SU936772A1 - Активный элемент лазера на парах химических элементов - Google Patents

Abstract

АКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ЛАЗЕРА НА ПАРАХ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, содержащий полый катод, анод, выполненный в виде электрически соединенных и расположенных по окружности внутри катода металлических штырей, и рабочее вещество, отличающийс  тем, что, с целью повышени  мощности излучени  лазера, катод выполнен в виде двух коаксиально расположенных и соединенных через кольцевые прокладки металлических цилиндров , внутр1енний из которых выполнен с продольными щел ми, при этом штыри анода расположены во внутреннем цилиндре между щел ми, а рабочее вещество размещено в полости между цилиндрами.

Description

Изобретение относитс  к области квантовой электроники и может быть использовано при разработке лазеров на парах химических элементов с полым катодом.

Известен активный элемент лазера с полым катодом, возбуждаемый поперечным разр дом.

В первом варианте известного устройства полый катод изготовлен е виде цилиндра с боковыми отверсти ми, в которых расположены штыревые аноды.

Во втором варианте катод выполнен в виде графитового блока, имеющего продольные щели и расположенного между двум  металлическими пластинами,  вл ющимис  анодами.

Недостаток этих конструкций заключаетс  в том, что они имеют малые выходные мощности из-за неэффективного охлаждени  катода. Перегрев катода приводит к возникнрвению дугового разр да.

нарушающего услови  возникновени  инверсии в активной среде и разрушающего катод. Кроме того, недостаточное охлаждеО ние катода приводит к вытеснению паров

со о XI рабочего вещества из активной зоны, что также вызывает снижение мощности генерации . Известна конструкци  активного XI элемента лазера с полым катодом, доступN0 нымаффективномуохлаждению. В этой конструкции катод изготовлен в виде массивного металлического блока с расположенной внутри него разр дной камерой.

Недостатками этой конструкции  вл ютс  сложность изготовлени  и невысока  мощностыенерации, обусловленна  малдй Эффективностью процессов возбуждени  в прикатодной области разр да.

Известен активный элемент лазера на парах химических элементов, содержащий полый катод, и анод, выполненный в виде электрически соединенных между собой и

расположенных по окружности внутри катода металлических штырей, и рабочее вещество , Эта конструкци  активного элемента по технической сущности  вл етс  наиболее близкой к предложенной.

В известном устройстве активна  зона создаетс  в основном катодными част ми разр да.

Недостаток такого устройства заключаетс  в следующем: наибольша  температура во врем  работы развиваетс  на оси активной зоны, следовательно, плотность паров рабочего вещества будет наименьшей в приосевой области, котора  дает основной вклад в мощность излучени , такое распределение паров рабочего вещества приводит к уменьшению мощности излучени ; рассто ние между штыр ми и поверхностью катода должно составл ть несколько дес тых долей мм, что представл етизвестныетрудности при изготовлении активного элемента; если рабочее вещество заключено в специальные ампулы, например , при использовании щелочно-земельных металлов, то в известной конструкции активного элемента разместить ампулы без нарушени  геометрии разр дной области затруднительно.

Целью изобретени   вл етс  устранение указанных недостатков, а именно повышение мощности излучени  лазера и обеспечение возможности использовани  в качестве рабочего вещества химически активных элементов, заключенных в ампулы, например, щелочно-земельных металлов.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в активном элементе лазера на парах химических элементов, содержащем полый катод, анод, выполненный в виде электрически соединенных между собой и расположенных по окружности внутри катода металлических штырей, и рабочее вещество, катод выполнен в виде двух коаксиально расположенных и разделенных через кольцевые прокладки цилиндров, внутренний из которых выполнен с продольными щел ми, при этом штыри анода расположены во внутреннем цилиндре между щел ми, а рабочее вещество размещено в полости между цилиндрами.

На фиг.1 дан продольный разрез активного элемента лазера; на фиг.2 - поперечное сечение активного элемента лазера.

Катод устройства состоит из цилиндров 1 и 2, расположенных коаксиально и разделенных прокладками 3. В полости, образованной цилиндрами 1 и 2, расположены ампулы 4 с рабочим веществом, например стронцием. Внутренний цилиндр 1 имеет продольные щели 5, через которые полость

между цилиндрами сообщаетс  с полостью цилиндра 1,  вл ющейс  активной зоной лазера . Анод устройства состоит из штырей 6, соединенных между собой электрически и расположенных.по концентрической окружности вблизи внутренней поверхности цилиндра Т на рассто нии нескольких мм. При этом штыри б расположены между щел ми 5. Катод и анод заключены в диэлектрическую оболочку 7 с диэлектрическими наконечниками 8 и выходными окнами 9.

В качестве буферного газа используетс  гелий или неон при давлении несколько дес тков мм рт.ст.

Устройство работает следующим образом .

При подаче напр жени  между анодом и катодом зажигаетс  разр д в буферном газе. Разр д через 5 проникает в полость между цилиндрами 1 и 2,  вл ющуюс  полым катодом. Катодные части разр да будут в основном расположены в полости между цилиндрами, а плазма положительного столба заполн ет внутренний объем цилиндра 1. Плазменные потоки проход т через щели 5 и, фйрмируемые анодными штыр ми , расположенными между щел ми, заполн ют внутренний объем цилиндра 1. По мере повышени  температуры в результате выделени  мощности в разр де вещество в ампулах 4 начинает испар тьс  и таким образом создаютс  услови  дл  получени  генерации на парах активного вещества. При этом активна  зона расположена в приосевой области цилиндра 1, куда пары рабочего вещества устремл ютс  через щели 5. Так как больша  часть энергии разр да выдел етс  в области катодного падени , то температура в полости между цилиндрами будет выше, чем на оси цилиндра 1. Это способствует тому, что наибольша  концентраци  паров рабочего вещества будет на оси активной зоны, что приведет к увеличению мощности генерации.

Следует отметить, что пары рабочего вещества в предложенном устройстве создаютс  не только в результате испарени , но и катодного распылени , которое наиболее интенсивно в полости между цилиндрами. За счет этого можно уменьшить температуру катода устройства. Дл  возбуждени  лазерных уровней используетс  как столкновение нейтральных атомов с электронами , так и каскадное возбуждение в рекомбинирующей плазме. Дл  осуществлени  того или иного процесса соответствующим образом подбираетс  электрический режим работы устройства.

Таким образом, в предложенном активном элементе лазера на парах химических элементов мощность излучени  возрастает вследствие увеличени  плотности пара рабочего вещества на оси активной зоны, вызванной повышением температуры в месте его образовани . Анодные штыри можно удалить на несколько мм от внутренней поверхности катода, т.к. в устройстве используютс  положительный столб разр да, а не затрудненный разр д в прикатодной облзсти. Амплитуды с химически активными веществами, например щелочноземельными металлами, можно размещать в кольцевой полости, окружающей активную зону, и, следовательно, можно избежать нарушени  геометрии активной зоны.

Claims (1)

1. АКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ЛАЗЕРА НА ПАРАХ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, со держащий полый катод, анод, выполненный в виде электрически соединенных и расположенных по окружности внутри катода металлических штырей, и рабочее вещество, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности излучения лазера, катод выполнен в виде двух коаксиально расположенных и соединенных через кольцевые прокладки металлических цилиндров, внутренний из которых выполнен с продольными щелями, при этом штыри анода расположены во внутреннем цилиндре между щелями, а рабочее вещество размещено в полости между цилиндрами.