RU62742U1

RU62742U1 - ACTIVE LASER ELEMENT ON METAL HALOGENIDE VAPORS

Info

Publication number: RU62742U1
Application number: RU2005130448/28U
Authority: RU
Inventors: Виктор Борисович Суханов; Владимир Олегович Троицкий; Федор Александрович Губарев; Александр Иванович Иванов
Original assignee: Институт оптики атмосферы Сибирское Отделение Российской Академии Наук
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-04-27

Abstract

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке активных элементов лазеров на парах галогенидов металлов, например, бромида меди. Изобретение позволяет повысить мощность лазерной генерации без повышения мощности блока высокого напряжения (БВН), т.е. возможность использования маломощных БВН для накачки трубок больших размеров. Сущность изобретения: активный элемент лазера на парах галогенида металла содержит вакуумно-плотную оболочку с выходными окнами на ее торцах, по меньшей мере, два электрода на ее концах, рабочий канал, контейнеры с рабочим веществом, например бромидом меди, расположенные периодично по всей длине рабочего канала, средства нагрева контейнеров со средствами контроля температуры их нагрева, и тепловую камеру, охватывающую рабочий канал без контейнеров с рабочим веществом, в которой расположен нагревательный элемент со средствами контроля температуры рабочего канала, при этом тепловая камера представляет собой прямоугольный металлический кожух со слоем теплоизоляции, по периметру дна которого расположен нагревательный элемент, например, нихромовая спираль и имеет крышку сверху, выемки с боков для трубки, и отверстия в дне для контейнеров с бромидом меди. Кроме того, активный элемент содержит блок управления средствами нагрева рабочего канала, контейнеров с рабочим веществом и емкости с адсорбентом, насыщенным галогеноводородом.The invention relates to quantum electronics and can be used to develop active elements of metal halide vapor lasers, for example, copper bromide. The invention allows to increase the power of laser generation without increasing the power of the high voltage block (BVN), i.e. the possibility of using low-power BVN for pumping large-sized tubes. The inventive active element of the laser on the vapor of a metal halide contains a vacuum-tight shell with exit windows at its ends, at least two electrodes at its ends, a working channel, containers with a working substance, such as copper bromide, located periodically along the entire length of the working channel, means for heating containers with means for controlling the temperature of their heating, and a thermal chamber covering the working channel without containers with working substance, in which a heating element with means for controlling t temperature of the working channel, while the thermal chamber is a rectangular metal casing with a layer of insulation, along the perimeter of the bottom of which there is a heating element, for example, a nichrome spiral and has a lid on top, recesses on the sides for the tube, and openings in the bottom for containers with copper bromide. In addition, the active element contains a control unit for heating the working channel, containers with the working substance and containers with adsorbent saturated with hydrogen halide.

Description

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке активных элементов лазеров на парах галогенидов металлов, например, бромида меди.The invention relates to quantum electronics and can be used to develop active elements of metal halide vapor lasers, for example, copper bromide.

Известна газоразрядная трубка лазера с парами галогенида меди [US, №4635271,А, 1987], включающая вакуумно-плотную оболочку, снабженную в ее нижней части контейнерами в виде отростков для размещения галогенида меди, например бромида меди и которые окружены электрическими нагревателями или печами для создания необходимого давления паров рабочего вещества.Known gas discharge tube laser with a pair of copper halide [US, No. 4635271, A, 1987], including a vacuum-tight shell, provided in its lower part with containers in the form of processes for accommodating copper halide, such as copper bromide and which are surrounded by electric heaters or furnaces for creating the necessary vapor pressure of the working substance.

Нагреваются только контейнеры с бромидом меди, т.е. есть используются нагреватели только для резервуаров. Разогрев рабочего канала осуществляют за счет разряда.Only containers with copper bromide are heated, i.e. there are used heaters only for tanks. The working channel is heated by discharge.

В качестве прототипа выбран прибор, описанный в [А 50 - Watt copper bromide laser. SPIE. 2001. V.4184. P.203-206]. В нижней части активной зоны газоразрядной трубки расположены контейнеры для размещения бромида меди, при этом активная зона газоразрядной трубки с контейнерами окружена металлическим кожухом, в который вмонтированы нагреватели для контейнеров, а также содержатся средства контроля температуры контейнеров с бромидом меди.The device described in [A 50 - Watt copper bromide laser. SPIE. 2001. V.4184. P.203-206]. Containers for placing copper bromide are located in the lower part of the active zone of the gas discharge tube, while the active zone of the gas discharge tube with containers is surrounded by a metal casing, in which heaters for containers are mounted, and means for controlling the temperature of containers with copper bromide are also contained.

Недостатком прототипа является то, что рабочий канал активного элемента окружен металлическим кожухом вместе с контейнерами для теплоизоляции, т.е. реализуется температурный режим одинаковый, как для трубки, так и для контейнеров с бромидом. Соответственно, нет возможности независимого регулирования температуры контейнеров и активной зоны.The disadvantage of the prototype is that the working channel of the active element is surrounded by a metal casing together with containers for thermal insulation, i.e. the temperature regime is the same, both for the tube and for containers with bromide. Accordingly, it is not possible to independently control the temperature of the containers and the core.

Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции активного элемента лазера на парах галогенида металла, преимущественно, бромида меди, позволяющей повысить КПД лазера по источнику высокого напряжения за счет введения дополнительного внешнего нагрева рабочего канала, независимого от нагрева контейнеров с рабочим веществом.The objective of the present invention is to develop the design of the active element of the laser on the vapor of a metal halide, mainly copper bromide, which allows to increase the laser efficiency by a high voltage source due to the introduction of additional external heating of the working channel, independent of the heating of containers with the working substance.

Технический результат повышение мощности лазерной генерации без повышения мощности блока высокого напряжения (БВН), т.е. возможность использования маломощных БВН для накачки трубок больших размеров.The technical result is an increase in laser power without increasing the power of the high voltage unit (BVN), i.e. the possibility of using low-power BVN for pumping large-sized tubes.

Поставленная задача решается тем, что, как и известный, предлагаемый активный элемент лазера на парах галогенида металла содержит вакуумно-плотную оболочку с выходными окнами на ее торцах, по меньшей мере, два электрода на ее концах, рабочий The problem is solved in that, like the well-known, the proposed active element of the metal halide vapor laser contains a vacuum-tight shell with exit windows at its ends, at least two electrodes at its ends, a working

канал, контейнеры с рабочим веществом, например бромидом меди, расположенные периодично по всей длине рабочего канала, средства нагрева контейнеров со средствами контроля температуры их нагрева, и тепловую камеру, охватывающую рабочий канал.a channel, containers with a working substance, for example, copper bromide, located periodically along the entire length of the working channel, means for heating containers with means for controlling their heating temperature, and a heat chamber covering the working channel.

Новым является то, что внутри тепловой камеры, охватывающей рабочий канал без контейнеров с рабочим веществом, расположен нагревательный элемент со средствами контроля температуры рабочего канала.New is that inside the heat chamber, covering the working channel without containers with the working substance, there is a heating element with means for controlling the temperature of the working channel.

Кроме того, тепловая камера представляет собой прямоугольный металлический кожух со слоем теплоизоляции, по периметру дна которого расположен нагревательный элемент, например, нихромовая спираль.In addition, the heat chamber is a rectangular metal casing with a layer of thermal insulation, along the perimeter of the bottom of which there is a heating element, for example, a nichrome spiral.

Кроме того, тепловая камера имеет крышку сверху, выемки с боков для трубки, и отверстия в дне для контейнеров с бромидом меди.In addition, the heat chamber has a lid on top, recesses on the sides for the tube, and openings in the bottom for containers with copper bromide.

Кроме того, с обеих сторон рабочего канала расположены ловушки отработанного рабочего вещества.In addition, traps of the spent working substance are located on both sides of the working channel.

Кроме того, электроды заполнены медной стружкой.In addition, the electrodes are filled with copper chips.

Кроме того, активный элемент содержит дополнительную емкость с адсорбентом, насыщенным галогеноводородом, средства ее нагрева и средства контроля температуры емкости с адсорбентом.In addition, the active element contains an additional container with an adsorbent saturated with hydrogen halide, means for its heating and means for monitoring the temperature of the container with adsorbent.

Кроме того, активный элемент содержит блок управления средствами нагрева рабочего канала, контейнеров с рабочим веществом и емкости с адсорбентом, насыщенным галогеноводородом.In addition, the active element contains a control unit for heating the working channel, containers with the working substance and containers with adsorbent saturated with hydrogen halide.

В зависимости от объема газоразрядной трубки (ГРТ) требуемая мощность для нагрева трубки разная и эта мощность должна быть вкачена в трубку. Когда нет внешнего нагрева, нагрев до рабочей температуры осуществляется за счет энергии разряда, т.е. за счет энергии от БВН. Имея БВН на какую-то максимальную мощность, можно разогреть до рабочей температуру трубки, размеры которых не превышают какой-то определенной величины. Используя внешний нагрев, т.е. введение основной мощности, не за счет БВН, а посредством печи, можно любую трубку разогреть до нужной температуры и генерация будет даже с маломощным БВН. БВН на мощности более чем 1,5-2 кВт имеют большие массогабаритные размеры и требуют водяного охлаждения. Кроме того, их работа менее стабильна.Depending on the volume of the gas discharge tube (GDT), the required power for heating the tube is different and this power must be pumped into the tube. When there is no external heating, heating to the operating temperature is carried out due to the discharge energy, i.e. due to energy from BVN. Having a BVN at some maximum power, you can warm up to the working temperature of the tube, the dimensions of which do not exceed a certain specific value. Using external heating, i.e. the introduction of the main power, not at the expense of the BVN, but through the furnace, you can heat any tube to the desired temperature and the generation will be even with low-power BVN. BVN at a power of more than 1.5-2 kW have large overall dimensions and require water cooling. In addition, their work is less stable.

Тепловая камера для внешнего нагрева рабочего канала независимая от нагревателей контейнеров, представляет собой прямоугольный кожух: металлическая основа и слой теплоизоляции. Она имеет крышку сверху, выемки с боков для трубки, отверстия в дне для контейнеров. Тепловая камера имеет ножки и может быть The heat chamber for external heating of the working channel, independent of container heaters, is a rectangular casing: a metal base and a layer of thermal insulation. It has a lid on top, recesses on the sides for the tube, openings in the bottom for containers. The heat chamber has legs and can be

использована в качестве опоры для трубки. Длина тепловой камеры соответствует длине рабочего канала. Нагревательный элемент проходит по периметру дна кожухаused as a support for the tube. The length of the heat chamber corresponds to the length of the working channel. The heating element runs along the perimeter of the bottom of the casing

Для нагрева контейнеров с CuBr и НВr могут быть использованы известные конструкции. В прелагаемом изобретении нагреватель представляет собой керамическую трубку, на которую намотан нагревательный элемент (проволока из нихрома). Сверху нагреватель покрыт слоем теплоизоляции (термостойкая вата, лента). Нагреватели надеваются на контейнеры с бромидом меди и на емкость насыщенную бромоводородом (генератор водорода)Known structures may be used to heat containers with CuBr and HBr. In the proposed invention, the heater is a ceramic tube on which a heating element (nichrome wire) is wound. On top of the heater is covered with a layer of thermal insulation (heat-resistant cotton wool, tape). Heaters are put on containers with copper bromide and on a container saturated with hydrogen bromide (hydrogen generator)

Для контроля температуры применяются термопары и электронный блок контроля температуры (БУТ), управляющий нагревателями.To control the temperature, thermocouples and an electronic temperature control unit (BUT) are used to control the heaters.

Используются два источника питания - источник питания газоразрядной трубки и источник питания средств нагрева.Two power sources are used - a gas discharge tube power source and a heating means power source.

Сначала включается нагреватель тепловой камеры, в которую помещен рабочий канал, вместе с ним или после разогрева до рабочей температуры (или до какой-то условленной) включается разряд. Когда температура достигает рабочей, включаются нагреватели контейнеров с бромидом меди. Нагрев рабочего канала осуществляется и до включения нагрева контейнеров и после, т.е. одновременно с ним. После того, как в трубке будет достаточно паров бромида, можно включать генератор водорода (нагреватель НВr). Лазер может работать как с генератором водорода, так и без него. Однако мощность с генератором водорода значительно выше.First, the heater of the heat chamber, in which the working channel is placed, is turned on, and with it, or after warming up to the operating temperature (or to some agreed temperature), the discharge is turned on. When the temperature reaches the operating temperature, the heaters of containers with copper bromide are switched on. The working channel is heated before the heating of the containers and after, i.e. at the same time with him. After there is enough bromide vapor in the tube, you can turn on the hydrogen generator (HBr heater). The laser can work with or without a hydrogen generator. However, power with a hydrogen generator is much higher.

На фиг. приведена конструкция предлагаемого активного элемента лазера на парах галогенида металла.In FIG. The design of the proposed active metal halide vapor laser element is given.

Активный элемент состоит из вакуумно-плотной кварцевой оболочки 1 с окнами 2 на торцах, с ловушками 3 с обеих сторон рабочего канала и электродов 4, с контейнерами 5 для бромида меди и емкостью бромоводорода 6. Рабочий канал активного элемента помещен в металлический кожух 7, на дне которого расположен нагревательный элемент 8 и имеются отверстия для вывода контейнеров с бромидом меди (CuBr). Нагреватели контейнеров для бромида меди (CuBr) 9 и емкости с бромоводородом (НВr) 10 представляют собой кварцевые (металлические) трубки, на которые намотаны нагревательные элементы 11, 12. Для контроля температуры внутри кожуха и температуры контейнеров используются термопары 13. Термопары и нагревательные элементы подключены к блоку управления температурой 14. Электрическая накачка лазера осуществляется блоком высокого напряжения 15.The active element consists of a vacuum-tight quartz shell 1 with windows 2 at the ends, with traps 3 on both sides of the working channel and electrodes 4, with containers 5 for copper bromide and a capacity of hydrogen bromide 6. The working channel of the active element is placed in a metal casing 7, on the bottom of which is the heating element 8 and there are openings for the output of containers with copper bromide (CuBr). The heaters of containers for copper bromide (CuBr) 9 and containers with hydrogen bromide (HBr) 10 are quartz (metal) tubes on which heating elements 11, 12 are wound. To control the temperature inside the casing and the temperature of the containers, thermocouples are used 13. Thermocouples and heating elements connected to the temperature control unit 14. The laser is electrically pumped by the high voltage unit 15.

Активный элемент работает следующим образом. После включения нагревателя 7 и подачи высоковольтных импульсов возбуждения от блока высокого напряжения 15 The active element works as follows. After turning on the heater 7 and the supply of high-voltage excitation pulses from the high voltage unit 15

происходит разогрев трубки до температуры 650-700°С в области рабочего канала, после чего включаются нагреватели контейнеров с CuBr 9, которые создают требуемое для генерации давление паров бромида меди. Температура контейнеров подбирается экспериментальным путем по максимуму генерации. Аналогичным образом подбирается температура нагревателя НВr 10. Блок 14 осуществляет стабилизацию температуры на заданном уровне.the tube is heated to a temperature of 650-700 ° C in the area of the working channel, after which the heaters of containers with CuBr 9 are turned on, which create the vapor pressure of copper bromide required for generation. The temperature of the containers is selected experimentally to the maximum generation. Similarly, the temperature of the heater HBr 10 is selected. Block 14 stabilizes the temperature at a given level.

Claims

1. An active element of a metal halide vapor laser containing a vacuum-tight shell with exit windows at its ends, at least two electrodes at its ends, a working channel, containers with working substance copper bromide, periodically located along the entire length of the working channel, means for heating containers with means for controlling the temperature of their heating and a heat chamber covering the working channel, characterized in that a heater is located inside the heat chamber covering the working channel without containers with working substance the first element having a working channel of temperature control means.

2. The active element according to claim 1, characterized in that the heat chamber is a rectangular metal casing with a layer of insulation, along the perimeter of the bottom of which there is a heating element, for example, a nichrome spiral.

3. The active element according to claim 1 or 2, characterized in that the heat chamber has a lid on top, recesses on the sides for the tube, and openings in the bottom for containers with copper bromide.

4. The active element according to claim 1, characterized in that traps of the spent working substance are located on both sides of the working channel.

5. The active element according to claim 1, characterized in that the electrodes are filled with copper chips.

6. The active element according to claim 1, characterized in that it contains an additional container with an adsorbent saturated with hydrogen halide, means for its heating and means for monitoring the temperature of the container with adsorbent.

7. The active element according to claim 1, characterized in that it contains a control unit for heating the working channel, containers with a working substance and a container with an adsorbent saturated with hydrogen halide.