импульсный газовый лазер
Классы МПК: | H01S3/097 с использованием газового разряда газового лазера |
Автор(ы): | Козлов Б.А., Соловьев В.И., Федотов А.А. |
Патентообладатель(и): | Научно-исследовательский институт газоразрядных приборов |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-03-30 публикация патента:
20.10.1996 |
Использование: импульсные газовые лазеры с поперечным электрическим разрядом, в частности ТЕА CO2 лазеры. Сущность изобретения: в газовом лазере, содержащем оптический резонатор, разрядную камеру с основными поперечными электродами, системами предыонизации и прокачки, система прокачки выполняется в виде двух параллельных электродов, установленных вне основного разрядного промежутка вдоль основных электродов. Поперечная циркуляция газовой смеси через основной разрядный промежуток возникает при зажигании униполярного коронного разряда между коронирующими и некоронирующими электродами системы прокачки, что обеспечивает возможность увеличения частоты следования импульсов до нескольких десятков-сотен герц без применения механических средств прокачки газовой смеси. Некоронирующий электрод выполняется в виде сетки с ячейками произвольной формы и коэффициентом заполнения 0,1-0,5. Коронирующий электрод может быть выполнен в виде одной или нескольких параллельных проволок или в виде одной или нескольких параллельно расположенных гребенок из металлических острий. Расстояние между проволоками, гребенками и между остриями в гребенке выбирается из определенного соотношения. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
1. Импульсный газовый лазер, содержащий оптический резонатор, разрядную камеру с основными высоковольтным и заземленным поперечными электродами и системами предыонизации и прокачки, отличающийся тем, что система прокачки выполнена в виде двух параллельных коронирующего и некоронирующего электродов, установленных вне основного разрядного промежутка вдоль основных поперечных электродов. 2. Импульсный газовый лазер, содержащий оптический резонатор, разрядную камеру с основными высоковольтным и заземленным поперечными электродами и системами предыонизации и прокачки, отличающийся тем, что система прокачки выполнена в виде двух параллельных коронирующего и некоронирующего электродов, причем некоронирующим электродом системы прокачки служит заземленный основной поперечный электрод, а коронирующий электрод установлен вне основного разрядного промежутка со стороны, противоположной высоковольтному электроду. 3. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что в разрядную камеру введена перегородка, установленная последовательно с системой прокачки между оболочкой камеры и основным высоковольтным поперечным электродом. 4. Лазер по п. 1 или 2, отличающийся тем, что некоронирующий электрод выполнен в виде металлической сетки с ячейками произвольной формы и коэффициентом заполнения К 0,1 0,5. 5. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что коронирующий электрод выполнен в виде одной или нескольких проволок, расположенных параллельно одна другой, причем расстояние между проволоками выбирается из соотношения p (0,5 1)h, где h расстояние между коронирующим и некоронирующим электродами системы прокачки. 6. Лазер по п. 1 или 2, отличающийся тем, что коронирующий электрод выполнен в виде одной или нескольких параллельных гребенок из металлических острий, причем расстояние между гребенками и между остриями в ряду выбирается из соотношения p (0,5 1)h, где h расстояние между коронирующим и некоронирующим электродами системы прокачки.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к импульсным газовым лазерам с поперечным электрическим разрядом, в частности к ТЕА CO2-лазерам, и может быть использовано при создании малогабаритных долговечных отпаянных лазеров, работающих с высокими частотами повторения импульсов. Известно, что повышение частоты следования импульсов обеспечивается созданием прокачки газа через разрядный промежуток (см. Карнюшин В.Н. Солоухин Р. И. Макроскопические и молекулярные процессы в газовых лазерах. - М. Атомиздат, 1981 г. стр. 200 ). Предельная частота следования импульсов f связана со скоростью газового потока следующим соотношением:f = (0,1
![импульсный газовый лазер, патент № 2068213](/images/patents/404/2068213/247.gif)
где V средняя скорость потока в промежутке между электродами;
l протяженность электродов по направлению потока. Известен газовый лазер, содержащий оптический резонатор, разрядную камеру с основными поперечными электродами и системой предыонизации, в которой необходимый газовый поток создается с помощью вентиляторов, расположенных непосредственно в объеме разрядной камеры (см. заявка РСТ 84/02039, опубл. 17.05.84, кл. H 01 3/097). Недостатками конструкции лазера, существенно ограничивающими возможности его практического применения, являются следующие. Значительные габариты по сравнению с приборами, работающими с низкими частотами следования импульсов. Сложность конструкции, что соответственно увеличивает себестоимость и снижает надежность прибора. Загрязнение активной газовой среды продуктами газоотделения электродвигателей вентиляторов, что исключает длительную работу в отпаянном режиме. Известен импульсный газовый ТЕА лазер, содержащий резонатор, разрядную камеру с основными поперечными электродами и системой предыонизации. Прокачка газового потока создается электродвигателем, вынесенным за пределы разрядной камеры (см. пат. ФРГ 3.405.867, кл. Н 01 3/043, опубл. 23.08.84). Недостатками известной конструкции являются дальнейшее ее усложнение и увеличение габаритов лазера за счет применения дополнительных устройств передачи вращения от внешнего электродвигателя внутрь разрядной камеры. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является импульсный газовый ТЕА лазер, содержащий оптический резонатор, разрядную камеру с основными высоковольтными и заземленным поперечными электродами и системами предыонизации и пассивной прокачки газа, осуществляемой без применения механических средств. Направление движения газа задается двумя вентилями, расположенными на противоположных (по направлению оптической оси) концах стенки разрядной камеры и создающими эту камеру с дополнительным газовым резервуаром. При изменениях давления в разрядной камере, обусловленных электрическим разрядом, один вентиль открывается, другой закрывается (см. заявку ЕПВ 0.059.229, кл. Н 01 3/03, опубл. 08.09.82. прототип). Основной недостаток конструкции заключается в том, что, во-первых, такой пассивный способ прокачки не обеспечивает значительной скорости потока, во-вторых, движение газа осуществляется вдоль электродов. Поэтому существенного увеличения частоты следования импульсов, как следует из выражения (1), достигнуто быть не может. Кроме того дополнительный газовый объем увеличивает габариты известного лазера. Задачей изобретения является создание малогабаритного отпаянного лазера, в котором без применения механических средств, обеспечивается поперечная циркуляция газа. Техническим результатом настоящего изобретения является повышение частоты следования импульсов. Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается за счет того, что в известном импульсном газовом лазере, содержащем оптический резонатор, разрядную камеру с основными высоковольтным и заземленным поперечными электродами и системами предыонизации и прокачки, система прокачки выполнена в виде двух параллельных коронирующего и некоронирующего электродов, установленных вне основного разрядного промежутка вдоль основных поперечных электродов. Кроме того в разрядную камеру введена перегородка, установленная последовательно с системой прокачки, между оболочкой разрядной камеры и основным высоковольтным поперечным электродом. Во втором варианте технический результат достигается тем, что некоронирующим электродом системы прокачки служит заземленный основной поперечный электрод, а коронирующий электрод установлен вне основного разрядного промежутки со стороны противоположной высоковольтному основному поперечному электроду. Некоронирующий электрод выполнен в виде металлической сетки с ячейками произвольной формы и коэффициентом заполнения К 0,1-0,5. Кроме того, коронирующий электрод выполнен в виде одной или нескольких проволок, расположенных параллельно друг другу, причем расстояние между проволоками выбирается из соотношения р (0,5-1)
![импульсный газовый лазер, патент № 2068213](/images/patents/404/2068002/183.gif)
![импульсный газовый лазер, патент № 2068213](/images/patents/404/2068002/183.gif)
4. На фиг. 2 показан второй вариант предлагаемого лазера, на фиг. 3, 4 - возможное расположение коронирующего и некоронирующего электродов и перегородки. Лазер содержит зеркала оптического резонатора 1,1", основные высоковольтный 2 и электрически заземленный 2 поперечные электроды, электроды для зажигания вспомогательного разряда предыонизации 3,3" (электроды изображены условно в виде проволок, т.к. возможно применение любой другой системы предыонизации, не создающей значительного сопротивления газовому потоку, циркулирующему через основной разрядный промежуток), некоронирующий электрод системы прокачки 4 и коронирующий электрод в виде проволоки или гребенки острий 5. На фиг. 2 некоронирующий электрод 4 одновременно является и электродом основного разрядного промежутка 2". Перегородка 7, установленная последовательно с системой прокачки 4, 5 вдоль всей камеры 6, между оболочкой камеры 6 и основным высоковольтным и поперечным электродом 2, показана на фиг. 3, 4. Стрелками на рисунках обозначено направление газового потока. При зажигании между электродами 4, 5 униполярного коронного разряда возникает движение газа в разрядной камере. Причиной возникновения газового потока, получившего название "электрического ветра", является однонаправленный поток ионов во внешней области коронного разряда (см. Капцов Н.А. Коронный разряд М. Гостехиздат, 1947 г. стр. 272 ). Ионы и увлекаемый ими газ движутся от коронирующего 5 к некоронирующему 4 электроду. После прохождения через посланий газовый поток направляется через основной разрядный промежуток 2,2. Его скорость может достигать нескольких метров в секунду. При поперечном размере основных электродов, например, 1 см частота следования импульсов лазера, согласно выражения (1), составит несколько десятков-сотен герц. По мере удаления от сетки 4 скорость потока уменьшается, поэтому система прокачки должна располагаться на минимально возможном расстоянии от основного промежутка 2,2". Выбор этого расстояния определяется условиями электрической изоляции. При одинаковой величине тока коронного разряда скорость потока возрастает с уменьшением расстояния h между коронирующим и некоронирующим электродами. Минимально возможное расстояние выбирается экспериментально из условий обеспечения устойчивого горения коронного разряда. Выбор числа параллельных проволок или рядов острий коронирующего электрода определяется необходимой шириной газового потока и диктуется расстоянием между основными электродами d. Если отношение d/h
![импульсный газовый лазер, патент № 2068213](/images/patents/404/2068213/8818.gif)
Класс H01S3/097 с использованием газового разряда газового лазера