RU2787554C1 - Активный элемент лазера на парах металлов - Google Patents
Активный элемент лазера на парах металлов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2787554C1 RU2787554C1 RU2022107422A RU2022107422A RU2787554C1 RU 2787554 C1 RU2787554 C1 RU 2787554C1 RU 2022107422 A RU2022107422 A RU 2022107422A RU 2022107422 A RU2022107422 A RU 2022107422A RU 2787554 C1 RU2787554 C1 RU 2787554C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- active element
- channel
- metal vapor
- shell
- vapor laser
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 27
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 27
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 11
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 4
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon(0) Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 3
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 2
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium(0) Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 2
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 125000004429 atoms Chemical group 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000010410 dusting Methods 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- -1 tungsten-barium Chemical compound 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к активным элементам лазеров на парах металлов. Активный элемент лазера на парах металлов содержит вакуумно-плотную оболочку с двумя выходными окнами в концевых секциях, внутри оболочки расположен разрядный канал с размещенным в нем активным веществом, анод и катод. Теплоизолятор расположен между оболочкой и каналом. Со стороны анода в концевой секции размещен резервуар с молекулярным водородом и окном из металлической фольги, причем резервуар и канал соосны. Технический результат - повышение стабильности мощности излучения и как следствие повышение долговечности активного элемента. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к активным элементам (АЭ) лазера на парах металлов, и может быть использовано при их конструировании с целью повышения стабильности мощности излучения и долговечности без усложнения конструкции.
Отличительной особенностью данного класса лазеров является наличие паров активного вещества-металла: меди, золота, свинца, бария в плазме газового разряда. При включении газового разряда активное вещество в разрядном канале АЭ нагревается до плавления и часть его переходит в пар и участвует в процессах образования лазерной энергии.
Известен отпаянный саморазогревный АЭ лазера на парах меди, содержащий вакуумноплотную оболочку с двумя выходными окнами, внутри которой расположен керамический разрядный канал с активным веществом – кольца рабочего металла-меди, закрепленный соосно к оболочке через электродные узлы, теплоизолятор, расположенный между оболочкой и керамическим каналом, съемные экраны с элементами крепления к оболочке [Патент RU №2 644 985]. Съемные экраны предохраняют выходные окна от запыления примесями, выделяемыми теплоизолятором и элементами конструкции АЭ лазера в процессе термотренировки по обезгаживанию.
Недостатком этой конструкции является загрязнение активного вещества-меди в процессе термотренировки и как следствие снижение скорости испарения атомов меди и их концентрации в газоразрядном промежутке, что приводит к уменьшению мощности излучения и долговечности АЭ.
Наиболее близким техническим решением является конструкция промышленного отпаянного саморазогревного АЭ лазера на парах металлов, включающая керамический разрядный канал с активным веществом и электродами на концах (анод и катод), высокотемпературный теплоизолятор, расположенный между разрядным каналом и вакуумноплотной стеклянной оболочкой, концевые секции с оптическими окнами для выхода излучения. [Григорьянц А. Г., Казарян М. А., Лябин Н. А. Лазерная прецизионная микрообработка материалов. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2017. – гл. 3 с.118 Рис.3.18]. Активный элемент заполнен буферным газом неоном, активным веществом является медь, но может быть и другой металл из перечисленных выше.
Для обеспечения эффективности работы АЭ разработан 3-х этапный технологический процесс тренировки по его обезгаживанию.
Однако это не обеспечивает достаточную стабильность мощности излучения, что ограничивает долговечность работы элемента.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение стабильности мощности излучения и как следствие повышение долговечности активного элемента.
Технический результат достигается тем, что активный элемент лазера на парах металлов содержит вакуумноплотную оболочку с двумя выходными окнами в концевых секциях, внутри оболочки расположен разрядный канал с размещенным в нем активным веществом-металлом, анод и катод. Теплоизолятор расположен между оболочкой и каналом. Со стороны анода в концевой секции размещен резервуар с молекулярным водородом и окном из металлической фольги, причем резервуар и канал соосны.
Резервуар может быть выполнен в форме двустенного цилиндра, при этом диаметр внутренней стенки цилиндра больше диаметра канала.
Резервуар может быть выполнен в форме трубчатой спирали.
Сечение трубки спирали может быть круглым или прямоугольным.
Через окно из металлической фольги резервуара происходит диффундирование Н2 в объём АЭ с буферным газом неоном, что позволяет поддерживать парциальное давление Н2 в газовом объеме и чистоту поверхности расплавленного металла, и как следствие обеспечивать высокую стабильность мощности излучения при длительной наработке лазера.
Изобретение поясняется чертежами.
На Фиг.1 структурная схема предлагаемого активного элемента, где: вакуумноплотная оболочка – 1;
выходные оптические окна – 2;
концевая секция – 3;
разрядный канал – 4;
активное вещество – 5;
анод – 6;
катод – 7;
теплоизолятор – 8;
резервуар с молекулярным водородом в форме двустенного цилиндра – 9;
окно из металлической фольги – 10;
место отпайки штенгеля резервуара –11.
На Фиг. 2 – резервуар в форме трубчатой спирали, где
резервуар с молекулярным водородом в форме спирали – 9;
окно из металлической фольги – 10;
место отпайки штенгеля резервуара – 11.
Пример.
Отпаянный саморазогревной активный элемент лазера на парах меди с в стеклянной вакуумноплотной оболочке 1 с выходными оптическими окнами 2 в концевых секциях 3 имеет керамический разрядный канал 4 с активным веществом 5 медью диаметром 14 мм. Электроды молибденовый анод 6 и вольфрам-бариевый катод 7 выполнены кольцевыми. Высокотемпературный трехслойный теплоизолятор 8 на основе полых микросфер марки Т, волокнистых материалов ВКВ-1 и Руrofiber 1600 расположен между разрядным каналом и оболочкой. Резервуар 9 с молекулярным водородом Н2 выполнен в форме двустенного цилиндра из стекла С52-1 с герметически запаянными торцами и окном 10, выполненном из никелевой фольги толщиной 100 мкм. Фольга обладает высокой проницаемостью для водорода. Внутренний диаметр резервуара 9 равен 28 мм, в 2 раза больше чем диаметр разрядного канала 4, что не экранирует проход лазерного пучка излучения. Наполнение резервуара 9 водородом производиться через стеклянный штенгель с последующей отпайкой 11. Резервуар 9 и разрядный канал 4 соосны.
Предлагаемый активный элемент лазера работает следующим образом.
Активный элемент наполнен буферным газом неоном. При подаче напряжения на электроды 6 и 7 происходит разогрев разрядного канала 4 с активным веществом-металлом 5 и резервуара 9 с водородом до рабочих температур. Металл превращается в жидкость и в результате испарения и диффузии атомы металла заполняют все пространство газоразрядного промежутка – разрядного канала 4. Водород из резервуара 9 диффундирует через металлическую фольгу 10 в газовый объем АЭ. Химическое воздействие водорода на поверхность испарения расплавленного металла позволяет непрерывно поддерживать ее высокую чистоту, обеспечивать эффективные условия накачки и повысить стабильность генерации лазерного излучения и как следствие обеспечить высокую долговечность АЭ.
Эффективность изобретения проверена экспериментальным путем на примере промышленного отпаянного саморазогревного АЭ лазера на парах меди модели ГЛ-206И [КРПГ.433757.004-007 ТУ]. Давление буферного газа неона в АЭ с объёмом активной среды = 400 см3 составляло РNe = 220 мм рт. ст. В оптимальном рабочем режиме температура керамического разрядного канала 4 с активным веществом-медью 5 составляла ~ 1600 ºС, температура резервуара с молекулярным водородом 9, выполненного в форме двустенного стеклянного цилиндра, – ~200 ºС. Цилиндрический резервуар 9 фиксировался соосно относительно разрядного канала 4 с помощью пружинного элемента. Фольга окна 10 герметично припаяна к металлической втулке , которая впаяна в стеклянную трубку, а трубка впаяна в торец двустенного цилиндра 9. Наполнение резервуара водородом производилось через стеклянный штенгель с последующей отпайкой 11.
Испытания лазера с предлагаемым АЭ проводились в составе действующего промышленного технологического оборудования АЛТУ «Каравелла-2» [КРПГ.442162.005 ТУ] для прецизионной микрообработки материалов изделий электронной техники. Применение в АЭ резервуара 9 с молекулярным водородом позволило увеличить стабильность мощности излучения в 4 раза и как следствие увеличить долговечность в 2 раза.
Конструкция АЭ при этом существенно не усложнилась. Эффективность лазера будет высокой, если в качестве активного вещества использовать золото (Тпл = 1064 ºС), барий (727 ºС) и свинец (327 ºС), т. к. температура плавления этих металлов ниже, чем у меди (1083 ºС) и, следовательно, АЭ будет испытывать меньшую температурную нагрузку, чем в случае с медью.
Claims (4)
1. Активный элемент лазера на парах металлов, содержащий вакуумно-плотную оболочку с двумя выходными окнами в концевых секциях, внутри которой расположен разрядный канал с размещенным в нем активным веществом, анод и катод, теплоизолятор между оболочкой и каналом, отличающийся тем, что со стороны анода в концевой секции размещен резервуар с молекулярным водородом и окном из металлической фольги, причем резервуар и канал соосны.
2. Активный элемент лазера на парах металлов по п.1, отличающийся тем, что резервуар выполнен в форме двустенного цилиндра, при этом диаметр внутренней стенки цилиндра больше диаметра канала.
3. Активный элемент лазера на парах металлов по п.1, отличающийся тем, что резервуар выполнен в форме трубчатой спирали.
4. Активный элемент лазера на парах металлов по п.3, отличающийся тем, что сечение трубки спирали круглое или прямоугольное.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2787554C1 true RU2787554C1 (ru) | 2023-01-10 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5452317A (en) * | 1991-11-07 | 1995-09-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Metal vapor laser apparatus |
US5544191A (en) * | 1993-08-16 | 1996-08-06 | Japan Atomic Energy Research Institute | Metal vapor laser capable of cold operation |
RU2363080C2 (ru) * | 2007-10-08 | 2009-07-27 | Институт оптики атмосферы Сибирское Отделение Российской Академии Наук | Способ возбуждения лазеров на парах галогенидов металлов и активный элемент лазера на парах галогенидов металлов |
RU2420844C2 (ru) * | 2009-01-19 | 2011-06-10 | Учреждение Российской академии наук Институт оптики атмосферы им.В.И.Зуева Сибирского отделения РАН (ИОА СО РАН) | Активный элемент лазера на парах галогенида металла |
RU166246U1 (ru) * | 2015-09-23 | 2016-11-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Лазер на парах металлов |
RU2644985C1 (ru) * | 2016-11-29 | 2018-02-15 | Лев Семенович Гликин | Активный элемент лазера на парах металлов и способ его изготовления |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5452317A (en) * | 1991-11-07 | 1995-09-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Metal vapor laser apparatus |
US5544191A (en) * | 1993-08-16 | 1996-08-06 | Japan Atomic Energy Research Institute | Metal vapor laser capable of cold operation |
RU2363080C2 (ru) * | 2007-10-08 | 2009-07-27 | Институт оптики атмосферы Сибирское Отделение Российской Академии Наук | Способ возбуждения лазеров на парах галогенидов металлов и активный элемент лазера на парах галогенидов металлов |
RU2420844C2 (ru) * | 2009-01-19 | 2011-06-10 | Учреждение Российской академии наук Институт оптики атмосферы им.В.И.Зуева Сибирского отделения РАН (ИОА СО РАН) | Активный элемент лазера на парах галогенида металла |
RU166246U1 (ru) * | 2015-09-23 | 2016-11-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Лазер на парах металлов |
RU2644985C1 (ru) * | 2016-11-29 | 2018-02-15 | Лев Семенович Гликин | Активный элемент лазера на парах металлов и способ его изготовления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US2919369A (en) | Flash tube and apparatus | |
RU2787554C1 (ru) | Активный элемент лазера на парах металлов | |
KR20090089480A (ko) | 방전 램프를 위한 전극 | |
Livingstone et al. | Characteristics of a copper bromide laser with flowing Ne-HBr buffer gas | |
CA1089000A (en) | Arc discharge lamp with starter electrode voltage doubling | |
US3887883A (en) | Gas laser tube and method of fabricating same | |
JP4259282B2 (ja) | 高圧放電ランプ | |
JPH11144686A (ja) | 高圧放電ランプ及びその電極 | |
US4425651A (en) | Ion laser with gas discharge vessel | |
RU2169443C1 (ru) | Способ получения электролитного электрического разряда и устройство для его осуществления | |
RU221836U1 (ru) | Активный элемент лазера на парах металлов | |
JP3934190B2 (ja) | 金属蒸気レーザーデバイス | |
RU2798084C1 (ru) | Способ работы активного элемента лазера на парах меди | |
US3522551A (en) | Laser tube construction | |
JP3626324B2 (ja) | セラミック製放電ランプの製造方法 | |
JP5768541B2 (ja) | ショートアーク型放電ランプ | |
US4242648A (en) | High power electrode and feedthrough assembly for high temperature lasers | |
US5341392A (en) | Longitudinal discharge laser electrodes | |
RU123226U1 (ru) | Токоввод в газоразрядную лампу с цезиевым наполнением | |
JP6436302B2 (ja) | ショートアーク型放電ランプ | |
Rutt | A high-energy hydrogen bromide laser | |
US3777282A (en) | Metal vapor laser tube | |
RU117038U1 (ru) | Токоввод в газоразрядную лампу с цезиевым наполнением | |
SU711986A1 (ru) | Газоразр дна трубка лазера на парах металлов | |
US3520039A (en) | Method of sealing high alumina arc tubes |