SU965289A1 - Ионный газовый лазер - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к квантовой электронике и может быть использовано при создании мощных лазеров непрерывного действи  на инертных газах

Известна конструкци  ионного газового лазера, в которой с целью увеличени  мощности излучени  и ее стабильности активный элемент содержит две расположенные соосно охлаждаемые разр дные трубки с катодами между ними и анодами на концах или с одним общим центральным анодом и двум  катодами Кажда  разр дна  трубка содержит рубашку охлаждени  и обводную трубку j соедин нлцую электродные участки . Трубки помещены в соленоиды.

Известна  конструкци  ионного лазера позвол ет повысить мощность излучени  лазера путем увеличени  активной длины разр дного промежутка

сл

Одним из недостатков лазера  вл ГчЭ 00 етс  низка  надежность при поджиге разр да, так как импульс поджига по даетс  на анод или катод и может производить ионизацию газа в обводной трубке, а также ограничение по стабильности мощности излучени  при уве личении тока в каждой разр дной трубке , обусловленное возникновением ко лебаний тока.

Другим недостатком известного лат зера  вл етс  сложность конструкции сдвоенного активного элемента и сдвоенного источника питани .

Наиболее близким по технической :сущности к .изобретению  вл етс  ионный газовый лазер, содержащий активиьгй элемент с разр дной трубкой, выполненной из керамических и металлических чередующихс  секций и помещенной в рубашку охлаждени J соленои окружакжщй активный элемент, и источник питани  с блоком поджигао

В известном лазере разр дна  трубка соединена герметично с катодной колбой и трубчатым анрдомо В катодно колбе размещен пр моканапьный спиралньй катодо Разр дна  трубка, катодна  колба и анод помещены в рубашку с патрубками у катода и анода дл  прохода охлаждакнцей жидкостИо Анодный и катодный участки соединены обводной трубкойо

Преимущества известной конструкции лазера заключаютс  в ее простоте и надежности, так как она содержит только два электрода (анод и катод ) j одну рубашку охлаждени  и одну обводную трубку и не требует сдвоенных источника питани  и блока поджигзо Больша  длина активной части разр дного промежутка обеспечивает повышенную мощность излучени  лазерао

Недостатками этой конструкции  вл ютс  низка  надежность при включеНИИ прибора; невысока  стабильность мощности излучени  из-за возникновени  пинч-эффектао

Кроме того, при увеличении длины разр дной трубки повьшаетс  гидравлическое сопротивление рубашки, что приводит к уменьшению расхода охлаждающей жидкости, возрастает температура жидкости на выходе, в результате значительно снижаетс  эффективность охлаждени  разр дной трубкИо Это ограничивает мощность излучени  и срок службы, а следовательно , надежность работы лазераоДп  устранени  этого недостатка необходимо увеличить давление охлаждающей жидкости на входном патрубке, что усложн ет систему охлаждени  лазера и затрудн ет его эксплуатациюо Увеличение давлени  жидкости в рубашке тр бует повьш1ени  ее. механической прочности и св зано с усложнением конструкции активного элемента лазера

Целью изобретеьш   вл етс  повышение стабильности мощности излучении надежности работы лазера

Цель достигаетс  тем, что в ионном газовом лазере, содержащем активный элемент с разр дной трубкой, выполненной из керамических и металлических чередующихс  секций и помещенной в рубашку охлаждени , соленоид, окружающий активный элемент, и источник питани  с блоком поджига, соленоид выполнен из двух секций, разделенных в центральной части трубки зазором , центральна  металлическа  секци  трубки образована двум  фланцами с кольцевым выступом, участок рубашки охлаждени , расположенный в зазоре соленоида, вьтолнен в виде цилиндра из магнитом гкого материала, фланцы метЭлшической секции трубкИ и цилиндр рубашки охлаждени  электрически соединены с блоком поджига, при этом длина цилиндра не превьш1ает величину зазора между секци ми соленоида , составл ющую 0,2 длины разр д-. ной трубы, а ширина h кольцевого выступа фланцев металлической секции трубки лежит в пределах 0,1 D , где D - внутренний диаметр кольцевого выступа фланцево

На фиго1 показан газовьй лазер; на фиго2 - вид А на фиго1о

Разр дна  трубка состоит из керамических 1 и металлической 2 секций, последн   из которых выполнена в виде двух герметично соединенных между собой фланцев, имеющих кольцевой выступ , обеспечивающий необходимый зазор между концами секцийо К концам трубки припа ны цилиндрический анодный узел 3 и через металлический переходник 4 катодна  колба 5, в которой расположен пр моканальный спиральный катод 6о ,

Разр дна  трубка заключена в цилиндрическую рубашку охлаждени  7, соединенную герметично по концам с анодным узлом и катодной колбойо Рубашка выполнена по крайней мере частично из диэлектрического материала, например из стекла, чтобы электрически изолировать анодный узел от катодной кол бы о

Катодна  колба соединена,обводной трубкой 8 с анодной областью активного элемента Часть рубашки, окружаюа  центральный участок разр дной трубки, выполнена из магнитом гкого атериала, например ковара, в виде цилиндра 9 с боковыми патрубками 10 л  прохода, охлаждающей жидкости Пру-, йн щий элемент I1 служит дл  электриеского соединени  цилиндра с фланцаи металлической секции трубки Активный элемент помещен в солено ид 12, состо щий из двух секций, рас положенных так, что центральна  част разр дной трубки находитс  в свободном пространстве между секци ми Цилиндр 9 электрически соединен с вторичной обмоткой трансформатора поджига 13о Конструкци  ионного газового лазе ра может быть изготовлена следующим образом Секции трубки - катодную и анодную - вакуум-плотно соедин ют между собой через металлические фланцы плазменной или аргоно-дуговой сваркой , причем торцы втулок предварител но механически обрабатывают так, что бы они бьши строго перпендикул рны внутренним каналам секций, что обеспечивает их соосность и после еварки Собранную разр дную трубку с припа нной катодной колбой 5 и пружин щим элементом 11, приваренным к металлической секции, например, точечной сваркой, помещают в заранее изго товленную стекл нную рубашку 7 с коваровым цилиндром 9 в средней части„ Рубашку на концах герметично соедин  ют путем сварки или пайки с катодным и анодным узлами Jтpyбки, В катодную колбу заваривают ножку с аксиальным спиральным катодом 6, затем припаивают стекл нные патрубки с оптически ми узлами и обводную трубку 8 Собранный таким образом активньй элемен обрабатывают в вакууме ив разр( де, а затем наполн ют инертным газом до определенного давлени  Конструкци  лазера технологична в изготовлении и не требует сложного специального оборудовани  и высокой квалификации работников, так как при ее изготовлении используютс  обычные операции пайки, сварки, широко распр страненные в промьшленности Оптимальна  дл  поджига разр да величина зазора между керамическими секци ми разр дной трубки, задаваема  шириной кольцевых выступов фланцев металлической секции, определена экспериментально и лежит в пределах 0,1 D h D, где D - внутренний диаметр кольцевого выступа фланца При ширине выступа h больше величины D возрастает интенсивность ионной бомбардировки- поверхности втулки и, следовательно, выделение вредных примесей и распьшение ее материала. что оказывает вредное вли ние на характеристики активного элемента лазера в процессе срока службыо При ширине h меньше 0,1 D она становитс  соизмеримой с длиной свободного пробега электронов в рабочем газе, зажигание разр да затрудн етс  и требуетс  увеличение амплитуды импульса поджига . Длина цилиндра 9 не должна превышать величину зазора между секци ми соленоида 12, составл ницую не более 0,2 длины разр дной трубкио Увеличение длины свободного от магнитного пол  участка разр дной трубки приводит, с одной стороны, к увеличению критической величины тока , ас другой стороны, к снижению мощности излучени  лазера Поэтому дпина этого участка должна выбиратьс  с учетом указанных факторово В конструкции ионного газового лазера оптимальна  длина зазора между секци ми соленоида, свободного от магнитного пол , выбрана с таким расчетом , что критическа  дл  плазменных колебаний величина тока разр да соответствует предельно допустимому дл  трубок из бериллиевой керамики рабочему значению Например, дл  водоохлаждаемых разр дных трубок из бериллиевой керамики с внутренним диаметром 2,5-3,0 мм и наружным диаметром 10 мм, которые примен ютс  в ионных аргоновых лазерах, предельный ток разр да, вызывающий разрушение керамики, составл ет соответственно 60-80 АО Предельный рабочий ток, который позвол ет обеспечить срок службы активного элемента в несколько тыс ч часов, обычно составл ет 40-60 А соответственно дл  диаметров 2,5-3,0 ммо В конструкции лазера цилиндр 9, расположенный в зазоре между секци ми соленоида и выполненный из магнитом гкого материала, экранирует от магнитных полей центральную часть разр дной трубки, что позвол ет умень- шить зазор между секци ми соленоида Экспериментально установлено, что в данном случае зазор между секци ми соленоида может составл ть не более 0,2 общей длины разр дной трубкИоПрд этом снижение мощности излучени ,обусловленное отсутствием магнитного пол  на данном участке, компенсируетс  увеличением разр дного тока Если же

цилиндр 9 выполнить из немагнитного материала, то секции соленоида необходимо разнести на большее рассто ние дл  достижени  желаемого эффекта , но при этом снижение мощности излучени  уже невозможно будет скомпенсировать путем увеличени  тока разр да .

Лазер работает следующим образомо

Зажигание разр да в газе, например аргоне, осуществл етс  высоковольтным импульсом, который подаетс  от вторичной обмотки импульсного трансформатора на цилиндр 9 через пружин щий элемент 11 на фланцы металлической секции трубки, производит ионизацию газа непосредственно в разр дной трубкео При этом ионизации газа в обводной трубке не происходит, так как она соедин ет концевые электродные участки активного элемента, а импульс поджига подаетс  на фланцы, расположенные в центральной части разр дной трубки, что обеспечивает надежное зажигание разр да в разр дной трубке в широком диапазоне давлений рабочего газа, в том числе и при пониженном давлениио

Преимущества конструкции лазера заключаютс  в отсутствии колебаний тока и, следовательно, мощности излучени  в широком диапазоне разр дных токово Это достигаетс  тем, что центральна  часть разр дной трубки расположена между секци ми соленоида внутри цилиндра из магнитом гкого материала , т.ео в пространстве, где внешнее продольное магнитное поле отсутствует , .поэтому колебани  возникают при больших токах разр да

Это св зано с тем, что колебани  тока возникают в результате пинч-эффекта на локальном участке в середине разр дной трубки, где плотность газа в разр де минимальна, так как этот участок наиболее удален от электродных концов трубки, давление газа в которых выравнено обводной трубкойс При отсутствии внешнего магнитного по1йг .на этом участке пинч-эффект возникает при больших токах разр да, чем при наложении внешнего магнитного пол  о

Таким образом, конструкци  ионного газового лазера обеспечивает стабильность мощности излучени  мощного лазера, работающего при повьштенных токах разр да,, Особенно это важно дл  ионных лазеров УФ-диапазона, которые работают-при токах разр да, близких к предельно допустимому рабочему значению

Преимущество предпагаемой конструкции заключаетс  также в том,что охлаждающа  жидкость подаетс  в рубашку через патрубки 10 цилиндра 9 и отводитс  через патрубки со стороны анода и катода (или наоборот) Это позвол ет увеличить расход охлаждающей жидкости и, следовательно, эффективность охлаждени  разр дной трубки, что увеличивает надежность прибора в процессе его эксплуатации

47

юг

Фиг. 2

Claims (1)

1. ИОННЬЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР, содержащий активный элемент с разрядной трубкой, выполненной из керамических и металлических чередующихся секций и помещенной в рубашку охлаждения, соленоид, окружающий активный элемент, и источник питания с блоком поджига, о т л и ч ающийся тем, что, с целью повышения стабильности мощности излучения и надежности в работе, соленоид выполнен из двух секций’, разделенных в центральной части