SU1644270A1 - Laser processing installation - Google Patents

Laser processing installation Download PDF

Info

Publication number
SU1644270A1
SU1644270A1 SU884469807A SU4469807A SU1644270A1 SU 1644270 A1 SU1644270 A1 SU 1644270A1 SU 884469807 A SU884469807 A SU 884469807A SU 4469807 A SU4469807 A SU 4469807A SU 1644270 A1 SU1644270 A1 SU 1644270A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
laser
electrode system
electrodes
power source
installation
Prior art date
Application number
SU884469807A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Петр Павлович Витрук
Николай Афанасьевич Яценко
Original Assignee
Институт Проблем Механики Ан Ссср
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 Институт Проблем Механики Ан Ссср filed Critical Институт Проблем Механики Ан Ссср
Priority to SU884469807A priority Critical patent/SU1644270A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1644270A1 publication Critical patent/SU1644270A1/en

Links

Landscapes

  • Lasers (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к квантовой электронике и может быть применено при создании лазерного технологического оборудовани . Целью изобретени   вл етс  повышение КПД использовани  излучени  и надежности установки. Формирователь профил  лазерного луча установки образован по крайней мере одной профилированной и охлаждаемой щелевой электродной системой лазера. Электродна  система подключена к ВЧ-источнику и образует оптический планарный волновод. На рабочие поверхности электродной системы нанесено неметаллическое покрытие с низкими вол- новодными потер ми, обладающее меньшим, чем материал электродов, эффективным коэффициентом вторичной эмиссии. Межэлектродный зазор посто нен дл  всей щели, наход щейс  внутри оптического резонатора . 2 ил.The invention relates to quantum electronics and can be applied in the creation of laser processing equipment. The aim of the invention is to increase the efficiency of the use of radiation and the reliability of the installation. The shaper profile of the laser beam installation is formed by at least one profiled and cooled slit electrode system of the laser. The electrode system is connected to an RF source and forms an optical planar waveguide. The working surfaces of the electrode system are coated with a non-metallic coating with low waveguide losses, which has a smaller than the electrode material, an effective secondary emission coefficient. The interelectrode gap is constant for the entire slit inside the optical cavity. 2 Il.

Description

Изобретение относитс  к квантовой электронике и может быть использовано при разработке лазерных технологических установок .The invention relates to quantum electronics and can be used in the development of laser technological installations.

Цель изобретени  - повышение КПД использовани  излучени  и надежности лазерной технологической установки.The purpose of the invention is to increase the efficiency of the use of radiation and the reliability of the laser processing unit.

На фиг. 1 и 2 изображены электродно- волноводные системы установки, поперечное сечение (ось резонатора перпендикул рна плоскости чертежа).FIG. 1 and 2 depict the electrode-waveguide systems of the installation, the cross section (the cavity axis is perpendicular to the plane of the drawing).

Установка содержит профилированные металлические электроды 1 и 2, на рабочие поверхности которых нанесено неметаллическое покрытие 3 и образующие оптический планарный волновод. С обоих торцов элект- родно-волноводной системы установлены зеркала 4 оптического резонатора. Кроме того, изображены стенки разр дной камеры 5, ВЧ-источник 6 питани , система 7 охлаждени  (водопроводна  сеть). Установка может быть снабжена программируемой системой 8 подачи ВЧ-напр жени  на электроды . Неметаллическое покрытие 3 обладает низкими волноводными потер ми и меньшим, чем материал электродов, эффективным коэффициентом вторичной эмиссии. Межэлектродный зазор d посто нен дл  всей щели, наход щейс  внутри оптического резонатора , и выбираетс  из соотношени The installation contains profiled metal electrodes 1 and 2, on the working surfaces of which non-metallic coating 3 is applied and forming an optical planar waveguide. Mirrors 4 of the optical resonator were installed at both ends of the waveguide electrode system. In addition, the walls of the discharge chamber 5, the RF power supply 6, the cooling system 7 (water supply network) are shown. The installation may be equipped with a programmable system 8 supplying RF voltage to the electrodes. Non-metallic coating 3 has a low waveguide loss and less than the material of the electrodes, an effective coefficient of secondary emission. The interelectrode gap d is constant for the entire slit inside the optical resonator, and is chosen from the ratio

C,,C ,,

где С - константа, определ ема  родом рабочего газа; / - частота ВЧ-источннка питани ; С2 - константа, определ ема  родом рабочего газа, материалом покрыти  электродов и частотой ВЧ-источника питани ; Р - давление рабочего газа.where C is a constant defined by the type of working gas; / is the frequency of the RF power source; C2 is a constant determined by the type of working gas, the coating material of the electrodes and the frequency of the RF power source; P is the pressure of the working gas.

Выполнение электродов профилированными и их взаимное расположение в соответствии с указанными услови ми обеспечивает заполнение активной средой щелевой конфигурации поперечного к оптической оси резонатора сечени  межэлектродного зазора, что необходимо дл  формировани  требуемого профил  лазерного луча. Волно- водный режим распространени  лазерногоMaking the electrodes profiled and their mutual arrangement in accordance with the specified conditions ensures that the active medium fills the slot configuration transverse to the optical axis of the resonator in the cross section of the interelectrode gap, which is necessary to form the desired profile of the laser beam. Wave mode laser propagation

оэoh

4ь 4 Ю 14 4 4 1

излучени  внутри резонатора упрощает настройку резонатора и повышает стабильность его работы. Покрытие рабочей поверхности электродов неметаллическим материалом с низкими волноводными потер ми и имеющим более низкий коэффициент вторичной эмиссии, чем материал электродов, а также выбор межэлектродного зазора в указанных пределах, позвол ют осуществить слаботочный режим горени  ВЧ-разр да, при котором весь межэлектродный объем (за исключением тонких приэлектродных слоев пространственного зар да, стабилизирующих разр д) можно заполнить плазмой с требуемыми лазерными характеристиками , и повысить порог перехода разр да в сильноточный режим, при котором происходит срыв лазерной генерации, т. е. тем самым повысить надежность работы установки . Эффективность превращени  электроэнергии ВЧ-источника питани  в лазерное излучение, непосредственно идущее на тех- нологическое применение, равна КПД самого лазера. В установке используетс  простейша  электродна  система без дополнительных стабилизирующих плазму устройств что упрощает конструкцию и, в конечном итоге, повышает надежность эксплуатации установки.Radiation inside the resonator simplifies the configuration of the resonator and increases its stability. Coating the working surface of the electrodes with a non-metallic material with low waveguide losses and having a lower secondary emission coefficient than the material of the electrodes, as well as the choice of the interelectrode gap within the specified limits, allow a low-current RF-discharge mode, in which with the exception of thin near-electrode spatial charge layers, which stabilize the discharge), it can be filled with plasma with the required laser characteristics, and the discharge transition threshold in si can be increased flax-current mode, in which lasing occurs, i.e., thereby increasing the reliability of the installation. The efficiency of converting electric power from an rf power source to laser radiation directly going to technological applications is equal to the efficiency of the laser itself. The installation uses the simplest electrode system without additional plasma stabilizing devices, which simplifies the design and, ultimately, increases the reliability of operation of the installation.

Лазерна  технологическа  установка, например с СО2-лазером работает следующим образом.A laser technological installation, for example with a CO2 laser, works as follows.

После включени  протока хладагента через систему 7 охлаждени  электродов 1 и 2, заполнени  разр дной камеры смесью СО2:№:Не 1:1:3 при давлении 20 Тор, подачи ВЧ-напр жени  от источника б питани  частотой 81 МГц на электроды 1 и 2 с обеспечением слаботочного режима горени  ВЧ- разр да и настройки зеркал 4 оптического резонатора возникает лазерна  генераци . Мощность и профиль луча определ ютс  геометрией электродно-волноводной системы и выбираютс  с учетом конкретного технологического процесса. Длина резонатора определ етс  условием волноводности распространени  лазерного излучени  внутри резонатора . Взаимное расположение электродов таково, что рассто ние между ними удовлетвор ет приведенному выше неравенству. Параметры и С%/Р имеют следующий физический смысл: - толщина приэлектродных слоев пространственного зар да , которые всегда возникают на границе плазмы разр да с электродами и обладают в слаботочном режиме емкостной проводимостью (с точностью до ионных токов насыщени ); - предельна  длина плазменного столба, при превышении которой величина ВЧ-напр жени  на емкостных при- электродных сло х достаточна дл  их пробо  с участием вторично-эмиссионных процессовAfter switching on the refrigerant flow through the cooling system 7 of the electrodes 1 and 2, filling the discharge chamber with the CO2: No: He mixture 1: 1: 3 at a pressure of 20 Torr, applying RF voltage from the source b of the 81 MHz frequency to the electrodes 1 and 2 With the provision of low-current burning mode of the HF discharge and tuning of the mirrors 4 of the optical resonator, laser generation occurs. The power and beam profile are determined by the geometry of the electrode-waveguide system and are selected according to a specific process. The cavity length is determined by the waveguide condition of the propagation of laser radiation inside the cavity. The mutual arrangement of the electrodes is such that the distance between them satisfies the above inequality. The parameters and С% / Р have the following physical meaning: - thickness of the near-electrode spatial charge layers, which always appear at the discharge plasma interface with the electrodes and possess capacitance conductivity in the low-current mode (up to the ion saturation current); - the maximum length of the plasma column, above which the RF voltage on the capacitive near-electrode layers is sufficient for their breakdown with the participation of secondary emission processes

Дл  указанных разр дных условий Ci- 1,6-10 см-Гц, см-Тор и Ci/f 0,02 см, ,5 см. Экспериментально установлено, что оптимальной в рассмотренном случае  вл етс  величина межэлектродного зазора, равна  4 мм. В общем случае С и Ci наход тс  экспериментально по следующей методике. При фиксированном d и разных значени х Р измер ют минимальное значение ВЧ-напр жени  на электродах UHHH(P), при котором еще реализуетс  в стационарном режиме слаботочна  форма ВЧ-разр да. Затем увеличивают ВЧ-напр - жение до величины Unef(P), при которой наблюдаетс  переход ВЧ-разр да в сильноточный режим горени . Измер ют f/nep(p). С ростом Р Uum(P)- -Unep(P). Величина Р, при котором UHHH(P)(P)  вл етс  критической дл  данного d. Измен   межэлектродный зазор d и повтор   указанные измерени  дл  каждого d, получают зависимость (d), из которой находитс  Су. Таким же образом определ етс  С.For the specified discharge conditions, Ci is 1.6-10 cm-Hz, cm-Torus and Ci / f 0.02 cm, 5 cm. It was established experimentally that the interelectrode gap is 4 mm optimal in this case. In the general case, C and Ci are experimentally determined by the following method. With a fixed d and different values of P, the minimum value of the RF voltage at the electrodes UHHH (P) is measured, at which the low-current form of the RF discharge is still implemented in a stationary mode. Then, the RF voltage is increased to the value Unef (P), at which the RF discharge is observed in a high-current combustion mode. Measure f / nep (p). With increasing P, Uum (P) - -Unep (P). The value of P at which UHHH (P) (P) is critical for a given d. By changing the electrode gap d and repeating the indicated measurements for each d, dependence (d), from which Su is found, is obtained. C. is also determined in the same way.

Мощность лазерного излучени  в установке определ етс  площадью рабочих поверхностей электродов и мощностью ВЧ- источника питани  и может достигать нескольких киловатт. При этом поперечно сечение межэлектродного зазора може иметь требуемый дл  конкретного технологического процесса профиль, что позвол в совместить функции электродной системы и формировател  профил  лазерного луча.The laser power in the installation is determined by the area of the working surfaces of the electrodes and the power of the RF power source and can reach several kilowatts. In this case, the cross section of the interelectrode gap may have the profile required for a particular technological process, which allows to combine the functions of the electrode system and the laser beam profiler.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Лазерна  технологическа  установка, содержаща  газовый лазер с электродной системой и оптическим резонатором и формирователь профил  лазерного луча, отличающа с  тем, что, с целью повышени  КПД использовани  излучени  и надежности установки , формирователь профил  лазерного луча образован по крайней мере одной профилированной щелевой электродной системой лазера, рабочие поверхности которой образуют оптический планарный волновод, подключенный к ВЧ-источнику питани , при этом на рабочие поверхности электродной системы нанесено неметаллическое покрытие , обладающее меньшим, чем материал электродов, эффективным коэффициентом вторичной эмиссии, рассто ние d между электродами выполнено посто нным дл  всей щели, наход щейс  внутри оптического резонатора, и удовлетвор ет следующему соотношению:A laser processing unit comprising a gas laser with an electrode system and an optical resonator and a shaper of a laser beam, characterized in that, in order to increase the efficiency of radiation use and installation reliability, the shaper of the laser beam is formed by at least one profiled slit electrode system of a laser, the working surfaces of which form an optical planar waveguide connected to an RF power source, while on the working surfaces of the electrode system is applied the metallic coating having less than the material of the electrodes, an effective secondary emission coefficient, the distance d between the electrodes holds constant for the whole gap comprised within inside the optical resonator, and satisfies the following relationship: C,,C ,, где С - константа, определ ема  родом рабочего газа; f - частота ВЧ-источника питани ; Cz - константа, определ ема  родом рабочего газа, материалом покрыти  электродов и частотой ВЧ-источника питани ; Р - давление рабочего газа.where C is a constant defined by the type of working gas; f is the frequency of the RF power source; Cz is a constant determined by the type of working gas, the coating material of the electrodes, and the frequency of the RF power source; P is the pressure of the working gas. Фиг.11 Фиг.11
SU884469807A 1988-07-29 1988-07-29 Laser processing installation SU1644270A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884469807A SU1644270A1 (en) 1988-07-29 1988-07-29 Laser processing installation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884469807A SU1644270A1 (en) 1988-07-29 1988-07-29 Laser processing installation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1644270A1 true SU1644270A1 (en) 1991-04-23

Family

ID=21393717

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU884469807A SU1644270A1 (en) 1988-07-29 1988-07-29 Laser processing installation

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1644270A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2721244C1 (en) * 2019-11-11 2020-05-18 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method of controlling laser metal processing

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Григорь нц А. Г. и Сафонов А. Н. Методы поверхностной лазерной обработки.- М.: Высша школа, 1987, с. 36. Там же, ст. 178. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2721244C1 (en) * 2019-11-11 2020-05-18 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Method of controlling laser metal processing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5953360A (en) All metal electrode sealed gas laser
EP0003280B1 (en) Waveguide gas laser with transverse discharge excitation
US5216689A (en) Slab laser with enhanced lifetime
EP0150692B1 (en) Corona discharge preionizer for gas laser
KR20010012603A (en) Compact excimer laser insulator with integral pre-ionizer
ES8601579A1 (en) External electrode transverse high frequency gas discharge laser.
US4589114A (en) Optical mode control for a gas laser
JPS6248397B2 (en)
Vidaud et al. High efficiency RF excited CO2 laser
SU1644270A1 (en) Laser processing installation
US4703489A (en) Waveguide laser
US4597086A (en) Coaxial type laser oscillator for excitation by silent discharge
US4381564A (en) Waveguide laser having a capacitively coupled discharge
US5177748A (en) In phase coupled strip waveguide CO2 laser
US5379317A (en) Microwave-excited slab waveguide laser with all metal sealed cavity
Vitruk et al. High power continuous wave atomic Xe laser with radio frequency excitation
US5596593A (en) Orthogonal RFDC transverse excited gas laser
US4387463A (en) Electrical discharge apparatus and a gas laser pumped by an electrical discharge through the gas
Yatsiv Conductively cooled capacitively coupled rf excited CO2 lasers
SU1644269A1 (en) Gas laser with high frequency pumping
US4606035A (en) Lateral excitation type gas laser
RU2683962C1 (en) Open-chamber for generator of high-frequency pulse based on discharge with hollow cathode
JPS58216481A (en) High frequency discharge sealing type gas laser
US4788691A (en) Method for the operation of a gas laser and a gas laser operated in accord therewith
US5095490A (en) Asymmetric rf excited gas laser electrode configuration