Способ возбуждения импульсных лазеров на самоограниченных переходах

 

СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ ИМПУЛ ЬСНЫХ ЛАЗЕРОВ НА САМООГРАНИЧЁННЫХ ПЕРЕХОДАХ, работающих в режиме саморазогрева, заключающийся в формировании с каждым импульсом возбуждения одного дополнительного знергосъема, дополнительный импульс начинают формировать в момент появления импульса генерации, соблюдая при этом следующие УСЛОВИЯ: (Ei + E2), : где Ei - энергия импульса возбуждения; Е2 - энергия дополнительного импульса; , .. .,/.:., f - частота следования импульсов воз буждения; Р - мощность необходимая для разогрева рабочего объема лазера и поддержания его при рабочей температуре.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 01 S 3/097

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21} 352814Î/25 (22) 23, 12.82 (46) О7.09.92. Бюл. М 33 (71) Томский филиал Института оптики атмосферы СО АН СССР (72) А.Н.Солдатов и H.А,Юдин (53) 621.375,8{088.8) (56);Исаев А.А. и др. Эффективный импульсный лазер на парах меди с высокой средней мощностью генерации. Письма в ЖТФ;

t972, т 16, с.40.

Авторское свидетельство СССР

В 931070, кл; Н О1 S 3/09, 1980. (54)(57)СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ ИМПУЛ ЬСНЫХ ЛАЗЕРОВ НА САМООГРАНИЧЕННЦХ Г1ЕРЕХОДАХ, работающих в режиме

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использавано прй создании отпаянных импульсных лазеров на гирвх химических элементов, работающих в.режиме:саморазогрева, . Известен способ возбуждения импульсных лазеров на самоограниченнъ х переходах. паров химических элементов, заключающийся в-том, что возбуждение активной среды и разогрев рабочего объема до рабочей .температуры осуществляется периодически повторяющимися импульсами высокой частоты,,которые, во-первых, за счет выделяемой при разряде в газовой смеси энергии, производят нагрев обьема до рабочей температуры, и ва-вторых, создают инверсную заселенность в парах химиче СКИХ ЭЛВМВнтОВ.

В данном способе ограничена возможностъоптимизации лазера по возбуждению, „, ЯХ„, 110113ОА1 саморазогрева, заключающийся в формировании с каждым импульсом возбуждения одного дополнительного энергосъема, дополнительный импульс начинают формировать в момент появления импульса генерации, соблюдая при этом следующие условия: (Е1+ Eg)f = Р, где Е1 — энергия импульса возбуждения;

Е2 — энергия дополнительного импульса;

f — частота следования импульсов возбу>кдейия;

Р— мощность необходимая для разогрева рабочего объема лазера и поддержания его при рабочей температуре, поскольку возбуждение и нагрев осуществляют одним импульсом, а также невозможна работа лазера в широком дйапазоне изменения частоты следования.

Наиболее.близким по технической сущности к способу по изобретению является способ возбуждения импульсных лазеров на самоограниченных переходах паров химических элементов, работающих в режиме саморазогрева, заключающийся в формировании импульсов возбуждения и дополнительных импульсов, не вызывающих генерации. B известном способе формируют один дополнительный импульс длительностью . Т одновременно с каждым импульсом возбуждения, причем крутизна и амплитуда дополнйтельного импульса меньше соответственно крутизны и амплитуды импульса возбуждения, а энергия дополнительного ймпульса в К раз больше

1101130

10

40 энергии импульса возбуждения, при этом значения г и К удовлетворяют следующим соотношениям:

Х=(fmax - т), где fmax — максимальная частота следования импульсов возбуждения;

f — частота следования импульсов возбуждения.

Данный способ, решая проблемустабилизации, не позволяет полностью оптимизировать лазер по возбуждению, то есть существенно увеличить энергосъем с рабочего объема по сравнению с вышеописанным способом. В данном способе дополнительный импульс имеет большую длительность, что приводит к паразитному подогреву плазмы в межимпульсный период (в период между импульсами возбуждения). Это снижает скорость деионизации плазмы и рассеяния нижнего рабочегоуровня. Например, при f»x — 20 кГц, f — 10 кГц, х= 50 мкс, то есть длительность дополнительного импульса при таких частотах равна половине периода между импульсами воз.буждения, Кроме того, при одновременной. подаче импульсов дополнительный импульс оказывает отрицательное влияние на параметры возбуждения.

Целью изобретения является увеличение удельного энергосъема импульсных лазеров на самоограниченных переходах паров химических элементов работающих в режиме саморазогрева в широком диапазо; не частот следования импульсов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе возбуждения импульсных лазеров на самоограниченных переходах, работающих в режиме саморазогрева, заключающемся в формировании с каждым импульсом возбуждения одного дополнительного импульса, дополнительный импульс начинают формировать в момент появления импульса генерации, соблюдая при этом следующее условие: (Е1+ E2)f = P, где Е1 — энергия импульса возбуждения;

Ez — энергия дополнительного импульса;

f — частота следования импульсов возбуждения;

P - мощность необходимая для разогрева рабочего объема лазера и поддержания

его при рабочей температуре, Дополнительный импульс выполняет функцию введения в рабочий объем недостающей энергии, необходимой для поддержания рабочего объема лазерной трубки при рабочей температуре, Посколькудополнительный импульс начинают формировать в момент появления импульса генерации, то дополнительный импульс не может вызвать генерации из-за высокой концентрации атомов химических элементов с заселенным нижним рабочим уровнем в момент его прохождения, поэтому снимаются ограничения по амплитуде и крутизне дополнительного импульса, что позволяет формировать дополнительный импульс малой длительности порядка 1 мкс. Это значительно уменьшает паразитное воздействие дополнительного импульса на плазму по сравнению с известным способом. Дополнительный импульс не оказывает непосредственного влияния на параметры импульса возбуждения, что поэволяет проводить оптимизацию импульса возбуждения с целью получения максимального энергосъема с рабочего объема.

Ограничения сверху, наложенные на величину задержки между началом импульса возбуждения и началом дополнительного импульса, обусловлены тем, что в момент .появления импульса генерации сопротивление.плазмы еще велико, что позволяет сохранить высоким КПД по энерговкладу дополнительного импульса.

Способ можно реализовать следующим образом. На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего данный способ. где изображены регулируемые высоковольтные источники питания 1,2, генератор запускаемых импульсов 3, высоковольтные коммутаторы 4,5 линия задержки б,.резонатор 7, лазерная трубка 8, зарядная индуктивность 9, рабочие емкости 10,11

Лазер работает следующим образом. От регулируемого высоковольтного источника питания.! заряжается рабочая емкость 10 через зарядную индуктивность 9, а от регулируемого высоковольтного источника питания 2 заряжается рабочая емкость 11 через зарядную индуктивность 9. Генератор запускающих импульсов:3 формирует импульсы. запускающие. высоковольтный -коммутатор 4, который формирует импульсы возбуждения на лазерной трубке S, помещенной в резонатор.7, параллельно с генератора запускающих импульсов 3 подаются через линию задержки 6 импульсы, запускающие высоковольтный коммутатор 5, который формирует на лазерной трубке дополнительный импульс.

Настройка лазера проводится следующим образом.

Включают оба источника питания 1,2, разогревают рабочий объем лазерной трубки до рабочей температуры, с помощью ре-. гистрирующей аппаратуры регистрируют импульсы напряжения, тока, импульс генерации, их временное расположение, сред1101130

Составитель Л. Рубинова

Редактор Е. Гиринская Техред M.Моргентал Корректор .Е. Папп

Заказ 4052 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 нюю мощность генерации, рабочую температуру. C помощью линии задержки (в качестве которой можно использовать кабельную линию задержки) дополнительный импульс отодвигают за импульс генера- ции не более чем на 1 мкс. Так как при 5 оптимизации изменение временного расположения импульса генерации не превышает

1 мкс, .Затем проводят настройку лазера по 10 возбуждению, подбирая оптимальную амплитуду возбуждающего импульса с помощью регулируемого высоковольтного источника питания 1, рабочую емкость 10, частоту следования и сорт буферного газа в 15 лазерной трубке. После:настройки лазера по возбуждению, получив максимальный знергосъем с лазерной. трубки, сдвигают дополнительный импульс, меняя величину задержки так, чтобы дополнительный импульс 20 начинался в момент появления импульса генерации, и проводят настройку дополнительного импульса, подбирая- оптимальную амплитуду дополнительного импульса и величину рабочей емкости Н С целью получе- 25 ния максимального КПД по знерговкладу в лазерную трубку.

Данный способ позволяет получить более высокий удельный энергосъем с рабочего объема лазера, чем в известных способах, благодаря возможности в более широких пределах изменять параметры импульса возбуждения и дополнительного импульса, то есть проводить независимую более полную оптимизацию лазера по возбуждению и нагреву.

Данный способ можно испольэовать в системах для стабилизации выходных параметров лазерного излучения (средней и импульсной мощности генерации) температуры рабочего объема лазера. При этом данный способ работоспособен в более широких пределах изменения частоты следования импульсов возбуждения, чем прототип. На низких частотах 100 Гц следования импульсов возбуждения необходимо увеличивать. энергию дополнительного импульса, чтобы поддерживать рабочий объем лазера прй рабочей температуре, то есть увеличивать амплитуду дополнительного импульса..