RU2557328C2 - Multielement radiator based on metal vapours and compounds thereof - Google Patents
Multielement radiator based on metal vapours and compounds thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2557328C2 RU2557328C2 RU2013134075/28A RU2013134075A RU2557328C2 RU 2557328 C2 RU2557328 C2 RU 2557328C2 RU 2013134075/28 A RU2013134075/28 A RU 2013134075/28A RU 2013134075 A RU2013134075 A RU 2013134075A RU 2557328 C2 RU2557328 C2 RU 2557328C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas discharge
- discharge tube
- compounds
- discharge tubes
- electrodes
- Prior art date
Links
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к устройствам для генерирования стимулированного излучения в оптическом диапазоне спектра и может быть использовано для создания лазерных излучателей на парах металлов и их соединений, генерирующих пучок узконаправленного излучения, содержащий длины волн генерации в широком спектральном диапазоне с возможностью независимого регулирования параметров излучения на каждой длине волны.The present invention relates to devices for generating stimulated radiation in the optical range of the spectrum and can be used to create laser emitters based on metal vapors and their compounds, generating a beam of narrowly directed radiation containing wavelengths of generation in a wide spectral range with the possibility of independent regulation of radiation parameters at each length the waves.
Известны мультиэлементные лазерные излучатели на парах металлов, генерирующие в оптическом диапазоне, включающем УФ, видимую и ИК-области спектра и работающие на самоограниченных переходах атомов и ионов в парах металлов (см. Солдатов А. Н., Соломонов В. И. Газоразрядные лазеры на самоограниченных переходах в парах металлов (монография) // Новосибирск: Наука, 1985. - С. 85-91).Known multi-element laser emitters on metal vapors, generating in the optical range, including UV, visible and IR spectral regions and operating on self-limited transitions of atoms and ions in metal vapors (see Soldatov A.N., Solomonov V.I. Gas-discharge lasers on self-limited transitions in metal vapors (monograph) // Novosibirsk: Nauka, 1985. - P. 85-91).
Известная конструкция мультиэлементного лазерного излучателя на парах металлов с продольно-разнесенными средами позволяет получить эффективную генерацию одновременно на нескольких элементах, а именно в смеси паров Cu+Au, Ва+Mn, Ва+Pb, Cu+Ва+Pb. Данный лазерный излучатель содержит газоразрядную трубку (ГРТ), стенки которой окружены теплоизолирующим слоем, а в полости ГРТ установлены два электрода, причем каждый из этих электродов расположен вблизи одного из торцевых концов газоразрядной трубки, закрытых оптическими окнами, причем последние с целью предотвращения развития паразитной генерации наклонены друг к другу на некоторый угол. При этом сама указанная полость трубки заполнена буферным газом и в этой же полости трубки расположены продольно-разнесенные навески разных металлов, образующие соответствующие продольно-разнесенные активные среды, являющиеся оптически взаимно-прозрачными, а сама трубка помещена в оптический плоскопараллельный резонатор, образованный выходным частично отражающим зеркалом и задним высокоотражающим зеркалом, и расположена таким образом, чтобы оптическая ось этой газоразрядной трубки проходила через геометрические центры этих зеркал, а сами эти зеркала были при этом оптически связаны между собой. Кроме того, в этом лазере установлен импульсный блок питания, высоковольтный выход которого электрически связан с указанными электродами ГРТ.The well-known design of a multi-element laser emitter based on metal vapors with longitudinally spaced media makes it possible to obtain efficient generation simultaneously on several elements, namely, in a mixture of Cu + Au, Ва + Mn, Ва + Pb, Cu + Ва + Pb vapors. This laser emitter contains a gas discharge tube (GDT), the walls of which are surrounded by a heat insulating layer, and two electrodes are installed in the cavity of the GDT, each of these electrodes being located near one of the end ends of the gas discharge tube covered by optical windows, the latter to prevent the development of spurious generation tilted to each other at a certain angle. In this case, the indicated cavity of the tube is filled with buffer gas and longitudinally spaced samples of different metals are located in the same cavity of the tube, forming the corresponding longitudinally spaced active media, which are optically mutually transparent, and the tube itself is placed in an optical plane-parallel resonator formed by the partially reflecting output a mirror and a rear highly reflective mirror, and is located so that the optical axis of this discharge tube passes through the geometric centers of these mirrors , And these mirrors were thus optically connected to each other. In addition, a pulsed power supply unit is installed in this laser, the high-voltage output of which is electrically connected with the indicated electrodes of the GDT.
Недостатком известного мультиэлементного лазерного излучателя является невозможность оперативного регулирования параметров генерации на разных длинах волн и достижения оптимальных условий возбуждения на разных средах независимо друг от друга.A disadvantage of the known multi-element laser emitter is the impossibility of operational control of the generation parameters at different wavelengths and to achieve optimal excitation conditions on different media independently of each other.
Ближайшим из известных устройств является двухэлементный лазер, генерирующий на 10 дискретных линиях в диапазоне от 0,51 до 6,45 мкм (Фотоника №5/35/2012. С. 30-33). Данный лазерный излучатель содержит газоразрядную трубку, стенки которой окружены теплоизолирующим слоем, а в полости ГРТ установлены два электрода, причем каждый из этих электродов расположен вблизи одного из торцевых концов газоразрядной трубки, закрытых оптическими окнами, наклоненными друг к другу на некоторый угол. При этом сама указанная полость трубки заполнена буферным газом и в этой же полости трубки расположены две продольно-разнесенные температурные зоны с размещенными в них активными средами на парах стронция и бромида меди, которые являются оптически взаимно прозрачными, а сама трубка помещена в плоскопараллельный резонатор, образованный выходным частично отражающим зеркалом и задним (глухим) высокоотражающим зеркалом. Выходное зеркало и окна ГРТ выполнены из флюорита кальция (CaF2), материала, спектрально прозрачного во всем диапазоне генерации (от 0,51 до 6,45 мкм). ГРТ своими электродами электрически связана с выходом высоковольтного импульсного источника питания (прототип).The closest known device is a two-element laser that generates on 10 discrete lines in the range from 0.51 to 6.45 μm (Photonics No. 5/35/2012. P. 30-33). This laser emitter contains a gas discharge tube, the walls of which are surrounded by a heat insulating layer, and two electrodes are installed in the GDT cavity, each of these electrodes being located near one of the end ends of the gas discharge tube, which are closed by optical windows that are inclined to each other at a certain angle. In this case, the indicated cavity of the tube is filled with buffer gas and in the same cavity of the tube are two longitudinally spaced temperature zones with active media placed on them in pairs of strontium and copper bromide, which are optically mutually transparent, and the tube itself is placed in a plane-parallel resonator formed output partially reflecting mirror and rear (deaf) highly reflective mirror. The exit mirror and the GDT windows are made of calcium fluorite (CaF 2 ), a material spectrally transparent in the entire generation range (from 0.51 to 6.45 μm). GDT with its electrodes is electrically connected to the output of a high-voltage switching power supply (prototype).
В известном устройстве накачка активных сред на парах стронция и бромида меди производится при возбуждении в ГРТ продольного высоковольтного импульсного разряда и осуществляется одновременная генерация на самоограниченных переходах атомов меди и стронция. Состав и давление буферной смеси, а также разрядные условия подбираются, исходя из определенного критерия, например, из требования получения максимальной суммарной средней мощности на всех генерационных компонентах или заданного соотношения интенсивности для выбранных длин волн генерации.In the known device, active media are pumped on strontium and copper bromide vapors when a longitudinal high-voltage pulsed discharge is excited in a GDT and simultaneously generated on self-limited transitions of copper and strontium atoms. The composition and pressure of the buffer mixture, as well as the discharge conditions, are selected based on a specific criterion, for example, from the requirement to obtain the maximum total average power for all lasing components or a given intensity ratio for the selected generation wavelengths.
Недостатком данной конструкции также является сложность оперативного регулирования параметров генерации и невозможность достижения оптимальных условий возбуждения на разных средах (в парах Sr и CuBr) независимо друг от друга.The disadvantage of this design is also the complexity of the operational control of the generation parameters and the inability to achieve optimal excitation conditions on different media (in Sr and CuBr pairs) independently of each other.
Задачей изобретения является существенное расширение набора активных сред (паров металлов и их соединений) и тем самым существенное увеличение числа и диапазона длин волн генерации. Это достигается за счет внесения в оптический резонатор других активных сред (паров металлов и их соединений), существенно различающихся как по условиям возбуждения, так и по рабочей температуре и параметрам буферной смеси; а также значительное улучшение управляемости энергетическими параметрами многоволновой генерации выходного излучения.The objective of the invention is a significant expansion of the set of active media (metal vapors and their compounds) and thereby a substantial increase in the number and range of wavelengths of generation. This is achieved by introducing other active media (metal vapors and their compounds) into the optical resonator, which significantly differ both in the excitation conditions and in the operating temperature and parameters of the buffer mixture; as well as a significant improvement in the controllability of the energy parameters of multiwave generation of output radiation.
Поставленная задача решается тем, что, как и прототип, данный мультиэлементный лазерный излучатель на парах металлов и их соединений содержит газоразрядную трубку (ГРТ), стенки которой окружены теплоизолирующим слоем, а полость заполнена буферным газом, например смесью Не и Ne, с установленными двумя электродами, каждый из которых расположен вблизи одного из торцевых концов газоразрядной трубки, закрытых оптическими окнами, наклоненными друг к другу на некоторый угол, упомянутая трубка помещена в оптический резонатор, образованный частично отражающим выходным зеркалом и высокоотражающим задним зеркалом, при этом выходное зеркало и окна ГРТ выполнены из материала, оптически прозрачного во всем диапазоне генерируемых длин волн, а электроды трубки электрически связаны с выходом импульсного высоковольтного источника питания.The problem is solved in that, like the prototype, this multi-element laser emitter based on metal vapors and their compounds contains a gas discharge tube (GDT), the walls of which are surrounded by an insulating layer, and the cavity is filled with a buffer gas, for example, a mixture of He and Ne, with two electrodes installed , each of which is located near one of the end ends of the gas discharge tube, closed by optical windows, inclined to each other at a certain angle, said tube is placed in an optical resonator formed by parts but reflecting output mirror and highly reflecting rear mirror, the output mirror and GDT windows are made from a material optically transparent in the entire range of wavelengths generated, while the tube electrodes are electrically connected with output pulsed high voltage power supply.
В отличие от известного, в настоящем мультиэлементном лазерном излучателе на парах металлов в оптическом резонаторе соосно с первой газоразрядной трубкой установлена вторая газоразрядная трубка таким образом, что упомянутые зеркала оптического резонатора оптически связаны друг с другом через объемы обеих газоразрядных трубок, в каждой из упомянутых газоразрядных трубок содержится своя активная среда на парах металлов или их соединений, при этом активные среды газоразрядных трубок и материалы окон газоразрядных трубок и выходного зеркала взаимно прозрачны для генерируемых длин волн, а электроды каждой газоразрядной трубки электрически связаны с выходом своего импульсного высоковольтного источника питания.In contrast to the known one, in the present multi-element laser emitter of metal vapors in the optical resonator, a second gas discharge tube is arranged coaxially with the first gas discharge tube so that the said mirrors of the optical resonator are optically connected to each other through the volumes of both gas discharge tubes, in each of the aforementioned gas discharge tubes contains its own active medium on metal vapors or their compounds, while the active medium of the discharge tubes and the materials of the windows of the discharge tubes and the outlet The glass is mutually transparent for the generated wavelengths, and the electrodes of each gas discharge tube are electrically connected to the output of their pulsed high-voltage power source.
Кроме того, в оптическом резонаторе могут быть размещены соосно несколько (n>2) конструктивно подобных газоразрядных трубок, каждая из которых заполнена буферной смесью, пригодной для содержащейся в газоразрядной трубке активной среды.In addition, several (n> 2) structurally similar gas-discharge tubes, each of which is filled with a buffer mixture suitable for the active medium contained in the gas-discharge tube, can be placed coaxially in the optical cavity.
Размещение каждой активной среды в отдельной ГРТ, возбуждаемой своим источником питания, дает возможность проводить раздельное (независимое) регулирование параметрами газоразрядных условий и, соответственно, оперативно изменять параметры генерации. Это позволяет использовать активные среды, существенно отличающиеся как по физико-химическим свойствам, так и по газоразрядным условиям и параметрам возбуждения, что значительно расширяет перечень металлов и их соединений, перспективных в качестве возможных (потенциальных) кандидатов на роль парциальных активных сред при воплощении технического решения.Placing each active medium in a separate GDT excited by its own power source makes it possible to carry out separate (independent) control by parameters of gas-discharge conditions and, accordingly, to promptly change the generation parameters. This allows the use of active media that differ significantly in both physicochemical properties and gas discharge conditions and excitation parameters, which significantly expands the list of metals and their compounds, promising as potential (potential) candidates for the role of partial active media in the implementation of the technical solution .
На чертеже представлена блок-схема мультиэлементного излучателя на парах металлов и их соединений.The drawing shows a block diagram of a multi-element emitter based on metal vapors and their compounds.
Излучатель содержит:The emitter contains:
- газоразрядную трубку 1, например, с парами стронция внутри нее и с электродами 2 на ее концах, закрытых окнами 3;- gas discharge tube 1, for example, with strontium vapor inside it and with electrodes 2 at its ends, closed by windows 3;
- газоразрядную трубку 4, например, с парами бромида меди внутри нее и с электродами 5 на ее концах, закрытых окнами 6;- gas discharge tube 4, for example, with copper bromide vapor inside it and with electrodes 5 at its ends, closed by windows 6;
- частично отражающее выходное зеркало 7 и высокоотражающее заднее зеркало 8, причем зеркала 7 и 8 расположены с противоположных сторон газоразрядных трубок 1 и 4 и таким образом, чтобы они составляли плоскопараллельный оптический резонатор излучателя;- partially reflecting the output mirror 7 and a highly reflective rear mirror 8, the mirrors 7 and 8 being located on opposite sides of the gas discharge tubes 1 and 4 and so that they constitute a plane-parallel optical resonator of the emitter;
- импульсные высоковольтные источники питания 9 и 10, выходы которых подсоединены к электродам 2 газоразрядной трубки 1 и к электродам 5 газоразрядной трубки 4 соответственно.- pulsed high-voltage power supplies 9 and 10, the outputs of which are connected to the electrodes 2 of the gas discharge tube 1 and to the electrodes 5 of the gas discharge tube 4, respectively.
Внутри плоскопараллельного оптического резонатора, образованного выходным 7 и задним 8 зеркалами, помещены соосно друг с другом две газоразрядные трубки 1 и 4 с различными активными средами на парах стронция и бромида меди соответственно. При этом выходное частично отражающее зеркало 7 и окна 3 и 6 выполнены из материала оптически прозрачного во всем диапазоне генерации для выбранных активных сред (от 0,51 до 6,45 мкм), например CaF2.Inside the plane-parallel optical resonator formed by the output 7 and rear 8 mirrors, two gas discharge tubes 1 and 4 with different active media on strontium and copper bromide vapors, respectively, are placed coaxially with each other. The output partially reflecting mirror 7 and the windows 3 and 6 are made of optically transparent material in the entire generation range for the selected active media (from 0.51 to 6.45 μm), for example CaF 2 .
Данный мультиэлементный излучатель на парах металлов работает следующим образом. При подаче импульсов высокого напряжения с выходов импульсных высоковольтных источников питания 9 и 10 на электроды 2 и 5 газоразрядных трубок 1 и 4 соответственно, в последних реализуется импульсно-периодический разряд, с помощью которого осуществляется разогрев центрального канала и размещенной в нем активной среды в виде навесок Sr и CuBr соответственно. В процессе разогрева повышается давление рабочих паров и достигается требуемая концентрация нормальных атомов и ионов металла, на переходах которых и реализуется импульсная генерация на 10 длинах волн.This multi-element emitter on metal vapor works as follows. When high voltage pulses are supplied from the outputs of pulsed high-voltage power supplies 9 and 10 to the electrodes 2 and 5 of gas-discharge tubes 1 and 4, respectively, the latter implements a pulse-periodic discharge, with the help of which the central channel and the active medium placed in it are hung in the form of Sr and CuBr, respectively. During the heating process, the working vapor pressure rises and the required concentration of normal metal atoms and ions is reached, at the transitions of which pulsed generation at 10 wavelengths is realized.
Размещение каждой из активных сред в отдельной газоразрядной трубке, имеющей отдельный автономный источник питания, позволяет проводить независимую и оперативную оптимизацию по давлению и составу буферной смеси, рабочей температуре в активной зоне и электрическим параметрам возбуждения и, тем самым, эффективно регулировать параметры генерации в выходном наборе длин волн, в частности по составу и относительному распределению по мощности отдельных генерационных компонент.Placing each of the active media in a separate gas discharge tube having a separate autonomous power source allows independent and operational optimization of the pressure and composition of the buffer mixture, the operating temperature in the core and the electrical excitation parameters, and thereby effectively control the generation parameters in the output set wavelengths, in particular in terms of composition and relative power distribution of individual generation components.
Как указано выше, заявленная конструкция позволяет использовать несколько газоразрядных трубок, каждая из которых своими электродами соединена с электрическим выходом своего импульсного высоковольтного источника питания, что позволяет оперативно регулировать параметры генерации для каждой активной среды независимо от других активных сред. В качестве активных сред могут быть выбраны пары металлов (Cu, Au, Ag, Pb, Ва, Са, Mg и т.п.), пары галогенидов металлов (CuBr, CuCl и т.п.) и пары других химических элементов.As indicated above, the claimed design allows the use of several gas discharge tubes, each of which is connected with its electrodes to the electrical output of its high-voltage switching power supply, which allows you to quickly adjust the generation parameters for each active medium independently of other active media. As active media, pairs of metals (Cu, Au, Ag, Pb, Ba, Ca, Mg, etc.), pairs of metal halides (CuBr, CuCl, etc.) and pairs of other chemical elements can be selected.
Заявленное устройство, очевидно, допускает ряд конкретных воплощений. В частности, оптический резонатор может быть выполнен в виде телескопического неустойчивого резонатора. Упомянутые импульсные высоковольтные источники питания через многоканальную регулируемую линию задержки электрически могут быть связаны с единым задающим генератором. Со стороны выходного зеркала мультиэлементный излучатель может быть оборудован спектральным прибором, позволяющим выделить конкретную длину волны из всего набора генерируемых длин волн.The claimed device, obviously, allows a number of specific embodiments. In particular, the optical resonator can be made in the form of a telescopic unstable resonator. Mentioned pulsed high-voltage power sources through a multi-channel adjustable delay line can be electrically connected to a single master oscillator. From the side of the output mirror, the multi-element emitter can be equipped with a spectral device that allows you to select a specific wavelength from the entire set of generated wavelengths.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013134075/28A RU2557328C2 (en) | 2013-07-19 | 2013-07-19 | Multielement radiator based on metal vapours and compounds thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013134075/28A RU2557328C2 (en) | 2013-07-19 | 2013-07-19 | Multielement radiator based on metal vapours and compounds thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013134075A RU2013134075A (en) | 2015-01-27 |
| RU2557328C2 true RU2557328C2 (en) | 2015-07-20 |
Family
ID=53281161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013134075/28A RU2557328C2 (en) | 2013-07-19 | 2013-07-19 | Multielement radiator based on metal vapours and compounds thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2557328C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0220081A (en) * | 1988-07-08 | 1990-01-23 | Photo Composing Mach Mfg Co Ltd | White color laser apparatus |
| JPH05291704A (en) * | 1992-04-08 | 1993-11-05 | Toshiba Corp | Metal vapor laser system |
| UA78871C2 (en) * | 2005-04-29 | 2007-04-25 | Usykov Radiophisics And Electr | Two-friquency ring laser |
-
2013
- 2013-07-19 RU RU2013134075/28A patent/RU2557328C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0220081A (en) * | 1988-07-08 | 1990-01-23 | Photo Composing Mach Mfg Co Ltd | White color laser apparatus |
| JPH05291704A (en) * | 1992-04-08 | 1993-11-05 | Toshiba Corp | Metal vapor laser system |
| UA78871C2 (en) * | 2005-04-29 | 2007-04-25 | Usykov Radiophisics And Electr | Two-friquency ring laser |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Н.А.Лябин "БЕЗРЕЗОНАТОРНЫЙ ЛАЗЕР НА ПАРАХ МЕДИ С ВЫСОКИМ КАЧЕСТВОМ ИЗЛУЧЕНИЯ", Квантовая электроника, том 16, N 4, 1989 г. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2013134075A (en) | 2015-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7435982B2 (en) | Laser-driven light source | |
| KR102207769B1 (en) | High power broadband light source | |
| Berlien et al. | Applied laser medicine | |
| JP2021141073A (en) | Electrodeless single CW laser driven xenon lamp | |
| JP6727371B2 (en) | Open plasma lamp for forming light-sustained plasma | |
| RU2571433C1 (en) | Method of generating broadband high-brightness optical radiation | |
| JPH04229671A (en) | High-output beam generator | |
| JP2017517139A (en) | System and method for transverse pumping of laser sustained plasma | |
| US10186416B2 (en) | Apparatus and a method for operating a variable pressure sealed beam lamp | |
| RU2013118110A (en) | EXCIMER LIGHT SOURCE | |
| RU2557328C2 (en) | Multielement radiator based on metal vapours and compounds thereof | |
| US10964523B1 (en) | Laser-pumped plasma light source and method for light generation | |
| US8506342B2 (en) | High brightness excimer lamp | |
| RU2680143C2 (en) | Method of generating broadband high-brightness optical radiation | |
| Uno et al. | Longitudinally excited short-pulse CO2 laser with large discharge tube without preionization | |
| Plant et al. | New optically pumped far-infrared lasers | |
| JP2007088384A (en) | Vacuum ultraviolet laser beam source and method for generating vacuum ultraviolet laser | |
| Denes et al. | Electrode‐and preionizer‐geometry effects on TEA laser discharge formation | |
| US20080130700A1 (en) | Apparatus for generating laser radiation | |
| Shuaibov et al. | An electric discharge emitter operating simultaneously in the 308 [XeCl (BX)], 258 [Cl 2 (D′-A′)], 236 [XeCl (DX)], 222 [KrCl (BX)], 175 [ArCl (BX)], and 160 [H 2 (BX)] nm bands | |
| Temelkov et al. | Strontium bromide vapor laser excited by a nanosecond pulsed longitudinal discharge | |
| Malinina et al. | Optical characteristics and plasma parameters of the gas-discharge radiator based on a mixture of cadmium diiodide vapor and helium | |
| WO2018081220A1 (en) | Apparatus and a method for operating a variable pressure sealed beam lamp | |
| Malinina et al. | Optical characteristics of a gas discharge radiator of orange-red spectral range | |
| Lutz et al. | Optimization of the excitation characteristics of a flashlamp-pumped titanium sapphire laser |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190720 |