Активный элемент газового лазера

 

АКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА, содержащий разрядный капилляр , анод и прямонакальный катод,выполненный в виде цилиндрической спирали , закрепленной на траверсах в катодной колбе, отличающийс я тем, что, с целью повышения стабильности мощности излучения, ось катода смещена относительно оси разрядного капилляра и перпендикулярна ей, при этом места крепления катода к траверсам, ось катода и центр катодного торца разрядного капилляра расположен в одной плоскости,спираль катода установлена симметрично относительно центра катодного торца капилляра , а величина смещения оси катода превьш1ает сумму радиусов цилиндрической спирали катода и разрядного капилляра

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Н 01 $ 3/03

W:,:. : -1 1. гм-, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2I) 3549474/24-25 (22) 09.02.83 (46) 30.08.89, Бюл. Ф 32 (72) А.В.Кирсанов и С.И.Мольков (53) 621.375.8 (088.8) (56) Донин В.И. Дуговой катод непрерывного разряда при пониженном давлении,рабочего газа. Приборы и техника эксперимента. 1971, Ф 3, с. 161-164, Патент США 9 3670261, кл. 331-94.5, опублик. 1972. (54)(57) АКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ГАЗОВОГО

ЛАЗЕРА, содержащий разрядный капил" ляр, анод и прямонакальный катод,выполненный в виде цилиндрической спиИзобретение относится к квантовой электронике и может быть испольэоваv но при создании активных элементов ионных газовых лазеров на инертных газах с повышенной стабильностью мощности излучения.

Известен активный элемент газового лазера, содержащий анод, разрядный капилляр и цилиндрический полый катод. Катод активного элемента представляет собой полый медный цилиндр, во входное отверстие которого вставлена молибденовая втулка для прохождения плазмы разряда.

Недостатком известного активного элемента лазера является интенсивное разрушение катода из-за ионной бомбардировки, так как катод является холодным, а применяющиеся в ионных. газовых лазерах токи разряда достигают достаточно больших величин (до,.SU„„11 2 А рали, закрепленной на траверсах в катодной колбе, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения стабильности мощности излучения, ось катода смещена относительно оси разрядного капилляра и перпендикулярна ей, при этом места крепления катода к траверсам, ось катода и центр катодного торца разрядного капилляра расположен в одной плоскости, спираль катода установлена симметрично относительно центра катодного торца капилляра, а величина смещения оси катода превышает сумму радиусов цилиндрической спирали катода и разрядного капилляра. сотен ампер). Ионная бомбардировка ведет к разрушению катода и осаждению продуктов распыления на выходную лазерную оптику, а значит, к уменьшению выходной мощности в процессе эксплуатации, т.е. уменьшает долговременную стабильность мощности излучения.Кроме того, на поверхности катода при больших токах образуются катодные пятна, вызывающие пульсации тока разряда, а следовательно, и выходной мощности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является активный элемент газового лазера,содержащий разрядный капилляр, анод, прямонакальный катод, расположенный. коаксиально оптической оси резонатора и выполненный в виде цилиндрической спйрали, закрепленной на траверсах в катодной колбе. Ток накала это1132761

ro катода протекает непосредственно через активное вещество катода.

Недостатком известной конструкции активного элемента газового лазера является невысокая стабильность мощности излучения, что вызвано тем,что коаксиальное расположение прямонакального спирального катода относительно разрядного канала не позволяет снизить пульсации тока разряда.

Это обусловлено тем,что при питании катода переменным током от источника накала и подключении отрицательногo полюса источника питания лазера к средней 15 точке трансформатора накала не обеспечивается компенсация токов катода из-за неодинакового расстояния от различных участков катода до катод» ного торца разрядного капилляра.Из- 20 менение токов ближайшего и наиболее удаленного от катодного торца капилляра участков катода происходит в противофазе, что приводит к пульсации разрядного тока с частотой напря- 25 жения накала катода и, следовательно, пульсации мощности излучения лазера, Это снижает кратковременную стабильность мощности излучения.

Кроме того, при коаксиальном расположении катода в известном активном элементе газового лазера большая часть разрядного тока идет с ближнего к.катодному торцу участка разрядного капилляра, что вызывает неравно- 35 мерность эмиссии с катода и более интенсивный разогрев переднего участка катода, а следовательно, большее его распыление. Продукты распыления загрязняют выводную оптику, 40 уменьшая выходную мощность и, таким образом, снижают долговременную стабильность мощности излучения лазера.

Целью изобретения является повьппение стабильности мощности излучения, Указанная цель достигается тем, что в активном элементе газового лазера, содержащем разрядный капилляр, анод и прямонакальный катод, выполненный в виде цилиндрической спирали, закрепленной на траверсах в катодной колбе, ось катода смещена относительно оси разрядного капилляра и перпендикулярна ей, при этом места крепления катода к траверсам, ось катода и центр катодного торца разрядного капилляра расположены в одной плоскости, спираль катода установлена симметрично относительно центра катодного торца капилляра, а величина смещения оси катода превьппает сумму радиусов цилиндрической спирали катода и разрядного капилляра.

Конструкция активного элемента газового лазера приведена на чертеже; а — ось катода совпадает с плоскостью чертежа; б — перпендикулярна ей.

Активный элемент включает в себя катод I, закрепленный на траверсах

2 в местах крепления 3. Катод помещен в катодную колбу 4. Катодная колба 4 соединена с разрядным капилляром 5, имеющим канал 6. На другом конце капилляра припаян анод 7.

Пучок 8 излучения, сформированный зеркалами 9, проходит разрядный канал через центр 10 катодиого торца капилляра 5.

Ось катода 1 смещена относительно оси разрядного капилляра 5 на расстояние, превьппающее сумму радиусов цилиндрической спирали катода и разрядного капилляра, что обеспечивает беспрепятственное прохождение пучка излучения 8 через катодную колбу 4.

Симметричное расположение катода

1 относительно центра катодного торца разрядного капилляра, а также расположение в одной плоскости мест крепления 3 катода 1 к траверсам 2, центра 10 катодного торца капилляра

5 и оси катода, которая перпендикулярна оси разрядного капилляра,обеспечивает одинаковые условия работы для всех участков (например L, L ) прямонакального спирального катода, так как расстояние от них до центра 10 катодного торца разрядного капилляра 5 одинаковое.

Устройство работает следующим образом.

Активный элемент лазера наполняется рабочим газом и- в разрядном ка нале 6 разрядного капилляра 5 между катодом 1 и анодом 7 возбуждается разряд. При зажигании разряда возникает пучок излучения 8 между зеркалами 9, проходящий через центр 10 катодного торца разрядного капилляра

5. При этом катод расположен так,что любому элементу катода соответствует симметричный, расположенный на равном расстоянии от центра катодно5 1

ro торца капилляра. Ток разряда с катода 1 идет равномерно, так как все элементы вдоль продольной оси капилляра находятся на одинаковом расстоянии от центра катодного торца

10 разрядного капилляра. Имеется только небольшая неравномерность, обусловленная поперечными размерами катода, которую практически невозмо но устранить.

Подключение отрицательного полюса истоЧника питания осуществляется к средней точке вторичной обмотки трансформатора накала. Такое подключение обеспечивает компенсацию пульсаций тока разряда, поскольку при питании катода переменным током накала одна часть его находится под отрицательным потенциалом и по ней протекает ток i/2 +

Прибавка .gi обусловлена увеличением напряженности электрического поля между анодом 7 и.траверсой,имеюшей отрицательный потенциал. По другой траверсе идет ток i!2 — h i..

Уменьшение тока на gi вызвано тем, что на эту траверсу подается положительное напряжение, уменьшающее разность потенциалов анода и этой тра132761 6 версы. В трансформаторе накала токи суммируются» Результирующий ток

i =i/2+ д1+Х/2- hi =Х, то есть изменения тока разряда, вызван" . ные переменным током накала, компенсируются и не вызывают пульсации разрядного тока активного элемента газового лазера. Предложенное располож- 1О жение катода в активном элементе поз воляет значительно повысить стабильность мощности излучения лазера (не менее чем в 3 раз). Конструкция активного элемента газового лазере

15 позволяет получить Bb3coR кратковре менную и долговременную стабильность выходной мощности излучения. Кроме

/ того, иэобретение позволяет улучшить условия рабаты катода sa счет обес-, 20 печения равномерности работы отдельных его участков, что повышает срок службы катода и активного элемента в целом.

Предложенная конструкция актив25 ного элемента газового лазера найдет шпрокое применение в стабильных по мощности излучения ионных газовых лазерах на инертных газах, в которйх . используется прямонакальный с ираль30 ный катОду

1132761

Редактор Л.Письман

Техред М.Ходанич Корректор Т.Малец

Заказ 4976 Тираж 615 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рауюская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул. Гагарина, 101