Газоразрядная камера проточного газового лазера

 

(19)RU(11)1115644(13)C(51)  МПК ⁵    _H01S3/0977Статус: по данным на 17.01.2013 - прекратил действиеПошлина:

(54) ГАЗОРАЗРЯДНАЯ КАМЕРА ПРОТОЧНОГО ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании быстропроточных газоразрядных лазеров с поперечным относительно потока газа разрядом. Известна газоразрядная камера быстропроточного электроразрядного лазера с секционированным катодом в виде металлических штырей, выступающих из стенки разрядной камеры в рабочий газ. В такой камере штыревые катоды загромождают проточную часть разрядного канала и приводят к дополнительным потерям полного давления, к увеличению перепада давления по длине разрядного канала и росту потерь мощности на привод компрессора. Кроме того, в указанном газоразрядном лазере трудно без потерь мощности совместить разрядную зону с полостью резонатора. Этот недостаток устранен в известной газоразрядной камере проточного газового лазера, которая имеет секционированный катод, состоящий из плоских катодных элементов, вмонтированных в стенку катодной платы заподлицо с ней. Для предотвращения сноса прикатодной плазмы потоком газа размер катодного элемента вдоль потока газа составляет 0,1-1 мм. В этой камере развитие тлеющего разряда происходит с острых кромок концов катодных элементов, что вызывает повышенную плотность тока на концах катодов, испарение металла катодов и преждевременный переход одного разряда в контрагированный, что ограничивает энерговклад в разряд. Целью изобретения является увеличение энерговклада в разряд. Эта цель достигается тем, что в газоразрядной камере проточного газового лазера с поперечным разрядом в рабочей смеси, содержащей плоский анод и расположенный напротив него секционированный катод, секции которого установлены рядами в направлении потока, перед каждой первой по потоку секцией каждого ряда установлен дополнительно штыревой катод, выступающий в поток на величину 0,2-0,5 от расстояния анод-катод, при этом каждый из штыревых катодов установлен на продолжении линии, проходящей через середины секций ряда на расстоянии от первой по потоку секции ряда, на меньшем двадцати диаметров штыревого катода и не большем расстояния, равного произведению скорости потока газа на время существования электронно-возбужденных молекул в рабочей смеси. На фиг. 1 изображена предлагаемая камера; на фиг. 2 - вид на катод со стороны анода. Газоразрядная камера содержит общий анод 1, который вместе с противоположным катодом 2 образует проточный разоразрядный канал, штыревые катоды 3, которые в виде одного ряда устанавливаются перед рядами плоских секций катода 4, блок балластных сопротивлений 5. На фиг. 2 показано, что плоские катоды располагаются в несколько продольных рядов и перед каждым рядом электродов размещается штыревой катод. Устройство работает следующим образом. Штыревые катоды, выступающие в поток рабочего газа, обеспечивают устойчивый тлеющий разряд при повышенных давлениях газа (свыше 100 Торр) и большом диапазоне скоростей (вплоть до звуковых). Длина штырей подбирается такой, чтобы при подаче напряжения поджиг разряда происходил между штыревыми катодами и анодом, что обеспечивает предионизацию газовой смеси. Эта длина составляет (0,2-0,5) высоты разрядного канала. Эти значения были определены на основании экспериментальных исследований указанной разрядной камеры. При меньших значениях длины штыря напряжение между штырями и анодом будет сравнимо с величиной напряжения между плоскими катодами и анодом. При больших значениях длины штыря (> 0,5 высоты) становятся ощутимыми потери полного давления вследствие загромождения проточной части. При обтекании штырей газовым потоком полное давление в спутной струе за штырями меньше, чем в набегающем потоке, так как часть полной энергии потока теряется на трение и вихреобразование. Поскольку каждый штырь располагается на линии, проходящей через середину продольного ряда плоских катодных элементов, то скорость потока в средней части плоского катода у его поверхности будет меньше, чем на краях катода. С уменьшением скорости потока газа при равенстве статических давлений напряжение на разряде падает, уменьшается и пробойное напряжение. Поскольку спутная струя за штыревыми катодами содеpжит возбужденный газ, то пробой и развитие тлеющего разряда происходит между средней частью секций катода и анодом. В нормальном режиме тлеющего разряда с ростом тока увеличение площади разряда происходит от средней части плоского катода к его краям и исключается привязка шнура разряда к острым кромкам на краях электродов в пробойной стадии развития разряда и повышенные значения плотности тока на краях электродов, при которых происходит разрушение катодов и контрагирование разряда. Однородное распределение плотности тока по длине катодов в целом приводит к увеличению общей плотности тока разряда j и удельного энерговклада jE в диффузионный тлеющий разряд. При обтекании цилиндрического штыря потоком газа за ним возникает вихреобразный след, в котором имеют место пульсации скорости и давления. Экспериментальные исследования показали, что на расстоянии от цилиндра по потоку вала, равном 20 калибров, энергия пульсаций падает в 10 раз и течение в следе практически не отличается от потока газа. Поскольку крупномасштабные пульсации вызывают контрагирование разряда, то минимальное расстояние между штыревым рядом катодов и первым по потоку газа рядом катодных плоских элементов и будет составлять более двадцати диаметров штыря. Для обеспечения предионизации необходимо, чтобы времена жизни возбужденных молекул были больше времени движения газа от ряда предионизирующих штыревых катодов до первого ряда плоских катодных элементов. Поэтому максимальное расстояние между этими рядами будет определяться из условий равенства указанных времен и будет равно отношению максимальной скорости потока газа к минимальному значению частоты тушения электронно-возбужденных молекул. Выполнение газоразрядной камеры по изобретению позволяет, согласно экспериментальным данным увеличить энерговклад в разряд в 1,25-1,5 раза по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

ГАЗОРАЗРЯДНАЯ КАМЕРА ПРОТОЧНОГО ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА с поперечным разрядом в рабочей смеси, содержащая плоский анод и расположенный напротив него секционированный катод, секции которого установлены рядами в направлении потока, отличающаяся тем, что, с целью увеличения энерговклада в разряд, перед каждой первой по потоку секцией каждого ряда установлен дополнительно штыревой катод, выступающий в поток на величину 0,2 - 0,5 от расстояния анод-катод, при этом каждый из штыревых катодов установлен на продолжении линии, проходящей через середины секций ряда на расстоянии от первой по потоку секции ряда, не меньшем двадцами диаметров штыревого катода и не большем расстояния, равного произведению скорости потока газа на максимальное время существования электронно-возбужденных молекул в рабочей смеси.

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        

---