RU2672180C1 - Generator of excitation pulses for lasers on self-bounded transitions of metals atoms - Google Patents

Generator of excitation pulses for lasers on self-bounded transitions of metals atoms Download PDF

Info

Publication number
RU2672180C1
RU2672180C1 RU2017143069A RU2017143069A RU2672180C1 RU 2672180 C1 RU2672180 C1 RU 2672180C1 RU 2017143069 A RU2017143069 A RU 2017143069A RU 2017143069 A RU2017143069 A RU 2017143069A RU 2672180 C1 RU2672180 C1 RU 2672180C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lasers
self
grid
common bus
generator
Prior art date
Application number
RU2017143069A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Станислав Николаевич Торгаев
Геннадий Сергеевич Евтушенко
Евгений Витальевич Ярославцев
Виталий Олегович Нехорошев
Илья Сергеевич Мусоров
Максим Викторович Тригуб
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук
Priority to RU2017143069A priority Critical patent/RU2672180C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2672180C1 publication Critical patent/RU2672180C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/0975—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser using inductive or capacitive excitation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: use for pumping repetitively pulsed lasers on self-limited transitions of metal atoms. Essence of the invention lies in the fact that the excitation pulse generator contains a charger connected by the first output to the storage capacitor, and second to the common bus of the device, a switch consisting of a power transistor and a modulator lamp connected by an AC control grid through the filter capacity of the grid to the common bus of the device, a discharge tube, an auxiliary power source that generates voltages for the grids and heat of the modulator lamp and a control system connected to the gate of the power transistor.EFFECT: providing the possibility of increasing the pulse repetition frequency of lasers, as well as the implementation of the partial discharge of storage capacity.1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано для накачки импульсно-периодических лазеров на самоограниченных переходах атомов металлов.The invention relates to the field of quantum electronics and can be used to pump pulse-periodic lasers on self-limited transitions of metal atoms.

Известен генератор высоковольтных импульсов наносекундной длительности (RU 2233538, МПК H03K 3/53, Н05Н 5/04, опубл. 27.07.2004), состоящий из модулятора с полным разрядом накопителя энергии, в качестве которого используется водородный тиратрон, и длинной обостряющей газоразрядной трубки, помещенной в металлический экран и образующей с экраном коаксиальную систему с волновым сопротивлением, равным сопротивлению нагрузки, при этом упомянутая трубка включена между накопителем энергии и нагрузкой.A known generator of high-voltage pulses of nanosecond duration (RU 2233538, IPC H03K 3/53, Н05Н 5/04, published July 27, 2004), consisting of a modulator with a full discharge of the energy storage device, which uses a hydrogen thyratron, and a long sharpening gas discharge tube, placed in a metal screen and forming with the screen a coaxial system with a wave impedance equal to the load resistance, wherein said tube is connected between the energy storage device and the load.

Недостатками известного генератора являются низкая частота следования импульсов, обусловленные характеристиками коммутатора (тиратрона).The disadvantages of the known generator are the low pulse repetition rate due to the characteristics of the switch (thyratron).

Известен генератор наносекундных импульсов для возбуждения лазеров на самоограниченных переходах атомов металлов (RU 2226022, МПК H01S 3/0975, опубл. 20.03.2004), выбранный в качестве прототипа, включающий зарядное устройство, тиратронный коммутатор, три последовательно соединенных накопительных конденсатора, первую, вторую и третью нелинейные индуктивности, газоразрядную трубку с параллельно подключенной индуктивностью, обостряющую емкость, общую шину устройства, анодный реактор, при этом вывод зарядного устройства соединен с первым выводом анодного реактора и первым выводом первой нелинейной индуктивности, второй вывод анодного реактора соединен с анодом тиратронного коммутатора непосредственно, второй вывод первой нелинейной индуктивности соединен с общей точкой соединения двух последовательно соединенных накопительных конденсаторов, вывод первого из которых соединен с общей шиной устройства, а вывод второго накопительного конденсатора через вторую нелинейную индуктивность соединен с выводом третьего накопительного конденсатора, который через третью нелинейную индуктивность соединен с выводом обостряющего конденсатора и электродом (катодом) газоразрядной трубки, второй электрод (анод) газоразрядной трубки через общую шину устройства соединен со вторым выводом обостряющего конденсатора, вторым выводом третьего накопительного конденсатора, катодом тиратронного коммутатора и вторым выводом зарядного устройства.Known generator of nanosecond pulses for the excitation of lasers on self-limited transitions of metal atoms (RU 2226022, IPC H01S 3/0975, publ. 20.03.2004), selected as a prototype, including a charger, thyratron switch, three series-connected storage capacitors, the first, second and a third nonlinear inductance, a gas discharge tube with a parallel connected inductance, sharpening the capacitance, a common bus of the device, an anode reactor, while the output of the charger is connected to the first output of the anode of the first reactor and the first terminal of the first nonlinear inductance, the second terminal of the anode reactor is directly connected to the anode of the thyratron switch, the second terminal of the first nonlinear inductance is connected to a common point of connection of two series-connected storage capacitors, the output of the first of which is connected to the device common bus, and the output of the second storage the capacitor through the second nonlinear inductance is connected to the output of the third storage capacitor, which through the third nonlinear inductance The voltage is connected to the output of the sharpening capacitor and the electrode (cathode) of the gas discharge tube, the second electrode (anode) of the gas discharge tube is connected to the second output of the sharpening capacitor, the second output of the third storage capacitor, the cathode of the thyratron switch, and the second output of the charger through a common bus of the device.

Недостатком известного генератора является низкая частота следования импульсов накачки и невозможность работы в режиме частичного разряда накопителя энергии, обусловленная характеристиками тиратронного коммутатора. При работе устройства в режиме полного разряда емкости невозможно снизить энерговклад в каждом импульсе накачки, что препятствует получению генерации в лазерах на самоограниченных парах металлов на высокой частоте следования импульсов.A disadvantage of the known generator is the low repetition rate of the pump pulses and the inability to work in the partial discharge mode of the energy storage device due to the characteristics of the thyratron switch. When the device is operating in the full capacity discharge mode, it is impossible to reduce the energy input in each pump pulse, which prevents the generation of lasers in self-limited metal vapor lasers at a high pulse repetition rate.

Задачей изобретения является увеличение частоты следования импульсов возбуждения для лазеров на самоограниченных переходах атомов металлов, а также осуществление режима частичного разряда накопительной емкости.The objective of the invention is to increase the repetition rate of excitation pulses for lasers on self-limited transitions of metal atoms, as well as the implementation of the partial discharge mode of the storage capacitance.

Поставленные задачи достигаются тем, что для построения выходного каскада генератора используется гибридный высоковольтный коммутатор, представляющий собой комбинацию электровакуумной лампы, включенной по схеме с общей сеткой, и полупроводникового ключа, включенного в катодный контур между катодом лампы и общим проводом.The tasks are achieved by the fact that to build the output stage of the generator, a hybrid high-voltage switch is used, which is a combination of an electric vacuum lamp connected according to the scheme with a common grid and a semiconductor switch connected to the cathode circuit between the lamp cathode and the common wire.

Быстродействие схемы ограничивается скоростью переключения полупроводникового ключа, до тех пор, пока время переключения не становится соизмеримо со временем пролета электронов в объемы лампы (доли или единицы наносекунд). Время разряда накопителя энергии определяется временем импульса управления полупроводниковым коммутатором.The performance of the circuit is limited by the switching speed of the semiconductor key, until the switching time becomes comparable with the time of flight of electrons into the lamp volumes (fractions or units of nanoseconds). The discharge time of the energy storage device is determined by the time of the control pulse of the semiconductor switch.

На фиг. 1 изображена структурная схема генератора импульсов возбуждения.In FIG. 1 shows a block diagram of an excitation pulse generator.

Генератор содержит модуляторную лампу 1 (МЛ), подключенную анодом к выводу газоразрядной трубки 2 (ГРТ). Второй контакт газоразрядной трубки 2 соединен с первым выводом накопительной емкости 3 (НЕ), подключенным к зарядному устройству 4 (ЗУ). Вторым выводом накопительная емкость подключена к общей шине устройства 5 (ОШУ). Катод модуляторной лампы 1 соединен со стоком силового транзистора 6 (СТ), соединенным истоком через общую шину устройства 5 со вторым выводом зарядного устройства 4. Блок системы управления 7 (СУ) подключен к затвору силового транзистора 6. Блок вспомогательного источника питания 8 (ВИП) формирует напряжения питания сеток и накала электровакуумной модуляторной лампы 1. Блок системы управления 7 и блок вспомогательного источника питания 8 подключены к общей шине устройства 5. Управляющая сетка модуляторной лампы 1 соединена с фильтрующей емкостью сетки 9 (ФЕС), подключенной вторым выводом к общей шине устройства 5.The generator contains a modulator lamp 1 (ML) connected by an anode to the output of the gas discharge tube 2 (GDT). The second contact of the gas discharge tube 2 is connected to the first output of the storage tank 3 (NOT) connected to the charging device 4 (charger). The second output of the storage capacitance is connected to the common bus of device 5 (OSHU). The cathode of the modulator lamp 1 is connected to the drain of the power transistor 6 (CT), connected by a source through a common bus of the device 5 to the second output of the charger 4. The control system unit 7 (SU) is connected to the gate of the power transistor 6. Unit of the auxiliary power supply 8 (VIP) generates supply voltages of grids and incandescent electric vacuum lamp 1. The control unit 7 and the auxiliary power supply unit 8 are connected to the device common bus 5. The control grid of the modulator lamp 1 is connected to the filter capacitor a grid 9 (PES) connected by the second terminal to the common bus of the device 5.

Устройство работает следующим образом. После подачи питания, с помощью вспомогательного источника питания 8 формируются напряжения сеток и накала модуляторной лампы 1, происходит заряд фильтрующей емкости сетки 9, накопительная емкости 3 заряжается от зарядного устройства 4, а также происходит заряд межэлектродных емкостей элементов, после чего ток в схеме не протекает. При подаче управляющего импульса системой управления 7 на затвор силового транзистора 6, полупроводниковый коммутатор открывается, разряжая емкость сетка-катод модуляторной лампы 1, происходит понижение потенциала катода, что эквивалентно повышению потенциала первой сетки, лампа открывается, газоразрядная трубка через открытый коммутатор подключается к общей шине устройства 5. До тех пор, пока силовой транзистор 6 в катодной цепи модуляторной лампы 1 открыт, через газоразрядную трубку 2 протекает ток. После снятия сигнала системы управления 7 силовой транзистор 6 запирается, потенциал катода модуляторной лампы 1 возрастает, модуляторная лампа 1 запирается и происходит обрыв тока в анодной цепи, формирование импульса напряжения на газоразрядной трубке 2 заканчивается.The device operates as follows. After power is supplied, the voltage of the grids and the filament of the modulator lamp 1 are formed using an auxiliary power supply 8, the filter capacity of the grid 9 is charged, the storage capacity 3 is charged from the charger 4, and the interelectrode capacitances of the elements are also charged, after which the current does not flow in the circuit . When a control pulse is applied by the control system 7 to the gate of the power transistor 6, the semiconductor switch opens, discharging the grid-cathode capacity of the modulator lamp 1, the cathode potential decreases, which is equivalent to increasing the potential of the first grid, the lamp opens, the gas discharge tube is connected to the common bus through an open switch devices 5. As long as the power transistor 6 in the cathode circuit of the modulator lamp 1 is open, current flows through the gas discharge tube 2. After removing the signal from the control system 7, the power transistor 6 is locked, the cathode potential of the modulator lamp 1 increases, the modulator lamp 1 is locked and a current break in the anode circuit occurs, the formation of a voltage pulse on the gas discharge tube 2 ends.

В общем случае при построении предлагаемого устройства возможно использование любой многоэлектродной модуляторной лампы: триод, тетрод и т.д., поскольку при условии корректного выбора напряжений смещения, обеспечивающих правильное распределение потенциала в структуре многоэлектродного электровакуумного прибора, практически не изменяются как общий принцип действия схемы, так и роль дополнительных сеток лампы.In the general case, when constructing the proposed device, it is possible to use any multi-electrode modulator lamp: triode, tetrode, etc., since with the correct choice of bias voltages that ensure the correct potential distribution in the structure of the multi-electrode electro-vacuum device, they practically do not change as a general principle of the circuit, and the role of additional lamp grids.

Таким образом, определенная комбинация электровакуумной лампы и полупроводникового ключа позволяет получить надежный и стабильный коммутатор, обладающий высоким быстродействием и малой мощностью управления, с помощью которого возможна реализация генератора импульсов возбуждения для лазеров на самоограниченных переходах атомов металлов, обладающего следующими преимуществами:Thus, a certain combination of an electrovacuum lamp and a semiconductor switch allows you to get a reliable and stable switch with high speed and low control power, with which it is possible to implement an excitation pulse generator for lasers on self-limited transitions of metal atoms, which has the following advantages:

1) Неравномерное распределение потенциала в гибридной структуре; большая часть анодного напряжения прикладывается к промежутку сетка - анод, что позволяет использовать относительно низковольтный полупроводниковый коммутатор.1) Uneven potential distribution in the hybrid structure; most of the anode voltage is applied to the grid – anode gap, which allows the use of a relatively low voltage semiconductor switch.

2) Анодные и сеточные напряжения - одного знака относительно общего провода, в принципе могут быть получены от одного источника питания.2) Anode and grid voltages - of the same sign relative to the common wire, in principle, can be obtained from a single power source.

3) Для управления коммутатором требуется низковольтный импульс, который может быть получен от стандартной интегральной микросхемы драйвера.3) To control the switch, a low-voltage pulse is required, which can be obtained from a standard integrated driver chip.

4) Схема генератора проста и содержит небольшое количество элементов.4) The generator circuit is simple and contains a small number of elements.

5) Поскольку ток короткого замыкания генератора ограничен током эмиссии с катода, при соответствующем выборе полупроводникового ключа схема будет устойчива к режиму короткого замыкания в нагрузке.5) Since the generator short circuit current is limited by the emission current from the cathode, with the appropriate choice of a semiconductor key, the circuit will be resistant to the short circuit mode in the load.

6) Схема стабильна в режиме холостого хода (или обрыва в цепи нагрузки).6) The circuit is stable in idle mode (or open circuit in the load circuit).

7) Схема генератора работает в режиме частичного разряда емкости.7) The generator circuit operates in partial discharge capacity mode.

8) Поскольку по переменному току управляющая сетка заземлена через фильтрующую емкость сетки, катодная и анодная цепи лампы экранированы друг от друга, что ослабляет действие паразитных комплексных обратных связей, ведет к улучшению быстродействия и уменьшению вероятности самовозбуждения схемы по сравнению со схемой включения лампы с общим катодом.8) Since the control grid is grounded through an alternating current through the filtering capacity of the grid, the cathode and anode circuits of the lamp are shielded from each other, which weakens the action of spurious complex feedbacks, leads to improved performance and a decrease in the likelihood of self-excitation of the circuit compared to the circuit for switching on a lamp with a common cathode .

Claims (1)

Генератор импульсов возбуждения для лазеров на самоограниченных переходах атомов металлов, включающий зарядное устройство, коммутатор, накопительную емкость, газоразрядную трубку и общую шину устройства, отличающийся тем, что коммутатор выполнен в виде гибридной структуры, состоящей из силового транзистора, затвор которого соединен с системой управления, исток с общей шиной устройства, а сток с катодом модуляторной газоразрядной лампы, которая включена по схеме с общей сеткой, выводы сеток и накала которой соединены со вспомогательным источником питания, а управляющая сетка, по переменной составляющей, соединена с общей шиной устройства, через фильтрующую емкость.Excitation pulse generator for lasers on self-limited transitions of metal atoms, including a charger, a switch, a storage capacitance, a gas discharge tube and a device common bus, characterized in that the switch is made in the form of a hybrid structure consisting of a power transistor, the gate of which is connected to the control system, a source with a common device bus, and a drain with a cathode of a modulator gas discharge lamp, which is turned on according to a circuit with a common grid, the conclusions of the grids and the filament of which are connected to auxiliary power source and control grid, the variable component connected to the common bus of the device, through the filter capacitance.
RU2017143069A 2017-12-08 2017-12-08 Generator of excitation pulses for lasers on self-bounded transitions of metals atoms RU2672180C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143069A RU2672180C1 (en) 2017-12-08 2017-12-08 Generator of excitation pulses for lasers on self-bounded transitions of metals atoms

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017143069A RU2672180C1 (en) 2017-12-08 2017-12-08 Generator of excitation pulses for lasers on self-bounded transitions of metals atoms

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2672180C1 true RU2672180C1 (en) 2018-11-12

Family

ID=64327888

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017143069A RU2672180C1 (en) 2017-12-08 2017-12-08 Generator of excitation pulses for lasers on self-bounded transitions of metals atoms

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2672180C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU201615U1 (en) * 2020-08-18 2020-12-23 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Device for supplying a gas-discharge lamp
RU2825742C1 (en) * 2024-03-29 2024-08-28 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Pulse current generator

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4365337A (en) * 1979-08-13 1982-12-21 Kraftwerk Union Aktiengesellschaft Excitation system for a fast pulsed discharge
US4698819A (en) * 1985-03-22 1987-10-06 Institut Franco-Allemand De Recherches De Saint-Louis Power supply unit for a laser tube
RU2226022C1 (en) * 2002-07-10 2004-03-20 Лепехин Николай Михайлович Nanosecond pulse generator for exciting metal-atom terminated lasers
RU2242828C2 (en) * 2002-11-04 2004-12-20 Институт физики полупроводников СО РАН Method for exciting self-limited-junction pulsed laser
RU2251179C2 (en) * 2003-07-11 2005-04-27 Лепехин Николай Михайлович Method and device for exciting self-restrained and self-heated metal atom junction pulsing lasers
US20170338618A1 (en) * 2015-03-25 2017-11-23 National University Corporation Nagaoka University Of Technology High-voltage pulse generator and gas laser apparatus

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4365337A (en) * 1979-08-13 1982-12-21 Kraftwerk Union Aktiengesellschaft Excitation system for a fast pulsed discharge
US4698819A (en) * 1985-03-22 1987-10-06 Institut Franco-Allemand De Recherches De Saint-Louis Power supply unit for a laser tube
RU2226022C1 (en) * 2002-07-10 2004-03-20 Лепехин Николай Михайлович Nanosecond pulse generator for exciting metal-atom terminated lasers
RU2242828C2 (en) * 2002-11-04 2004-12-20 Институт физики полупроводников СО РАН Method for exciting self-limited-junction pulsed laser
RU2251179C2 (en) * 2003-07-11 2005-04-27 Лепехин Николай Михайлович Method and device for exciting self-restrained and self-heated metal atom junction pulsing lasers
US20170338618A1 (en) * 2015-03-25 2017-11-23 National University Corporation Nagaoka University Of Technology High-voltage pulse generator and gas laser apparatus

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU201615U1 (en) * 2020-08-18 2020-12-23 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Device for supplying a gas-discharge lamp
RU201615U9 (en) * 2020-08-18 2021-03-30 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Device for supplying a gas-discharge lamp
RU2825742C1 (en) * 2024-03-29 2024-08-28 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Pulse current generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2580787C1 (en) High-power nanosecond pulse generator (versions)
Yan et al. A triggered spark-gap switch for high-repetition rate high-voltage pulse generation
Nikoo et al. A two-stage DSRD-based high-power nanosecond pulse generator
RU2672180C1 (en) Generator of excitation pulses for lasers on self-bounded transitions of metals atoms
JP2014036502A (en) Pulse generation circuit
CN112636724B (en) Pulse power supply based on avalanche diode Marx generator and LTD circuit
Li et al. The design of new compact Marx generator
Ren et al. Solid-state Marx generator with sharpening capacitor
Canacsinh et al. Voltage droop compensation based on resonant circuit for generalized high voltage solid-state Marx modulator
Kekez A 480 joule, 650 kV,< 3 ns risetime, 500 ns pulse width compact pulse generator
CN109004918A (en) A kind of subnanosecond high-voltage pulse generation circuit
CN103780119A (en) High-power and long-pulse power source
Kruglov et al. Modeling and development of thyratron type grid node with improved discharge parameters for specialized gas-discharge current interrupter
Bokhan et al. Generation of High-Voltage Pulses with a Picosecond Front in a Cascade Kivotron Connection
Yudin et al. Efficiency of pumping of the active medium of metal vapor lasers: gas-discharge tubes with electrodes in the hot zone of the discharge channel
Ghawde et al. Pulse forming network with optimized pulse power and rise time
Pinjari et al. Compact Solid-State Marx Generator for Repetitive Applications
RU2787091C1 (en) Sawtooth voltage shaper
RU145556U1 (en) HIGH-FREQUENCY RADIATION GENERATOR BASED ON A Hollow Cathode Discharge
RU164563U1 (en) HIGH-FREQUENCY RADIATION GENERATOR BASED ON A Hollow Cathode Discharge
RU2651578C1 (en) High voltage electronic supply system of high-frequency generator
RU2819031C1 (en) High-voltage rectangular pulse generator
Lavrinovich et al. High-power capacitor-switch assemblies rated at 100 ns
US3088074A (en) Pulse former using gas tube with substantially grounded suppressor and negative pulse for rapid deionization
CN215420221U (en) Circuit for generating pulse signal