Разрядная трубка газового лазера

 

(19)RU(11)1012748(13)C(51)  МПК ⁵    _H01S3/03Статус: по данным на 27.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) РАЗРЯДНАЯ ТРУБКА ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при конструировании разрядных трубок импульсных газовых лазеров (ИГЛ) с продольным разрядом, применяемых в оптической локации, биологии, лазерной проекционной микроскопии и др. Известны секционные разрядные трубки ИГЛ, представляющие собой кварцевый цилиндр с внутренними электродами. Для обеспечения устойчивости и стабильности разряда внутри цилиндра помещается набор шайб с внутренними отверстиями, образующими разрядный канал. Наиболее близким техническим решением к предложенному является разрядная трубка ИГЛ, содержащая полый цилиндр с электродами, внутри которого расположены шайбы с отверстиями вдоль центральной оси, образующими разрядный канал. В известных разрядных трубках размеры, количество и расположение шайб выбираются произвольно, а их влияние на мощность излучения лазера не учитывается. Кроме того, увеличение вводимой в разряд электрической мощности и повышение частоты следования возбуждающих импульсов приводит к перегреву активной среды лазера и вытеснению ее из разрядного канала в холодные зоны трубки, что ограничивает мощность излучения. Целью изобретения является повышение мощности излучения. Указанная цель достигается тем, что в разрядной трубке газового лазера, содержащей полый цилиндр с электродами, внутри которого расположены шайбы с отверстиями вдоль центральной оси, образующими разрядный канал, диаметры цилиндра D и разрядного канала d связаны соотношением D/d≥3,4, толщина шайбы l связана с расстоянием между ними х соотношением 0 < l/x≅1, а расстояние между шайбами равно диаметру разрядного канала. Разрядная трубка газового лазера показана на фиг.1. Разрядная трубка содержит: полый цилиндр 1 внутренним диаметром D; набор шайб 2 толщиной l каждая с отверстием 3 диаметром d, расстояние между соседними шайбами х, окна для вывода излучения 4; электроды 5, 6, соединенные с источником импульсного напряжения 7. На фиг.2 показаны полученные экспериментально зависимости средней мощности излучения лазера от частоты следования возбуждающих импульсов; кривая 8 приведена для известных конструкций разрядных трубок, кривая 9 - для заявляемой разрядной трубки. Разрядная трубка работает следующим образом. При подаче на электроды 5, 6 импульсного напряжения от источника 7 в разрядном канале трубки вследствие периодического повышения давления, обусловленного нагревом газа в импульсе, возбуждаются звуковые волны, вызывающие перераспределение плотности активной среды лазера по объему разрядной трубки. Промежутки между шайбами являются резонаторами для возбуждаемых звуковых волн, а трубка в целом представляет собой набор таких резонаторов. Поэтому эффективно возбуждаться будут лишь те колебания, частоты которых равны или кратны резонансным частотам устройства, определяемым размером D. Однако при произвольных соотношениях размеров D и d энергия возбуждаемых колебаний распределяется между многими типами колебаний (модами), и поэтому каждая мода имеет малую амплитуду и вызываемое ими перераспределение плотности активной среды мало. Для увеличения выходной мощности лазера необходимо получить такое перераспределение, чтобы в момент подачи возбуждающего импульса в зоне разрядного канала обеспечивалась максимальная концентрация активной среды. Это достигается в конструкции при выполнении соотношения D/d≥3,4. В этом случае возбуждаются лишь нулевые моды, причем преимущественно низшая нулевая мода, которую удается "раскачать" настолько сильно, что устанавливается стоячая волна на частоте f₀₁, определяемой для цилиндрического акустического резонатора соотношением f₀₁= , (1) где С - скорость звука, κ₀₁ - корень уравнения J₀ k = 0, Jk - функция Бесселя,
К - волновое число. Чем больше отношение D/d, тем сильнее увеличение мощности излучения. Эффективность раскачки звуковых колебаний зависит также от соотношения между толщиной шайб l и расстоянием х между ними. Экспериментально установлены оптимальные границы такого соотношения: 0<l/x≅1. Эффект увеличения мощности начинает заметно проявляться, когда расстояние между шайбами равно их толщине, т. е. l/x = 1. При дальнейшем уменьшении отношения l/x (при увеличении х) амплитуды резонансных пиков (на фиг.2 кривая 9) растут, что объясняется увеличением объема газа, участвующего в резонансных эффектах. Уменьшить величину l/x можно как за счет уменьшения l, так и за счет увеличения х. Однако, как установлено экспериментально, при x>d происходит "провисание" плазмы разрядного шнура между шайбами, которое снижает эффективность возбуждения активной среды лазера. Поэтому для получения максимальной мощности генерации оптимальной является конструкция разрядной трубки, в которой x=d. Увеличение мощности излучения лазера происходит не при любых частотах следования возбуждающих импульсов, а только на дискретном наборе частот. Объясняется это тем, что подача на трубку возбуждающих импульсов с частотой следования f может рассматриваться как воздействие на резонансную систему вынуждающей силы с этой же частотой f. При этом, как было отмечено выше, образование стоячих волн возможно лишь на частотах f = f₀₁/S = 1,2,3...), кратных низшей частоте резонатора, определяемой из (1). Использование предложенной разрядной трубки позволяет на 30-40% по сравнению с известными, имеющими аналогичный объем разрядного канала и источник возбуждения, увеличить мощность излучения импульсных газовых лазеров.

Формула изобретения

РАЗРЯДНАЯ ТРУБКА ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА, содержащая полый цилиндр с электродами, внутри которого расположены шайбы с отверстиями вдоль центральной оси, образующими разрядный канал, отличающаяся тем, что, с целью увеличения мощности излучения лазера, диаметры цилиндра D и разрядного канала d связаны соотношением D / d ≥ 3,4, толщины шайб l связана с расстоянием между ними X соотношением 0 < l / x ≅ 1, а расстояние между шайбами равно диаметру разрядного канала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 23-2001

Извещение опубликовано: 20.08.2001        

---