SU1032977A1 - Волноводный газовый лазер - Google Patents

Abstract

ВОЛНОБОДНЫЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР, ;содержащий волноводную разр дную трубку, заполненну1Э рабочей средой, оптический резонатор и внутрирезонаторный селектор линий генерации, отличающийс  тем, что, с целью увеличени .мощности излучени  на одной линии генерации за счет увеличени  добротности резонатора, селектор линий генерации вьтолнен в виде нанесенного на всю площадь внутренней поверхности волноводной раз- . р дной трубки сло  селективного материала , относительна  толщина которого h (h± 5) удовлетвор ет условиюh N,j,.J/ChUAT.iii3- Угде h - абсолютна  толщина материале селективного сло } $ - максимально допустима  величина отклонени  h; -длины волн выбранной линии генерации P(j) и подавл в- ; . мой линии генерации P(Ti:l) hc()- показатель преломлени  селективного материала на длинах волн и Д,; TTtt 1 целое число. оо ю со

Description

1 Изобретение относитс  к квантово электронике и может быть использова но при конструировании тазовых лазе ров с селекцией инфракрасных перехо дов молекул или атомов газов, испол зуемых в качестве активной среды: СО, СО, Хе, ВСЦ, , He-Ne и т.д Известен волноводный газовый лазер , предназначенньй дл  селекции колебательно-вращательных переходов в котором селектор выполнен в виде дифракционной решетки с коэффициентом отражени  0,93. Недостатками такого лазера  вл ютс  низкий уровень выходной мощнос ти, обусловленный значительными потер ми , вносимыми, дифракционным селектором , искажение структуры волно |Вого фронта выходного излучени  за счет неоднородности отражающей поверхности селектора. Полный коэффициент полезного действи  такого лазера при генерации на линии Р(10) не превьшает 2%. Наиболее близким по технической сущности к предложенному  вл етс  газовый лазер, содержащий волноводную разр дную трубку, заполненную рабочей средой, оптический резонатор и рнутрирезонаторный селектор линий генерации, причем селектором служат лазерные зеркала с селективным покрытием. Известный газовый лазер имеет низкий уровень выходной мощности, вследствие относительно малого коэф фициента отражени  селективного зер кала, например дл  зеркала с покрытием SiOj максимум коэффициента отражени  составл ет 83%. Кроме того, недостаточна селективность резонатора , например в лазерах, в которых используютс  зеркала с покрытием, SiC и TiO, наименьшее число одновременно генерирующих линий составл ет 2 и 5 соответственно. Кроме того, используемые в насто щее врем  селективные зеркала имеют менее высокую оптическую прочность и меньшую долговечность вследствие высокой плотности мощности на лазерных зеркалах, что уменьшает надежность волноводного газового лазера в целом. Целью изобретени   вл етс  повьште ние мощности на одной линии генерации путем увеличени  добротности резонатора. 772 Указанна  цель достигаетс  тем, что в волноводном газовом лазере, содерл ащем волноводн гю разр дную трубку, заполненную активной средой, лазерный резонатор и внутрирезонаторный селектор линий генерации, указанный селектор выполнен в виде нанесенного на всю площадь внутренней поверхности волноводной разр дной трубки сло  селективного материала с относительной толщиной h (h±(5 )// , удовлетвор ющей условию h--Nj.,r,,{,5 jlhcCAT,:r±i)-i} CD-где h - абсолютна  толщина материала селективного сло ; - максимально допустима  величина отклонени  h ; A-j-j.- длины волн выбранной линии генерации Р ( J) и подавл емой линии генерации P(j -Ц} , hc(j. .-показатель преломлени  селективного материала на длинах волн Д, и X, N - целое число. Если относительна  величина К удовлетвор ет условию 1, то на длине волны выбранной линии генерации вьтолн етс  условие антирезонанса, а на длине волны, ближайшей к выбранной линии, вьтолн етс  условие резонанса. Математическое выражение услови  антирезонанса, полученное на основе решени  электродинамической заачи- дл  волн Бриллюэна, проход щих в волноводном канале, имеет вид h// 42Nll)(A.,)J-l} С1) При выполнении услови  2 воТтна с длиной J проходит по волноводному каналу с наименьшими потер ми. Условие резонанса, полученное аналогично .выражению 2,имеет вид: .)1му: сз) Объединив услови  Зи 2, полуим ранее приведенное условие . На чертеже показана конструкци  редложенного лазера. Он содержит езонатор, состо щий из глухого зерала 1, выходного лазерного зеркаа 2, волноводную газоразр дную рубку 3, в которой установлены электроды 4. На внутреннюю поверхность волноводной трубки 3 нанесен селектор линий генерации, выполненный в виде сло  селективного материала 5, который совместно с материалом труб ки 3 образует стенку волноводного канала 6. Волноводный газовый лазер работа ет следующим образом. К электродам прикладьшаетс  напр жение от источника посто нного тока и создаетс  продольный тлеющий разр д в газовой активной среде, заполн ющей волново ный канал 6, который обеспечивает создание инверсной заселенности колебательно-вращательных уровней активной среды. Возникающие в активно среде фотоны циркулируют в волновод ном канале 6 за счет отражени  от лазерных зеркал 1 и 2 и от стенок в волноводного канала. При вьшолнении услови  превьппени  полного усилени  активной среды над потер ми лазерно го резонатора часть фотонов, участв ющих в генерации, покидает резонатор и выход т через выходное зеркало 2 резонатора, образу  выходное и лучение. Селекци  колебательно-вращательных переходов осуществл етс  за счет взаимодействи  потока фотонов с селектором, вьтолненного в ви де сло  селективного материал 5, нанесенных на внутреннюю поверхност волноводного канала 6. Вьтолнение с лектора инфракрасных переходов моле кул активной среды в виде сло  селективного материала относительной толщины h, нанесенного на внутреннюю поверхность волноводного канала позвол ет получить генерацию на одной выбранной линии. Толщина сло  селективного матери ала выбираетс  так, чтобы отличатьс  от резонансной величины дл  выбранной длины волны генерации лазера . В то же врем  дл  линии генерации , ближайшей к выбранной, толщина селективного материала  вл етс  резонансной, т.е. толщина равна целому числу А/4 (j - длина волны излучени ). При такой толщине селективного покрыти  ВОЛНОВОДНЫЙ канал в соответствии с законом распространени  волн Бриллюэна в волноводном канале обладает небольшими .потер ми на длине волны Х,.1 ближайщей к выбранной длине волны генерации лазера. 77 Это дает возможность использовать лазерные зеркала с больщим коэффициентом отражени , что повьппает добротность резонатора и обеспечивает увеличение мощности выходного излучени . Кроме того, предлагаемое устройство обладает больщей избирательностью , лучевой прочностью и надежностью за счет значительного увеличени  площади поверхности и времени взаимодействи  потока фотонов с селективным материалом, так как-в волноводном лазере значительна  часть фотонов, образующих выходное излучение , испытьшает многократные переотражени  не только от лазерных зеркал , но и от стенок волноводного канала , вместе с тем мощность лазерного излучени  на поверхности селектора линий генерации меньще плотности мощности излучени  на лазерных зеркалах. В качестве селективных материалов , например, дл  волноводного CO jлазера могут использоватьс  такие материалы, как SiC, SiO , TiO и т.д. Подбира  тот или иной материал, можно обеспечить требуемую частоту генерации волноводного лазера. Дл  изготовлени  лазера, показанного на чертеже, в керамических пластинах, образующих волноводную разр дную трубку, фрезеруют продольные пазы и на поверхность каждой пластины со стороны паза нанос т слой селективного материала 5. Нанесение селективного материала на поверхность паза можно осуществить одним из известных способов, например вакуумным или катодным напьшением , пиролизом или нанести из расплава и т.д. Волноводна  трубка может быть изготовлена из различных конструкционных материалов, таких как молибденовое стекло, кварц, керамика ВеО, керамика BN, , а также на основе структуры металл - диэлектрик, в которой в качестве подложки могут использоватьс  медь, алюминий, бронза , нержавеюща  сталь, алюминий и другие металлы и сплавы, а в качестве диэлектрика - слой селективного материала. При заполнении волноводной трубки из структуры металл - диэлектрик к селективному материалу добавл ютс  требовани  высокой диэлектрической прочности в услови х

непосредственного контакта с плазмой газового разр да и требование хорошей адгезии к материалу подложки,

В случае применени  диэлектрического материала дл  изготовлени  волновода селективное покрытие можно наносить.не на всю площадь внутренней поверхности волноводной трубки, а на некоторую ее часть.

Форма поперечного сечени  волноводной разр дной трубки может быть любой круглой, квадратной, пр моугольной , треугольной, эллиптической и т.д.

Волноводна  газоразр дна  трубка, на внутреннюю поверхность которой наноситс  слой селективного материала , может быть выполнена из нескольких отдельных пластин. Волноводную трубку пр моугольного сечени  можно изготовить из четьфех отдельных пластин , соединенных вместе тем или иным способом. При использовании двух

пластин, по крайней мере, на одной из них необходимо выполнить продольный паз заданного профил  дл  создани  волноводной трубки.

Дл  соединени  пластин, образующих Волноводную трубку, можно использовать разнообразные клеевые соединени , а при наличии внепшей, по отношению к волноводной газоразр дной трубке, вакуумно плотной оболочки волноводного лазера пластины можно механически соединить несколькими ст жками.

В св зи с использованием нанесен-ного на всю площадь внутренней поверхности волноводной разр дной трубки сло  селективного материала определенной толщины по вл етс  возможность реализовать мощность генерации на одной линии вследствие более высокой мощности генерации за счет уменьшени  внутрирезонаторных потерь .

Claims (1)

1. ВОЛНОВОДНЫЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР, ;содержащий волноводную разрядную трубку, заполненную рабочей средой, оптический резонатор и внутрирезонаторный селектор линий генерации, отличающийся тем, что, с целью увеличения мощности излуче-

   L

   Нт ния на одной линии генерации за счет увеличения добротности резонатора, селектор линий генерации выполнен в виде нанесенного на всю площадь внутренней поверхности волноводной раз-* . рядной трубки слоя селективного материала, относительная толщина которого h¹ = (h± &)/ДтД±1 удовлетворяет условию h’= N_T/rt,V )Г“ где h - абсолютная толщина материала селективного слоя;

   8 - максимально допустимая вели- _е чина отклонения h; в λ Zt±l -Длины волн выбранной линии ' генерации P(j·) и подавляе- _; мой линии генерации Р(ЗЧ1), показатель преломления селективного материала на длинах волн и Nffti ~ пнлое число.

   1 1032977