком бактерицидности является существенным недостатком азотного лазера.
Подходящим источником импульсного ультрафиолетового излучения в этом диапазоне является твердотельный лазер на YAG-Nd с преобразованием частоты излучения в четвертую гармонику 266 нм и эксимерный лазер на KrF с длиной волны излучения 248 нм.
В патенте РФ 2141859, выданном в 1998 г., описано применение ультрафиолетового излучения, генерируемого твердотельным лазером на YAG-Nd с преобразованием излучения на длине волны 1,06 мкм в четвертую гармонику. Применение твердотельного лазера с диодной накачкой позволило получить генерацию необходимого излучения со средней мощностью 5 мВт с частотой следования импульсов генерации до 5000 Гц по сравнению с предельно достижимой частотой следования импульсов генерации 100 Гц в случае ламповой накачки. Это позволило использовать кварцевое волокно диаметром 0,6 мм для транспортировки лазерного излучения с длиной волны 266 нм от лазера к пораженной инфекцией полости, так как импульсная мощность не превышала 100 Вт при длительности импульса генерации 10 нс.
К настоящему времени твердотельные лазерные медицинские установки для лечения деструктивных форм туберкулеза легких не получили должного распространения по причине высокой стоимости лазерных диодов и кристаллов для преобразования частоты генерации в четвертую гармонику. Кроме того, преобразование основной частоты лазера в четвертую гармонику требует особо тонкой юстировки оптической системы лазера, что усложняет механическую конструкцию лазерной установки.
Относительно простым и надежным источником излучения в требуемом диапазоне частот является эксимерный лазер на KrF с длиной волны излучения 248 нм. Требуемая для медицинских целей средняя мощность излучения в несколько десятков мВт может быть получена в простых и относительно малогабаритных системах с достаточным для применения в медицине ресурсом. Лазерные медицинские установки на эксимерном лазере на KrF нашли также широкое применение в офтальмологии при лазерной коррекции зрения.
Но классическая схема накачки эксимерного лазера с поперечным разрядом не позволяет получать генерацию с частотой следования импульсов генерации выше 100-300 Гц без прокачки газовой смеси через объем резонатора лазера. Это приводит при требуемых средних мощностях излучения и длительности лазерного импульса ~ 10 нс к пиковой мощности излучения до 10 кВт, что на длине волны 248 нм приводит к быстрому разрушению светопроводящего волокна, используемого для транспортировки излучения.
Известен эксимерный лазер, описанный в работе Tutsumi Goto at all (Rev.Sci. Instrum, 66 (11), November 1995), содержащий 2-х электродную систему с предварительной ионизацией газа в рабочем объеме между электродами и импульсную схему питания с коммутатором, например тиратроном, подключенным параллельно к электродной системе. К электродам тиратрона подключена цепочка: накопительная емкость - резистор. Частоту генерации данного эксимерного лазера с поперечным разрядом для объемной накачки лазерной газовой среды повышают путем осуществления быстрой прокачки газовой активной среды через разрядный промежуток лазера. В частности, сообщается о получении мощной генерации в ХеСl эксимерном лазере с частотой следования импульсов генерации до 5 кГц. При этом скорость прокачки составляла 137 м/с.
Очевидно, что для применения в эксимерных лазерах, предназначенных для медицинских целей, такой способ повышения частоты следования импульсов генерации малопригоден, так как это приводит к увеличению габаритов установки и большому расходу газовой смеси.
В основу настоящего изобретения положена задача создания эксимерного лазера, обеспечивающего генерацию ультрафиолетового излучения в малом объеме с частотой следования импульсов 2000 Гц без прокачки газовой активной среды через объем лазера.
Поставленная задача решается тем, что в эксимерном лазере, содержащем электродную систему, импульсную схему питания с накопительной емкостью и коммутатор в виде тиратрона, согласно изобретению, электродная система содержит диэлектрическую пластину, на которой размещены электроды, при этом тиратрон последовательно подключен к накопительной емкости и электродной системе.
В эксимерном лазере, согласно изобретению, электродная система для организации объемной накачки лазерной газовой среды с поперечным объемным электрическим разрядом заменена на электродную систему, обеспечивающую накачку скользящим по поверхности диэлектрика разрядом. Это позволяет в малом объеме получить генерацию с частотой следования импульсов генерации 2000 Гц.
В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:
фиг.1 изображает электродную систему скользящего разряда;
фиг.2 - принципиальную электрическую схему эксимерного лазера.
Электродная система эксимерного лазера содержит протяженные электроды 1, 2 (фиг.1), размещенные на диэлектрической пластине 3 с образованием между ними рабочего объема с лазерной газовой средой. Один из электродов, например электрод 1, является высоковольтным, а другой электрод 2 заземлен. Диэлектрическая пластина 3 выполнена из лейкосапфира.
Схема накачки лазера содержит электродную систему с последовательно подключенными к ней коммутатором в виде тиратрона 4 (фиг.2) и накопительной емкостью Сн.
При подаче напряжения на накопительную емкость Сн происходит ее зарядка до напряжения источника питания. При срабатывании коммутатора - тиратрона 4 напряжение прикладывается на электроды 1, 2 и на поверхности диэлектрической пластины 3 образуется слой плазмы скользящего разряда толщиной 1-1,5 мм, которая является активной средой лазера. Обострительная емкость Соб может быть образована конструктивно электродами скользящего разряда, расположенными по обе стороны диэлектрика, либо путем расположения малоиндуктивных конденсаторов в разрядной камере непосредственно на разрядном промежутке, что обеспечивает минимальную индуктивность разрядного контура. Использование тиратрона 4 в качестве коммутатора позволяет резко повысить частоту следования импульсов генерации и перейти в кГц-вый диапазон.
При отсутствии зарядного сопротивления происходит укорочение переднего фронта напряжения на электродах скользящего разряда, что является достаточным условием получения генерации на эксимерной смеси. Длительность фронта импульса напряжения составляет ~ 25-30 нс.
Отличие требований накачки эксимерных лазеров от требований для накачки азотных заключается в том, что для обеспечения условий образования инверсной заселенности в эксимерном лазере требуется более высокий уровень вкладываемой в разряд мощности, т.е. сокращение времени вклада энергии в разряд. Это осуществляют путем организации малоиндуктивного разрядного контура, т.е. использованием малоиндуктивных накопителей энергии, соединением элементов схемы шинами, максимально возможным приближением элементов разрядного контура к газоразрядному промежутку.
Обеспечение большой частоты следования импульсов генерации достигается за счет образования тонкого слоя плазмы (толщина 1-1,5 мм) скользящего разряда, которая служит источником накачки лазера. Плазма скользящего разряда зажигается по поверхности сапфировой пластины, которая лежит на массивном металлическом электроде 2, который, как правило, является заземленным. Это создает оптимальные условия для теплоотвода от слоя плазмы и позволяет повышать частоту следования импульсов накачки и генерации.
Применение скользящего по поверхности диэлектрика разряда для накачки эксимерного лазера позволило впервые получить генерацию в KrF лазера на длине волны 248 нм с частотой следования импульсов генерации 2000 Гц без прокачки газовой смеси. При этой частоте и средней мощности излучения 20 мВт пиковая мощность импульсов генерации длительностью 10 нс составляет не более 1,0 кВт, что позволяет транспортировать энергию жесткого ультрафиолетового излучения от лазера в облучаемую полость по кварцевому световолокну диаметром 0,6 мм без его разрушения.
Claims (1)
- Эксимерный лазер, содержащий электродную систему, импульсную схему питания с накопительной емкостью и коммутатор в виде тиратрона, отличающийся тем, что электродная система содержит диэлектрическую пластину, на которой размещены электроды, при этом тиратрон последовательно подключен к накопительной емкости и электродной системе, а электродная система выполнена с возможностью обеспечения накачки эксимерной газовой среды скользящим по поверхности диэлектрической пластины разрядом.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003121356/28A RU2249282C1 (ru) | 2003-07-15 | 2003-07-15 | Эксимерный лазер |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003121356/28A RU2249282C1 (ru) | 2003-07-15 | 2003-07-15 | Эксимерный лазер |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003121356A RU2003121356A (ru) | 2005-01-27 |
RU2249282C1 true RU2249282C1 (ru) | 2005-03-27 |
Family
ID=35138387
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003121356/28A RU2249282C1 (ru) | 2003-07-15 | 2003-07-15 | Эксимерный лазер |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2249282C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2733786C1 (ru) * | 2019-11-29 | 2020-10-06 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Устройство для возбуждения разряда в импульсно-периодическом газовом лазере |
-
2003
- 2003-07-15 RU RU2003121356/28A patent/RU2249282C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2733786C1 (ru) * | 2019-11-29 | 2020-10-06 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва" | Устройство для возбуждения разряда в импульсно-периодическом газовом лазере |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003121356A (ru) | 2005-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
IL132746A (en) | Mid-infrared laser source for surgery and method for performing a laser procedure | |
US6541924B1 (en) | Methods and systems for providing emission of incoherent radiation and uses therefor | |
RU2249282C1 (ru) | Эксимерный лазер | |
KR20010030403A (ko) | 자외선을 방출하는 가스 레이저장치 | |
Moshkunov et al. | Elongation of the pulse duration of ArF laser with a solid-state pump generator | |
Vartapetov et al. | Electric-discharge VUV laser pumped by a solid-state generator | |
Kumar et al. | Development of a 1 J short pulse tunable TEA CO2 laser with high energy stability | |
CN106299991A (zh) | 激光器和激光治疗仪 | |
CN205429414U (zh) | 激光器和激光治疗仪 | |
JP3880285B2 (ja) | ガス放電レーザに関する長パルスパルスパワーシステム | |
Ivanov et al. | Superradiance by molecular nitrogen ions in filaments | |
USH66H (en) | Pulsed plasma generation of extreme ultraviolet radiation | |
WO2014017951A1 (ru) | Газоразрядный лазер, лазерная система и способ генерации излучения | |
RU2321119C2 (ru) | Эксимерный лазер и способ получения генерации в нем | |
WO2012062622A1 (en) | Plasma shutter | |
Cirkel et al. | Excimer lasers with large discharge cross section | |
Guo-Fu et al. | Pulse operation of chemical oxygen-iodine laser by pulsed gas discharge with the assistance of spark pre-ionization | |
Bojara et al. | Simple, highly stable nitrogen laser with preionization | |
Verkhovskiĭ et al. | Stimulated emission from ArF*, KrCl*, KrF*, XeCl*, and XeF* molecules excited by a fast discharge | |
Atezhev et al. | Nitrogen laser with a pulse repetition rate of 11 kHz and a beam divergence of 0.5 mrad | |
US8792522B2 (en) | Method and apparatus for synchronized starting of soft x-ray lasers | |
Malinina et al. | Optical characteristics and plasma parameters of the gas-discharge radiator based on a mixture of cadmium diiodide vapor and helium | |
Basting et al. | Historical review of excimer laser development | |
Panchenko et al. | Efficient'Foton'electric-discharge KrCl laser | |
Razhev et al. | UV high-power inductive N 2 laser |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070716 |