RU4025U1

RU4025U1 - LASER ENERGY GENERATOR

Info

Publication number: RU4025U1
Application number: RU95122092/20U
Authority: RU
Inventors: Алексей Григорьевич Прозоров
Original assignee: Алексей Григорьевич Прозоров
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1995-12-29
Publication date: 1997-04-16

Abstract

1. Лазерный генератор энергии, содержащий источник когерентного оптического излучения, выход которого соединен с входом оптической системой усиления мощности, выполненный в виде ветвей, каждая из которых снабжена отклоняющим зеркалом и усилителем, выходы всех ветвей оптической системы усиления мощности объединены и являются выходом лазерного генератора энергии, отличающийся тем, что источник когерентного оптического излучения выполнен в виде газового лазера и включает в себя пластины из радиоактивного материала, экран, зеркала, образующие оптический резонатор, на оптических входах каждых из двух ветвей оптической системы усиления мощности введена трехгранная призма, в газовом лазере пластины из радиоактивного материала размещены соосно внутри экрана, внутренние стенки пластины из радиоактивного материала образуют внутреннюю поверхность камеры газового лазера, на входе и выходе камеры установлены зеркала оптического резонатора, оптическая ось которого является оптической осью камеры, основание трехгранной призмы расположено перпендикулярно оптической оси камеры, боковые отклоняющие грани трехгранной призмы расположены с возможностью разделения когерентного оптического излучения на два равных по мощности и направления каждого из потоков на отклоняющее зеркало соответствующей ветви, оптически связанного с входом соответствующего усилителя, выход которого является оптическим входом последующих двух ветвей оптической системы усиления мощности.2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что усилитель каждой ветви оптической системы усиления мощности содержит камеру с активной газовой средой, вкл�1. A laser energy generator containing a source of coherent optical radiation, the output of which is connected to the input of the optical power amplification system, made in the form of branches, each of which is equipped with a deflecting mirror and amplifier, the outputs of all branches of the optical power amplification system are combined and are the output of the laser energy generator characterized in that the source of coherent optical radiation is made in the form of a gas laser and includes plates of radioactive material, a screen, mirrors, an image optical resonator, a trihedral prism is introduced at the optical inputs of each of the two branches of the optical power amplification system, plates of radioactive material are placed coaxially inside the screen in the gas laser, the inner walls of the plate of radioactive material form the inner surface of the gas laser chamber, and mirrors of the optical resonator, the optical axis of which is the optical axis of the camera, the base of the trihedral prism is perpendicular to the optical axis of the camera The lateral deflecting faces of the trihedral prism are arranged to separate coherent optical radiation into two equal powers and the directions of each of the flows into a deflecting mirror of the corresponding branch, optically coupled to the input of the corresponding amplifier, the output of which is the optical input of the next two branches of the optical power amplification system. 2. The generator according to claim 1, characterized in that the amplifier of each branch of the optical power amplification system contains a chamber with an active gas medium, including

Description

Предлагаемая конструкция относится к генераторам и преобразователям энергии, в частности, к оптическим квантовьм венераторам, предназначенным для преобразования различных видов энергии в энергию лазерного излуче1шя. Предложение может найти примененве для использования, например, в качестве тепловых, электрических и других источнивов энергии.The proposed design relates to generators and energy converters, in particular, to optical quantum generators designed to convert various types of energy into laser radiation energy. The proposal may find application for use, for example, as thermal, electrical and other energy sources.

Известны газовые лазеры с электрическим разрядом, содержащий источник излучения накачки, предназначенный для получения инверсии населенности в газообразной усилительной среде. Газообразная среда содердкит газы редкоземельных элементов и галогенидов. Лазерная среда помещена в ячейку, в которой имеется входное окно, 1фозрачное для длины волны излзгчения накачки, и выходное окно, прозрачное для ультрафиолетового и видимого излучения с длинами волн 0,25 - 0,6 мюм. Окна расположены на оптической оси. Имеется устройство для прокачки лазерной среды через ячей. В газообразной среде ячейки помещено ионизационное устройство для получения низкой плотности электронов. Излучение накачки концентрируется в области, занимаемой ионизированной усилительной средой, в результате чего возникает диффузный электрический разряд. Симметрично относительно лптической оси расположен оптический реэшатор, содерясащий два зеркала с отражащими поверхностями, между которыми возникает электрический разряд. Имеется устройство для экранизации обоих зеркал и выходного окна от излучения накачки, веется устройство вывода выходного излучения из резонатора.Known gas lasers with electric discharge, containing a pump radiation source, designed to obtain the inversion of the population in a gaseous amplifying medium. A gaseous medium contains rare earth gases and halides. The laser medium is placed in a cell in which there is an input window 1 transparent to the wavelength of pumping radiation and an output window transparent to ultraviolet and visible radiation with wavelengths of 0.25-0.6 mum. Windows are located on the optical axis. There is a device for pumping the laser medium through the cell. An ionization device is placed in the gaseous medium of the cell to obtain a low electron density. The pump radiation is concentrated in the region occupied by the ionized amplifying medium, resulting in a diffuse electric discharge. Symmetrically with respect to the optical axis, an optical resolver is located, containing two mirrors with reflective surfaces, between which an electric discharge occurs. There is a device for screening both mirrors and the output window from pump radiation, a device for outputting output radiation from the resonator is driven.

Мощность генерируемого излучения в известной конструкции ограничена одной ступенью преобразования энергии накачки в оптическое когерентное .The power of the generated radiation in a known design is limited to one step of converting the pump energy into optical coherent.

Известна оптическая система усиления мощности лазерного излучения, содержащая линейку инжекционнвсс лазеров, содержащую 2 ВЕ1ХОДНЫХ элементов, соединенных с помощью л/-образных ответвителей и/)/- I промежуточный элемент (ячейки усилителя). Торцевая грань промежуточного элемента имеет покрытие с высоким коэффициентом отражения, торцевые грани выходных элементов каждойA known optical system for amplifying laser radiation power, comprising a line of injection lasers, containing 2 EXTERNAL elements, connected using l / -shaped couplers and /) / - I intermediate element (amplifier cells). The end face of the intermediate element has a coating with a high reflection coefficient, the end faces of the output elements of each

ГЕНЕРАТОР ЭНЕРГИИENERGY GENERATOR

ячейки имеют покрытие с низким коэффициентом отражения (2).the cells have a low reflection coefficient coating (2).

Недостатком известной конструкции является потеря энергии в каждой ячейки оптической системы и в каждой её ветви, т.к. в системе не предусмотрены ступени усиления сигналов при оптическом разделении излучения.A disadvantage of the known design is the energy loss in each cell of the optical system and in each of its branches, because the system does not provide signal amplification steps for optical separation of radiation.

Наиболее близким по технической сущности к данному лазерному генератору энергии является лазерный генератор энергии, содерокащий источник когерентного оптического излучения, выход которого соединен с оптической системой усиления мщности лазерного излучения, выполненной в виде ветвей, содержащих усилители, на выходе ветвей установлен формирователь выходного излучения. 6 известном лазерном генераторе оптическая система усиления мощносфи излучения представляет собой многостержневую решет су (ветви системы) с фазовой синхронизацией. Источник когерентного оптического излучения имеет диодцую накачку, излучащую на одной моде лазерный луч с круговым поперечным сечением, а также расширитель лазерного луча и расщебитель лазерного луча, формирующий прямоугольную решетку близко один к другому расположенных лазерных лучей, каждый из которых имеет круговое поперечное сечение. Каждый луч после расщепителя попадает в одну из ветвей - расщепителей. В ветви - расщеШ теля формируются решетка из нескольких лазерных лучей, причем лучи в каждой ветви-расщеяителя направляются в уисилитель, выходы всех усилителей, являющиеся выходами ветвей объединяют формируют усиленный по м(Ж(ности выходной сигнал.(3).The closest in technical essence to this laser energy generator is a laser energy generator, containing a coherent optical radiation source, the output of which is connected to an optical system for amplifying the laser radiation power, made in the form of branches containing amplifiers, an output radiation shaper is installed at the output of the branches. 6 of the known laser generator, the optical system for amplifying the radiation power is a multi-rod sieve (system branches) with phase synchronization. The coherent optical radiation source has a diode pump emitting a laser beam with a circular cross section on one mode, as well as a laser beam expander and a laser beam splitter forming a rectangular array of laser beams located close to each other, each of which has a circular cross section. Each beam after the splitter falls into one of the branches - splitters. In the splitter branch, a grating of several laser beams is formed, and the rays in each splitter branch are directed to the amplifier, the outputs of all amplifiers, which are the outputs of the branches, combine to form an output signal amplified by m (L (3) (3).

Известный лазерный генератор при достаточной мсхцности излучения имеет сложную структуру соединения оптических элементов расщепителей по ветвям системы и вцутри каждой ветви из-за необходимости усиления сигнала в результате расщепления и сложность выполнения самого источника когерентного оптического излучения.A well-known laser generator with sufficient radiation characteristics has a complex structure of connecting the optical elements of the splitters along the branches of the system and along each branch because of the need to amplify the signal as a result of splitting and the complexity of performing the source of coherent optical radiation itself.

Техническим результатом заявленной конструкции являете создание генератора энергии мощного излучения с увеличением мощности при передаче излучения от источника до преобразователя лазерного излучения, например, в тепловой или электрический сигнал. Кроме того, в заявленной конструкции лазерного генератора энергии в качестве формирователя накачки используют радиоактивное излучение, что упрощает конструкцию лазера и увеличивает ,The technical result of the claimed design is the creation of a powerful radiation energy generator with an increase in power when transmitting radiation from a source to a laser radiation converter, for example, into a thermal or electrical signal. In addition, in the claimed design of the laser energy generator as a shaper pump use radioactive radiation, which simplifies the design of the laser and increases

тельность использования.usability.

Для достижения технического результата в лазерный генератор энергии, содержащий источник когерентного оптического излучения, выход которого соединен с оптическим входом оптической системой усиления мощности, выпспненной в виде ветвей, каждая из которых снабжена отклонящим зеркалом и усилителем, выходы всех ветвей оптической системы усиления мощности объединены и является выходом лазерного генератора энергии, в заявленной конструкции источник когерентного излучения выполнен в виде газового лазера с активной газовой средой, предназначенной для подачи в камеру, и включает в себя пластины из радиоактивного материала, экран, зеркала, образупцие оптический резонатор, на оптических входах каждых из двух ветвей оптической системы усиления мощности введена трехгранная призма, в газовом лазаре пластины из радиоактивного материала размещен соосно внутри экрана, внутренние стенки пластин из радиоактивного материала образуют внутреннюю поверхность камеры газового лазера, на входе и на выходе камеры установлены зеркала оптического резонатора, оптическая ось которого является оптической осбю камеры основания трехгранной призмы расположено перпенди1 лярно оптической оси камеры газового лазера,боковые отклоняющие грани трехгранной призмы расположены с возможностью разделения когерентного оптического излучения на два равных по мсщности и направления каждого из потоков на отклоняющее зеркало соответствующей ветви, оптически связанного со входом соответствующего усилителя, выход которого является оптическим входом последующих двух ветвей оптической системы усиления мощности.To achieve a technical result in a laser energy generator containing a source of coherent optical radiation, the output of which is connected to the optical input of the optical power amplification system, sprinkled in the form of branches, each of which is equipped with a deflecting mirror and amplifier, the outputs of all branches of the optical power amplification system are combined and are the output of the laser energy generator, in the claimed design, the coherent radiation source is made in the form of a gas laser with an active gas medium, intended It is intended for feeding into the chamber, and includes plates of radioactive material, a screen, mirrors, an optical resonator, a trihedral prism is introduced at the optical inputs of each of the two branches of the optical power amplification system, and in the gas lazar of the plate of radioactive material is placed coaxially inside the screen, the inner walls of the plates of radioactive material form the inner surface of the chamber of the gas laser; at the entrance and at the exit of the chamber, mirrors of the optical cavity are installed, the optical axis of which The optical chamber of the base of the trihedral prism is located perpendicular to the optical axis of the gas laser chamber, the lateral deflecting faces of the trihedral prism are located with the possibility of dividing coherent optical radiation into two equal powers and the directions of each of the flows into the deflecting mirror of the corresponding branch, optically connected to the input of the corresponding amplifier whose output is the optical input of the next two branches of the optical power amplification system.

Кроме того, усилитель каждой ветви оптической системы усилителя моо ности содержит камеру с активной газовой средой, и выполнен из пластин из радиоактивного материала, экрана и полупрозрачных окон, пластяян из радиоактивного материала размещен соосно внутри экрана, внутренние стенки пластин из радиоактивного материала образуют поверхность камеры, на входе и выходе которой установлены полупрозрачные окна.In addition, the amplifier of each branch of the optical system of the power amplifier contains a chamber with an active gas medium and is made of plates of radioactive material, a screen and translucent windows, a sheet of radioactive material is placed coaxially inside the screen, the inner walls of the plates of radioactive material form the surface of the chamber, at the entrance and exit of which translucent windows are installed.

На фиг. I приведена функицональшш схема лазерного генератора энергии в соответствии с заявленной конструкцией. На фиг. 2 приведена структурная схема пирамидального построения ветвей оптической системы усиления мощности излучения и схема преобразования полученного излучения, например, в электрическуюIn FIG. I shows a functional diagram of a laser power generator in accordance with the claimed design. In FIG. Figure 2 shows a structural diagram of a pyramidal construction of the branches of an optical system for amplifying radiation power and a scheme for converting received radiation, for example, into electrical

аш 3.your 3.

энергию.energy.

Лазерный генератор энергии содерокит корпус $ газового лазера с камерой 2, внутри которой помещены пластины 3 из радиоактивного материала, установленный соосно внутри экрана 4, внутренние стенки цилиццра 2 образуют вцутреннрю поверхность камеры газового лазера, на входе и выходе камеры установлены зержала 5, образующие оптический резонатор, трехгранную призму 6, установленные в каждой ветви оптической системы усиления моощости отклоняющие зеркало 7, усилитель 6, полупрозразные стекла 9, систему 10 подачи газовой среды. Оптическая система усиления мощности, состоит из установленной на входах двух смежных ветвей трехгранной призмы 6, отклоняющего зеркала 7, усилителя 8, на входе и выходе камеры II усилителя 8 установлены полупрозрачные стекла 9.The laser energy generator contains a gas laser housing $ 2 with a chamber 2, inside of which are placed plates 3 of radioactive material, mounted coaxially inside the shield 4, the inner walls of the cylinder 2 form the inner surface of the gas laser chamber in the interior, and a mirror 5 is installed at the input and output of the chamber, forming an optical resonator , trihedral prism 6, installed in each branch of the optical system of power amplification deflecting mirror 7, amplifier 6, translucent glass 9, system 10 for supplying a gas medium. The optical power amplification system consists of an amplifier 8 installed at the inputs of two adjacent branches of a trihedral prism 6, a deflecting mirror 7, and translucent glasses 9 are installed at the input and output of the camera II of the amplifier 8.

Структурная схема пирамидального построения ветвей оптической системы усиления мощности, представленная на фиг. 2, содерокит ветви 12 оптической системы усиления мощности, преобразователь 13 излучения в тепловую энергию, канал передачи тепловой энергии 14, турбину 15 и электрогенератор 16.The block diagram of the pyramidal construction of the branches of the optical power amplification system shown in FIG. 2, contains a branch of a branch 12 of an optical power amplification system, a radiation to heat energy converter 13, a heat energy transmission channel 14, a turbine 15, and an electric generator 16.

В газовый лазер 17 входят элементы 2, 3, 4, 5. Лазерный генератор работает следупцим образом.The gas laser 17 includes elements 2, 3, 4, 5. The laser generator operates as follows.

Включение генератора в осуществляется путем закачки активной газовой среды в пропорциях как в известных газовых лазерах (4). Для создания инверсии населенности используют радиоактивное излучение радиоактивного материала пластин 3, установленного в экране 4. В данном генераторе возникает индуцированное излучение небольшой мсщности, но при этом на возбуящение накачки расходуется только энергия радиоактивного излучения. С помощью трехгранной призмы 6 поток оптического когерентного излучения делится на два - равной мощности. Затем в каждой ветви оптической системы поток излучения усиливают посредством усилителя 8. Таким образом, газовый лазер генерирует излучение, а то же время в последующих ветвях при установке на входе и выходе усилителей II вместо зеркал резонатора, как в газовом лазере, полупрозрачных стекол для обратной связи конструкция II выполняет функцию усилителя.The inclusion of the generator in is carried out by pumping the active gas medium in proportions as in the well-known gas lasers (4). To create a population inversion, the radioactive radiation of the radioactive material of the plates 3 installed in the screen 4 is used. Induced radiation of small power appears in this generator, but only radiation energy is consumed for pump excitation. Using a trihedral prism 6, the optical coherent radiation flux is divided into two equal power. Then, in each branch of the optical system, the radiation flux is amplified by an amplifier 8. Thus, the gas laser generates radiation, and at the same time in the subsequent branches, when the amplifiers II are installed at the input and output, instead of the resonator mirrors, as in a gas laser, translucent glasses for feedback design II serves as an amplifier.

индуцированного излучения и преобразует энергию радиоактивного излучения в световую, причем ветви деления - усиления можно продолжать до получения светового потока требуемой мо1цности, одной из характеристик которой является площадь нагрева. При этом накачка на последующих этапах деление-усиление может производит ся и с пом(щью, например.induced radiation and converts the energy of radioactive radiation into light, and the division of fission - amplification can be continued until the luminous flux of the required power is obtained, one of the characteristics of which is the heating area. In this case, pumping at the subsequent stages of fission-amplification can also be performed using (for example,

При преобразовании световой энергии в тепловую посредством теплоносителей и использование известных преобразователей тепловой энергии в электричес заявленный генератор может быть применен в качестве источника с дополнительными ступенями преобразования как источник электрической энергии.When converting light energy into heat by means of heat carriers and using the known converters of heat energy to electricity, the claimed generator can be used as a source with additional conversion steps as a source of electrical energy.

1.Патент США, № 4 177 435, HOIJ 3/097, 1979 г.1 U.S. Patent No. 4,177,435, HOIJ 3/097, 1979.

2.ЕР, AI, № ОЙ51427, HOIJ3 /23, ОЙВ 6/28, 1988 г.2.EP, AI, OY51427, HOIJ3 / 23, OYV 6/28, 1988.

3.РСТ, AI, № V /091/04596, HOI J3/23, 3/07, 3/081, 1991 г. прототип.3. PCT, AI, No. V / 091/04596, HOI J3 / 23, 3/07, 3/081, 1991, prototype.

4.Патент СЗША, 4 ПО 703, HOI73/09, 1978 г.4.Patent SZShA, 4 PO 703, HOI73 / 09, 1978

5.5.

Claims

1. A laser energy generator containing a source of coherent optical radiation, the output of which is connected to the input of the optical power amplification system, made in the form of branches, each of which is equipped with a deflecting mirror and amplifier, the outputs of all branches of the optical power amplification system are combined and are the output of the laser energy generator characterized in that the source of coherent optical radiation is made in the form of a gas laser and includes plates of radioactive material, a screen, mirrors, an image optical resonator, a trihedral prism is introduced at the optical inputs of each of the two branches of the optical power amplification system, plates of radioactive material are placed coaxially inside the screen in the gas laser, the inner walls of the plate of radioactive material form the inner surface of the gas laser chamber, and mirrors of the optical resonator, the optical axis of which is the optical axis of the camera, the base of the trihedral prism is perpendicular to the optical axis of the camera ry, side deflecting faces triangular prism arranged to divide the coherent optical radiation into two equal power and the direction of each stream on the deflection mirror corresponding branch is optically connected with the input of the respective amplifier, the output of which is the optical input of the next two branches of the optical power amplification system.

2. The generator according to claim 1, characterized in that the amplifier of each branch of the optical power amplification system contains a chamber with an active gas medium, includes plates of radioactive material, a screen and translucent windows, plates of radioactive material are placed coaxially inside the screen, inner walls plates of radioactive material form the surface of the chamber, at the entrance and exit of which translucent glasses are installed.