SU1718314A1

SU1718314A1 - Flowing gas laser

Info

Publication number: SU1718314A1
Application number: SU813279510A
Authority: SU
Inventors: Владимир Константинович Баев; Петр Иванович Беломестнов; Евгений Иванович Вязович; Юрий Абрамович Якоби
Original assignee: Институт Теоретической И Прикладной Механики Со Ан Ссср; Новосибирский государственный университет
Priority date: 1981-03-11
Filing date: 1981-03-11
Publication date: 1992-03-07

Abstract

Изобретение относитс к квантовой электронике и может быть использовано в проточных газовых лазерах. Сущность изобретени : в герметичном корпусе лазера расположены средство дл прокачки газа и теплообменник. Средство дл прокачки газа и теплообменник совмещены и выполнены в виде вращающегос полого вала. На наружной поверхности вала установлены ребра , образованные тонкостенными дисками. В полости вала расположена трубка дл подачи хладагента. 8 ил.This invention relates to quantum electronics and can be used in gas flow lasers. Summary of the Invention: Gas pumping means and a heat exchanger are located in the sealed laser housing. The gas pumping means and the heat exchanger are combined and made in the form of a rotating hollow shaft. On the outer surface of the shaft are ribs formed by thin-walled discs. A coolant supply pipe is located in the cavity of the shaft. 8 il.

Description

слcl

сwith

Изобретение относитс к квантовой электронике и может быть использовано в проточных газовых лазерах.This invention relates to quantum electronics and can be used in gas flow lasers.

Известен мощный проточный, газовый лазер непрерывного действи , содержащий размещенные в герметичном корпусе осевой вентил тор дл перемещени рабочего газа по замкнутому контуру, подключенную к внешнему источнику питани систему электродов дл поддержани возбуждающего электрического разр да в газе, оптический резонатор дл вывода излучени и теплообменник, обеспечивающий охлаждение нагретого в зоне разр да рабочего газа.A powerful continuous gas gaseous laser is known, comprising an axial flow fan placed in a sealed enclosure for moving the working gas in a closed loop, an electrode system connected to an external power source to maintain the exciting electrical discharge in the gas, an optical resonator for outputting radiation and a heat exchanger providing cooling of the working gas heated in the zone.

Использование вентил торов, создали щих на выходе газовый поток, сечение которого значительно отличаетс от формы разр дного промежутка, приводит к необходимости преобразовани формы сечени потока газа, что св зано с усложнением конструкции корпуса лазера и увеличением его габаритов.The use of fans that create a gas stream at the outlet, whose cross section differs significantly from the discharge gap shape, necessitates the transformation of the cross section of the gas flow, which is associated with the complexity of the design of the laser housing and the increase in its dimensions.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс проточный газовый лазер с замкнутой системой циркул ции газа, содержащей размещенные в герметичном корпусе диаметральный вентил тор , служащий дл Перемещени рабочего газа по замкнутому контуру, систему электродов дл возбуждени газа электрическим разр дом, оптический резонатор и теплообменник.The closest to the technical essence of the invention is a flow-through gas laser with a closed gas circulation system containing a diameter fan placed in a sealed enclosure, used to move the working gas in a closed loop, an electrode system to excite the gas by electric discharge, an optical resonator and a heat exchanger .

Диаметральный (поперечно-поточный или тангенциальный) вентил тор, ротор которого имеет относительно небольшой диаметр и большую осевую длину, формирует поток газа с сечением в виде выт нутого пр моугольника, соответствующего форме разр дного промежутка. A diametrical (cross-flow or tangential) fan, whose rotor has a relatively small diameter and a large axial length, forms a gas flow with a cross section in the form of an elongated rectangle corresponding to the shape of the discharge gap.

Недостатком известного лазера вл етс наличие в его корпусе громоздкого теплообменника , увеличивающего габариты лазера и создающего значительное гидравлическое сопротивление дл протекающегоThe disadvantage of the known laser is the presence in its case of a bulky heat exchanger, which increases the size of the laser and creates a significant hydraulic resistance for flowing

0000

со Јwith

через него рабочего газа, что требует повышенных расходно-мапорных характеристик вентил тора. Кроме того, изготовление диаметрального вентил тора с ротором, имеющим большую относительно диаметра длину, сопр жено с большими технологическими трудност ми и усложн ет конструкцию-лазера .through it, the working gas, which requires increased flow characteristics of the fan. In addition, the manufacture of a diametrical fan with a rotor having a length large relative to the diameter is associated with great technological difficulties and complicates the design of the laser.

Целью изобретени вл етс упрощение конструкции и повышение КПД лазера.The aim of the invention is to simplify the design and increase the efficiency of the laser.

Цель достигаетс тем, что в проточном газовом лазере, содержащем герметичный корпус с расположенными в нем средством дл прокачки газа и теплообменником и систему подачи хладагента в теплообменник, средство дл прокачки газа и теплообменник совмещены и изготовлены в виде полого вала, выполненного с возможностью его вращени , вокруг своей оси и расположенного в корпусе эксцентрично, на внешней поверхности вала перпендикул рно его оси установлены ребра, выполненные в виде дисков , центры которых совпадают с осью вала , а во внутреннюю полость вала введена трубка, подсоединенна к системе подачи хладагента.The goal is achieved by the fact that in a flow-through gas laser containing a sealed housing with gas pumping means and a heat exchanger located therein and a refrigerant supply system to the heat exchanger, the gas pumping means and the heat exchanger are combined and made in the form of a hollow shaft capable of rotating it, around its axis and eccentrically located in the housing, on the outer surface of the shaft perpendicular to its axis there are ribs, made in the form of disks, whose centers coincide with the axis of the shaft, and in the inner awn introduced shaft tube connected to a coolant supply system.

На фиг.1 изображен лазер, продольный разрез; на фиг.2 - место соединени дисков с валом ротора; на фиг.З - разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - лазер с удвоенной мощностью излучени , поперечный разрез; на фиг.5-разрез Б-Б на фиг.4; на фиг.6-лазер. с учетверенной мощностью излучени , поперечный разрез; на фиг.7 - схема резонатора дл работы лазера, изображенного на фиг.6, в режиме регенерации; на фиг.8 - схема резонатора дл работы в режиме генерации и усилений.Figure 1 shows the laser, a longitudinal section; Fig. 2 shows the junction of the disks with the rotor shaft; on fig.Z - section aa in figure 1; 4 shows a laser with a doubled radiation power, a transverse section; in Fig.5 is a section bB in Fig.4; Fig.6 laser. with quadruple radiation power, cross section; Fig. 7 is a diagram of a resonator for operating the laser shown in Fig. 6 in the regeneration mode; 8 is a diagram of a resonator for operation in generation mode and amplifications.

Проточный газовый лазер (фиг. 1-3) содержит размещенный в герметичном корпусе 1 блок, выполненный из материала с высокой теплопроводностью и представл ющий собой длинный полый вал 2 с ребрами 3 на наружной поверхности в виде равноотстающих один от другого тонкостенных дисков, дистанционированных проставочнымм кольцами 4. Между дисками , кольцами и валом обеспечен плотный ме ханический и тепловой контакт. В полости вала концентрично установлена трубка 5, укрепленна в перфорированных перегородках 6. Блок приводитс во вращение в направлении, указанном стрелкрй на фиг.З, электродвигателем 7 через соединительную муфту 8. Всасывающа и нагнетающа области образованы цилиндрической стенкой корпуса и разграничены разделительной перегородкой 9 в виде трубы из изол ционного материала, установленной вблизи окружности дисков со смещением от осиA flow-through gas laser (Figs. 1-3) contains a block placed in an airtight housing 1, made of a material with high thermal conductivity and representing a long hollow shaft 2 with ribs 3 on the outer surface in the form of equally spaced thin-walled disks spaced by spacers 4. A tight mechanical and thermal contact is provided between the discs, rings and shaft. The tube 5 is concentrically mounted in the shaft cavity, fixed in perforated partitions 6. The block is rotated in the direction indicated by the arrow in FIG. 3 by the electric motor 7 through the coupling 8. The suction and delivery areas are formed by the cylindrical wall of the housing and are delimited by the partition wall 9 in the form pipes of insulating material installed near the circumference of the discs offset from the axis

и and

00

5five

симметрии корпуса в сторону набегающего потока и закрепленной в торцовых стенках 10 и 11 корпуса лазера. В свободном пространстве над блоком параллельно его оси размещены, по крайней мере, два электрода системы электрического возбуждени рабочего газа - цилиндрический катод 12, установленный в потоке газа вблизи перегородки 9, и плоский анод 13, укрепленный с изол тором 14 на цилиндрической стенке корпуса. На торцовых стенках 10 и 11 смонтированы зеркала 15 и 16 оптического резонатора, охватывающего межэлектродную область.symmetry of the body in the direction of the incident flow and fixed in the end walls of the laser housing 10 and 11. In the free space above the unit, parallel to its axis are placed at least two electrodes of the electrical excitation system of the working gas — a cylindrical cathode 12 installed in the gas flow near the partition 9, and a flat anode 13 fortified with insulator 14 on the cylindrical wall of the housing. On the end walls 10 and 11 mounted mirrors 15 and 16 of the optical resonator, covering the interelectrode region.

Лазер работает следующим образом. Рабочий таз, наполн ющий полость корпуса 1 лазера, приводитс в движение по замкнутому контуру за счет сил трени в 20 пограничных сло х, образующихс на поверхност х дисков блока, приводимого во вращательное движение электродвигателем 7 через соединительную муфту 8. В разр де , устанавливающемс между катодомThe laser works as follows. A working basin filling the cavity of the laser housing 1 is driven in a closed loop by frictional forces in 20 boundary layers formed on the surfaces of the disks of the block, which are driven into rotational motion by the electric motor 7 through the coupling 8. cathode

25 12.и анодом 13 после подачи на них напр жени от внешнего источника питани , происходит возбуждение протекающего между электродами рабочего газа. В оптическом резонаторе с зеркалами 15 и 16 происходит25 12. And by the anode 13 after applying voltage to them from an external power source, the working gas flowing between the electrodes is excited. In the optical resonator with mirrors 15 and 16

30 накопление и вывод энергии вынужденного электромагнитного излучени . Нагретый в области разр да газ всасываетс вращающимс блоком, в котором происходит теплообмен между газом и дисками. За счет30 the accumulation and output of energy of stimulated electromagnetic radiation. The gas heated in the discharge area is sucked by a rotating unit in which heat is exchanged between the gas and the disks. By

35 большой теплопроводности дисков тепло передаетс валу 2 и отводитс хладагентом, омывающим внутреннюю поверхность вала и поступающим через трубку 5.35 of the high thermal conductivity of the disks, the heat is transferred to the shaft 2 and is discharged by the coolant washing the inner surface of the shaft and entering through the tube 5.

Мощный газовый лазер с замкнутой си40 стемой циркул ции газа (фиг.4-8) содержит размещенные в герметичном корпусе 17 блоки 18, объедин ющие дисковые вентил торы трени и теплообменники и приводимые во вращательное движение вA powerful gas laser with a closed gas circulation system (Figures 4-8) contains blocks 18 placed in a sealed enclosure 17, combining disk friction fans and heat exchangers and rotated in

45 направлении, указанном стрелкой на фиг.4 и 6, электродвигател ми 19, размещенными в полост х труб 20. Всасывающие и нагнетающие области образованы цилиндрическими стенками корпуса и разграничены.45 in the direction indicated by the arrow in FIGS. 4 and 6 by electric motors 19 placed in the cavities of the tubes 20. The suction and delivery areas are formed by cylindrical walls of the housing and are demarcated.

50 перегородками 2-1. выполненными из изол ционного материала и образующими со стенками корпуса расшир ющиес каналы течени , в каждом из которых вблизи перегородок установлены цилиндрические като55 ды 22. Плоские аноды 23 с изол торами 24 укреплены в крышках 25. Резонатор, содержащий зеркала 26 и 27, снабжен поворотными зеркалами 28. Окно 29 предназначено дл вывода излучени из области 30 возбуждени .50 partitions 2-1. made of insulating material and forming expanding flow channels with the housing walls, each of which has cylindrical cathodes 22 near the partitions. Flat anodes 23 with insulators 24 are fixed in covers 25. Resonator containing mirrors 26 and 27 is equipped with rotating mirrors 28. Window 29 is intended to output the radiation from the excitation region 30.

Отличительной особенностью работы вариантов лазера вл етс то, что рабочий газ возбуждаетс в нескольких последовательно расположенных в едином корпусе 17 разр дных област х, образованных электродами 22 и 23, охлажда сь и получа энергию движени в блоках 18, расположенных в промежутках между зонами возбуждени . Энерги излучени снимаетс резонатором с зеркалами 26 и 27, причем с помощью поворотных зеркал 28 лазерный пучок последовательно проходит каждую соседнюю область разр да так. что направление его в каждой разр дной области мен етс на противоположное . При прохождении лазерным пучком одинаково неоднородно возбужденных областей газа в пр мом и противоположном направлени х происходит компенсаци неоднородностей пол возбуждени в поперечном сечении пучка. Лазер может работать как в режиме генерации, например со схемой резонатора , приведенной на фиг.7, так и в режиме генерации и усилени (фиг.8), когда энерги излучени генерируетс между зеркалами 26 и 27, охватывающими, по крайней мере, одну область возбужденного газа, а в остальных энерги снимаетс последовательно за один проход пучка.A distinctive feature of the operation of the laser variants is that the working gas is excited in several consecutively located 17 discharge areas formed by electrodes 22 and 23, cooling and receiving motion energy in blocks 18 located between the excitation zones. The radiation energy is removed by a resonator with mirrors 26 and 27, and with the help of rotary mirrors 28, the laser beam passes successively each adjacent region of the discharge. that its direction in each bit area is reversed. When the laser beam passes through equally inhomogeneously excited gas regions in the forward and opposite directions, compensation of the inhomogeneities of the excitation field in the beam cross section occurs. The laser can operate both in the generation mode, for example, with the resonator circuit shown in Fig. 7, and in the generation and amplification mode (Fig. 8), when the radiation energy is generated between the mirrors 26 and 27, covering at least one area in the rest of the energy is removed successively in one pass of the beam.

§§

5 , г 1 п5, 1 p

Т Фиг.1T Figure 1

Объединение в мощном газовом лазере с замкнутой системой циркул ции газа вентил тора и теплообменника в один узел, представл ющий собой вращающийс многодисковый блок и выполн ющий функции как вентил тора, так и теплообменника, позвол ет существенно упростить конструкцию и технологию изготовлени лазера, значительно уменьшить габариты и повыситьегоКПД .Combining in a powerful gas laser with a closed gas circulation system of a fan and a heat exchanger into a single node, which is a rotating multi-disk unit and performing the functions of both a fan and a heat exchanger, significantly simplifies the design and technology of manufacturing a laser, significantly reducing the size and increase its kpdp.

Claims

A gas flow laser comprising a sealed housing with gas pumping means and a heat exchanger located therein and a supply system of refrigerant to a heat exchanger, characterized in that, in order to simplify the design and increase the efficiency of the laser, the gas pumping means and the heat exchanger are combined and

made in the form of a hollow shaft, made with the possibility of its rotation around its axis and located in the housing eccentric, while on the outer surface of the shaft perpendicular to its axis

ribs are installed, made in the form of discs, the centers of which coincide with the axis of the shaft, and a tube connected to the refrigerant supply system is inserted into the internal cavity of the shaft.

12

I

tfVVX UHHGCH 1U HLL

// I I 22

25 23

"Y

Fig

17

18

Fig

Court

26

It

7

thirty

28