SU774500A1 - Газовый лазер - Google Patents

Abstract

1. ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР с активным элементом, содержащим охлаждаемую разр дную трубку, выполненную в виде набора керамических и металлических секций, катодную ножку, охлаждаемую катодную колбу, электрода с токовводами , обводной канал и оптические элементы, отличаю щи и с   Изобретение относитс  к квантовой электронике и может быть использовано при создании мощных ионных газовых лазеров. Известен ионный лазер, активный элемент которого содержит разр дную трубку с секционированными керамическими цшшндрамИо Активный элемент лазера имеет пр монакальный импрегниро- ваиный катод с молибденомами стержневыми ввода№1И, впа нными в металлическую катодную ножку.через изолирующие керамические втулки. Катодна  колба изготовлена из керамики и соединена герметично с одной стороны с к атем , что, с целью повышени  мощности излучени  при одновременном повышении технологичности изготовлени  и надежности устройства, металлические секции разр дной трубки выполнены в виде двух соединенных между собой фланцев, токовводы катодной ножки выполнены в виде коаксиальных изолированных металлических труб, между оптическими элементами и электродами установлены ловушки, выполненные в виде соединенных со стороны оптических элементов и коаксиально расположенных цилиндров, внешние из которых соединены с катодной колбой, выполненной из металла. 2. Лазер по п.1, отлич аю (Л щ и и с   тем, что разр дна  трубка входит внутрь катодной колбы иа рассто ние , не превышающее внешний диаметр трубки. 4 СП тодной ножкой, а с другой - с керамическими секци ми из окиси берилли , спа нными между собой и имеющими центральное отверстие дл  разр да и р д отверстий по периферии дл  выравнивани  давлени  газа. Данный лазер обладает механической прочностью и компактностью, так как активный элемент выполнен целиком металлокерамическимо Недостатком  вл етс  ограничение тока разр да активного элемента, вызванное наличием стержневых токоотводов катодного узла . Кроме того, наличие обводных каналов в керамических разр дных труб

Description

как приводит к уменьшению надежности и мощности излучени , так как ухудшаетс  теплоотвод за счет наличи  дополнительных каналов в керамике и не эффективно выравниваетс  перепад давлени  вдоль разр дной трубки из-за невысокой проводимости обводных каналов при больших температурах керамики Кроме того, усложн етс  и удорожаетс  активный элемент из-за сложности изготовлени  разр дных трубоко

Известен ионньй лазер, активный элемент которого содержит цельную керамическую разр дную трубку, на ко торую плотно насажена металлическа  трубка дл  предохранени  керамической трубки от растрескивани  и улучшени  теплоотводао К концам керамической разр дной трубки припа ны металлические фланцы, к которым герметично крепитс  катодна  колба с одной стороны и анод - с другой Между металлическими фланцами, ограничивающи .ми разр дную трубку, коаксиально к ней размещена рубашка охлаждени  со штуцерами дл  ввода и вьшода воДы Катод размещен в металлической катодной колбе соосно с разр дной трубкой Стержневые выводы (токовводы) катода через изол торы выход т из концевой пластины, снабженной патрубком с оптическим элементом дл  вывода излучени о Катодна  и анодна  колбы соединены стекл нным каналом дн  выравнивани  перепада давлени  по длине активного элемента

Активный элемент такого лазера имеет полностью металло-керамическую разр дную структуру, что делает его механически прочным и несложным в изготовлении Применение стержневых вводов катода затрудн ет их охлаждение при увеличении токосъема, что снижает надежность при больших мощност х излучени  лазера Катодна  колба и анод не охлаждаютс , что ограничивает потребл емую активным элементом мощность

Наиболее близок к изобретению по технической сущности и достигаемому результату газовый лазер, активньш элемент которого содержит секционированную охлаждаемую разр дную трубку, керамические секции которой через металлические кольцевые прокладки спа ны по торцам между собой. Дл  увеличени  стабильности разр да обводные каналы керамических секций сообщаютс  с центральным разр дным каналом только у электродов, а не отдельно в каждой секции Катодный узел активного элемента лазера представл ет собой смонтированньй в керамической охлаждаемой колбе пр монакальньш спиральный каТод, располагаемьш аксиально оси разр да Со стороны оптического элемента катодна  колба заканчиваетс  коваровым цилиндром с приваренным к нему оптическим элементом дл  вывода излучени  Стержневые токовводы катода проход т через катодную колбу и изолированы от нее с помощью стекл нных или керамических бусинок. Такой лазер также имеет значительную механическую прочность

Недостатками этого лазера  вл ютс  ограничение мощности излучени , невысока  надежность и нетехнологичность конструкции, обусловленные, во-первых, необходимостью увеличени  сечени  разр дных керамических секций из-за дополнительных отверстий дл  образовани  обводного канала, чт приводит к увап чению перепада температур по радиусу разр дной секции во врем  работы лазера и возникновению значительных напр жений, ограничивающих величину вводимой мощности и, следовательно, мощность излучени  а во-вторых, сложностью обеспечени  соосности разр дных и обводньк каналов , спаиваемых между собой керамических секций, так как их соединение должно осуществл тьс  в печи с защитной средой или под вакуумом, что в свою очередь существенно усложн ет получение длинномерных разр дных трубок активных элементов лазеров Кроме того, использование стержневых токовводрв катода уменьшает надежность лазера за счет их перенагрева при больших плотност х тока, а также усложн ет их охлаждение и уменьшает токоотбор с катода Отсутствие ловушки дл  предохранени  от попадани  продуктов разрушени  разр дной- керамической структуры на оптические элементы приводит к их деградаций и уменьшению долговечности (надежности изготовлени ) и мощности лазера

Целью изобретени   вл етс  повышение мощности излучени  при одновременном повьщгении технологичности изготовлени  и надежности устройствав

Это достигаетс .тем, что в газовом лазере с активным элементом, содержащим охлаждаемую разр дную трубку , выполненную в виде набора керамических и металлических секций, катодную ножку с охлаждаемой катодной колбой, электроды с токовводами, обводной канал и оптические элементы, металлические секции разр дной трубки выполнены в виде двух соединенных между собой фланцев, токовводы катод ной ножки выполнены в виде коаксиаль ных изолированных металлических труб между оптическими элементами и электродами установлены ловушки, выполненные в виде соединенных со стороны оптических элементов и коаксиально расположенных цилиндров, внешние из которых соединены с вводами электродов и обводным каналом, а внешн   тр ба токоввода катодной ножки.через ди электрик соединена с катодной колбой выполненной из металла,, Разр дна  трубка входит внутрь ка тодной колбы на рассто ние, не превы шающее внешний диаметр трубки На чертеже показан предлагаемый газовый лазер. Разр дна  трубка 1 состоит из нескольких керамических секций 2, 3, которые соединены между собой с помощью металлических втулок 4 с бурти ками 5 « Втулки предварительно спа ны с наружными металлизированными повер ност ми концов керамических секций Разр дна  трубка с одной стороны гер метично спа на с металлической катод ной колбой 6, а с другой - с анодом 7 о В катодной колбе расположен пр мо накальный спиральный катод 8 с экраном Катод св зан с трубчатыми токовводами 9 и 10 катодной ножкио Внутренн   металлическа  труба катодной ножки соосна с разр дной трубкой активного элементао Внешний трубчатый токоввод 10 катода электрически разв зан от внутреннего токоввода с помощью керамического кольца 11. Дл  получени  надежного спа  его с токовводами катода могут примен тьс  дополнительные компенсационные кольца (на чертеже не показаны). Дн  электр ческой разв зки катода от катодной колбы используетс  керамическое коль цо 12, металлическа  колба 13 рубашки охлаждени  14 крепитс  к катодной колбе. Разр дна  трубка припа на к аноду, который .соединен через сильфо 15 с анодным токовводом 16 рубашки о лаждени  Два наконечника с выходными оптическими элементами 1/ и 18 соединены с разр дной трубкой через лопушки 19 и 20, к которым приварен обводной канал 21. Керамические секции разр дной трубки вакуумплотно соедин ют с помощью металлических втулок плазменной или аргоно-дуговой сваркой, причем сварку ведут по буртикам 5 металлических втулок. В результате не происходит значительного нагрева па ного соединени  металлизированной поверхности керамики с металлическими втулками При этом можно регулировать соосность керамических секций до получени  максимального уровн  генерации , так как в них отсутствуют дополнительные каналы, образук цие обводной путьо Повышаютс  надежность технологичность конструк1 ;ии и мощность излучени  лазера Конструкци  металло-керамической катодной ножки позвол ет существенно увеличить надежность и механическую прочность этого узла, механизировать процесс его изготовлени , а также повысить его теплостойкость Цилиндрические (трубчатые) токовводы имеют большую поверхность, которую легко охлаждать с помощью съемных охлаждаемых радиаторов, что позвол ет увеличить токоотбор с такого активного элемента и увеличить мощность излучени  лазера. Электрическа  разв зка катодной ножки от металлической катодной колбы , а Тс1кже то, что часть керамической разр дной трубки входит внутрь катодной колбы позвол ет избежать распылени  материала катодной колбы в процессе работы лазера Максимальный размер участка разр дной трубки, помещенного внутрь катодной колбы, не превышает внешнего диаметра трубки и определ етс  теплопроводностью материала разр дной трубки и его теплостойкостью Дл  предотвращени  от разрушени  анода и соединительных втулок вследствие электролиза при охлаждении активного элемента проточной водой используютс  протекторы (на чертеже не показаны), представл к дие собой металлические полоски из нержавеющей стали, надежно экранирующие металлиеские части разр дной оболочки, которые имеют положительный потенциал относительно катодной колбы

При работе, например, аргонового ионного лазера существует интенсивна  перекачка газа, поэтому используют выравнивакиций перепад давлени  дополнительный обводной канало Продукты разложени  разр дной структуры активного элемента, циркулиру  по обводному каналу, во врем  работы могут загр зн ть выходную оптику«Дл  предотвращени  этого между оптическими наконечниками и разр дной трубкой размещены ловушки, а обводной канал- присоединен к их боковой поверхности перпендикул рно к оси разр дной трубки. Дл  более эффективной очистки газа от примесей используетс  геттер (на чертеже не показан), размещенный в обводном каналео Таким образом , рабочий газ, проход  обводной канал, освобождаетс  от примесей, при этом эффективность работы геттера увеличиваетс о .

Дп  компенсации удлинени  разр дной керамической трубки во врем  работы лазера в .анодной части активного элемента Имеетс  сильфонный узел С целью уменьшени  электрической нагрузки на сильфон он снаружи шунтирован несколькими гибкими металлическими полосками (на чертеже не показаны ) «

Таким образом, предложенный газовый лазер позвол ет увеличить надежность прибора за счет использовани  металло-керамической конструкции катодной ножки с трубчатыми токовводами , выполненными из теплопроводного материала, соединени  керамических разр дных секций с помощью сварки через металлические втулки с буртиками, расположени  участка разр дной трубкИ внутри катодной колбы, а также эффективного охлаждени  всей разр дной структуры лазера, осуществл емого с помощью единой металлической (за исключением разр дного участка) рубашки охлаждени .

Мощность излучени  лазера с активнь1м элементом возрастает за счет увеличени  величины разр дного тока Технологичность предлагаемой конструкций лазера обусловлена возможностью механизации процесса изготовлени  активного элемента, а также уменьшением брака при соединении разр дных керамических секцийо

Высока  механическа  прочность св зана с созданием па ных и сварных узлов активного элементао Расположение геттера внутри обводного канала, наличие ловушек дл  примесей, а также надежное вакуумное соединение узлов активного элемента позвол ют существенно увеличить его долговечность , а следовательно, и надежность лазерво

Claims (1)

1. ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР с активным элементом, содержащим охлаждаемую разрядную трубку, выполненную в виде набора керамических и металлических < секций, катодную ножку, охлаждаемую катодную колбу, электрода с токовводами, обводной канал и оптические элементы, отличаю щи й с я