Газовый проточный лазер

Авторы патента:

H01S3/036 - средства для получения или сохранения заданного давления газа внутри трубки, например, путем газопоглощения, пополнения; средства для циркуляции газов, например для выравнивания давления внутри трубки (устройства для охлаждения газовых лазеров H01S 3/041; газодинамические лазеры H01S 3/0979)

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к конструкциям газоразрядных проточных лазеров. Целью изобретения является увеличение средней мощности лазерного излучения и обеспечение возможности работы лазера как в импульснопернодическом, так и в непрерывном iрежимах. Лазер содержит разрядную камеру с электродами для зажигания тлеющего разряда, газовый контур и акустический резонатор со штыревь ми электродами для зажигания импульсно-. периодического дугового разряда. В газовом контуре расположены холодильник , газонепроницаемая перегородка, перекрывающая поперечное сечение газового контура, и охлаждаемые каналы , установленные на перегородке соосно с акустическим резонатором. Разрядная камера с электродами для зажигания теплового разряда установлена отдельно от акустического резонатора . Прокачка рабочей смеси в лазере осуществляется акустическим резонатором при подаче на его электроды коротких импульсов напряжения. Величина напряжения подбирается такой , чтобы между электродами резонатора зажигался дуговой разряд. Скорость прокачки газа регулируется величиной импульсного напряжения или частотой зажигания разрядов в акустическом резонаторе. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. с (О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) Я) (51)5 Н 01 S 3/036

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (46) 30.09. 91. Пнп. Р 36 (21) 4093752/?5 (22) 22.07.86 (72) А. В. Губарев и А, А. Некрасов (53) 621.375.8(088.8) (56) Генералов Н. А. и др. Стационарный несамостоятельный разряд с ионизацией безэлектродными импульсами в лазере на замкнутом цикле, Физика плазмы. 1977, т. 3, с. 626-633.

Авторское свидетельство СССР

Ô 890929, кл, Н О! S 3/22, 1980.

d (54) ГАЗОВЫЙ ПРОТОЧНЫЙ ЛАЗЕР (57) Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к конструкциям гаэораэрядных проточных лазеров. Целью изобретения является увеличение средней мощности лазерного излучения и обеспечение возможности работы лазера как в импульснопериодическом, так и в непрерывном

I . режимах. Лазер содержит разрядную камеру с электродами для зажигания тлеющего разряда, газовый контур и акустический резонатор со штыревыми электродами для зажигания импульсно-. периодического дугового разряда. В газовом контуре расположены холодильник, газонепроницаемая перегородка, перекрывающая поперечное сечение газового контура, и охлаждаемые каналы, установленные на перегородке соосно с акустическим резонатором.

Разрядная камера с электродами для зажигания теплового разряда установлена отдельно от акустического резонатора. Прокачка рабочей смеси в лазере осуществляется акустическим резонатором при подаче на его электроды коротких импульсов напряжения, Величина напряжения подбирается такой, чтобы между злектродямн резонатора зажигался дуговой разряд, Скорость прокачки газа регулируется величиной импульсного напряжения или частотой зажигания разрядов в акустическом резонаторе. э.п, ф-лы, 3 ил.

1 1

Иэобрет.нне относится к области квантовой электроники и может быть использовано при разработке газораэрядньх проточных лазеров с замкнутым контуром.

Целью изобретения является увеличение средней мощности излучения и обеспечение работы лазера в непре" рывном режиме, На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого лазера, имеющего, один акустический резонатор, на фиг. 2 - схема предлагаемого лазера с Hp.cKOJIbKkIMH резонаторами, равномерно распределенными в плоскос ти поперечного сечения газового потока; на фиг. 3 показана схема движения газа вблизи открытого торца акустического .резонатора.

Газовый и проточный лазеры содержат разрядную камеру 1 с электродами 2 для получения оптически активной лазерной смеси, газовый контур 3, акустический резонатор 4 со штыревыми электродами 5 для зажигания импульсно-периодического дугового разряда, холодильник 6, гаэонепроницаемую перегородку 7 с отверстием, перекрывающую поперечное сечение гаэовбго контура и установленl ные в отверстиях перегородки каналы 8, стенки которых охлаждаются при помощи холодильника 9. Каналы могут быть выполнены расширяющимися по направлению к холодипьнику 6. Площадь поперечного сечения канала 8 (для расширяющегося канала вЂ” его минимальная площадь) больше площади < выходного сечения акустического. резонатора.

Лазер работает следующим образом.

От высоковольтного источника энергии на электроды 5 периодически подаются. короткие импульсы напряжения с частотой, равной собственной частоте акустического резонатора ° Величина напряжения подбирается такой, чтобы между электродами 5 зажигался дуговой разряд. В результате зажигания короткого дугового разряда реа" лизуется близкий к изохорическому процесс подвода к газу тепловой энергии и в разрядном канале вместе с температурой повышается давление га" за. В следующий момент времени нагретый газ начинает адиабатическн pac" ширяться во все стороны от эоны разряда, что сопровождается распростра"

375058 2 нением интенсивных волн сжатия. Зто, в свою очередь, приводит к повышению среднего давления в акустическом резонаторе и возникновению колебаний.

Так как частота зажигания дуговых разрядов совпадает с частотой собственных колебаний газа в резонаторе, то в последнем возникают снло" вые резонансные колебания, периодически сопровождаемые направленным выбросом газа из резонатора и последующим всасыванием его из окружающего пространства. При этом в зазоре между резонатором 4 и каналом 8 возникает сложное течение, в котором можно выделить два потока, схематически показанных на фиг. 3. Первый поток 10 образуется газом, всасываемым нз окружающего пространства в полость резонатора 4 и направленно выбрасываемым в канал 8, второй поток 11 возникает в результате эжектируемого действия потока 10.

Расстояние между разрядным каналом и открытым торцом резонатора выбрано с таким расчетом, чтобы весь нагретый разрядом гаэ выбрасывался из

З0 резонатора и попадал в охлаждаемый канал 8, а иэ него вЂ” в объем газового тракта между перегородкой 7 и холодильником 6. В результате такого нагнетания газа давление в этом объеме возрастает и возникает движение рабочбго газа по замкнутому контуру через холодильник б, разрядную камеру 1, акустический резонатор 4 и канал 8. При этом пульсации гаэо40 вого потока, вызываемые работой акустическогЬ резонатора, могут быть погашены эа счет демпфирующегодействия объема газового контура, а также в каналах холодильника б.

Таким образом, осуществляется прокачка рабочего гаЪа через объем разрядной камеры, которая, очевидно, в этом случае может работать как в импульсно-периодическом, так и в непрерывном режимах. Скорость прокачки газа можно регулировать уменьшением величины импульсного иапряжения, подаваемого на электроды 5 акустического резонатора, или переходом на частоты зажигания дуговых разрядов, составляющих целую часть от собственной частоты акустичесrcoru резонатора, или комбинацией этих двух способов.

1375058

Для повышенкя эффективности преобразования энергии давления газа в ,кинетическую энергию газовой струи необходимо снижать утечки тепловой энергии эа тот период времени, когда гаэ в резонаторе сжат. Для этого необходима стенки резонатора, окружающие заку разряда, делать иэ термоизоляционного иатериала.

Для снижения гидравлических потерь канал 8 необходимо делать в виде охлаждаеиого диффузора, т.е. Расширяющимся по направлению к холодильнику.

Испольэуеиый в таком лазере акустический резонатор может иметь различную форму. Например, может использоваться резонатор с прямоугольным поперечным сечением. В этом случае

его открытый торец имеет форму щели.

Может использоваться резонатор в виде набора нескольких каналов, например в виде труб, равномерно распределенных по поперечному сечению rasosoro тракта. Очевидно, что форма поперечного сечения канала 8 во всех случаях должка соответствовать форме открытого конца резонатора.

Расположение штыревых электродов

; в резонаторе должно выбираться, ис" ходя иэ условия максимальной пере дачи энергии газу, заполняющему обьеи резонатора, и минимума возникающих при колебаниях гидравлических потерь. На фиг. 1, 2 показаны варианты с поперечным и продольным относительно аси резонатора ргспала:к .вЂ” нием штыревых электродов.

Формула изобретения

1. Газовый праточный лазер, содержащий разрядную камеру, устройства для прокачки rasa в ниде акустичес10 кого резонатора, холодильник и ra" эовый контур, о т л и ч а ю щ и и " с я тем, что, с целью увеличения средней мощности излучения и обеспечения работы лазера в непрерывном

15 режиме, акустический резонатор установлен между выходом разрядной каме" ры и холодильником, при этом ега ат" крытый торец обращен в сторону хола" дилькика, в акустическом резонаторе вблизи его открытого торца размещены электроды для создания дугового разряда, соединенные с импульсно-периодическим источником питания, между акустическим резонатором и холоВ

25 дильником установлена гвэонепроницвемая перегородка, перекрывающая поперечное сечение газового контура, в перегородке соосно с акустическим резонатором выполнено отверстие, в

gO котором установлен открытый с двух сторон канал, площадь поперечного сечения которого больше площади выходного сечения акустического резона" тора.

2. Лазер по и. l, о т л и ч ввЂ” ю шийся тем, что части стенки акустического резонатора, примыкающие к электродам, выполнены иэ теплоизоляционного материала.

13?5058

Составитель Н. Яценко

Техред H. Ходанич Корректор В, Бутяга

Редактор В. Фельдман

Заказ 3730 Тираж Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г ° Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании активных элементов лазеров (АЭЛ) на парах щелочно-земельных металлов как импульсного, так и непрерывного действия

Разрядная трубка лазера на парах химических элементов с поперечным разрядом // 1316519

Изобретение относится к квантовой электронике и позволяет увеличить мощность излучения лазера на парах химических элементов путем выравнивания концентрации паров химического элемента в полости катода прокачкой газовой смеси

Активный элемент ионного газового лазера // 1267906

Активный элемент отпаянного газового со @ -лазера // 1232092

Активный элемент газового лазера // 1099806

Газовый лазер на парах химических элементов // 1031397

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при конструировании газовых лазеров на парах химических элементов с полым катодом

Импульсно-периодический газовый лазер // 867263

Импульсно-периодический газовый лазер // 797512

Отпаянный газовый лазер на со @ // 741748

Способ стабилизации состава газовогонаполнения молекулярных оптических квантовыхгенераторов на углекислом газе // 432854

Способ смешения газов в лазере со сверхзвуковым потоком и устройство для его осуществления // 2312438

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано в сверхзвуковых газовых лазерах смесевого типа, в частности газодинамическом и химическом лазерах

Газовый лазер с возбуждением высокочастотным разрядом // 2411619

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к области лазерной техники, и предназначено для использования при создании высокоэффективных и компактных газовых лазеров высокой мощности для индустриального применения, например для высокоточной сварки и резки металлов

Отпаянный газовый co2-лазер с поперечным разрядом // 2012112

Способ стабилизации состава рабочей среды импульсно- периодического со @ -лазера // 1681361

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в им пул ьсно-перио дичее ких С02-лазерах

Газовый лазер // 1778838

Способ получения импульсного излучения в лазере с замкнутым контуром на рабочей смеси из co2,n2 и he // 1814472

Система восстановления состава и давления газа в лазере // 2536095

Изобретение относится к устройствам для восстановления давления газа в лазере в процессе его работы. Система восстановления давления газа в лазере состоит из устройства регулирования подачи газа и трубопроводов. Устройство регулирования содержит баллон с газом, соединенный трубопроводом с лазером через регулятор давления, соединенный с устройством контроля давления. Внутри лазера размещены два коаксиально расположенных и заглушенных с торцов трубопровода, образующих общую полость с трубопроводом, соединяющим регулятор давления с лазером. Во внутреннем коаксиально расположенном трубопроводе выполнено отверстие, при этом наружный трубопровод содержит отверстия, выходящие в полость лазера. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения времени работы лазера и обеспечении требуемых энергетических и спектральных параметров лазерного излучения. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ контроля герметичности отсоединенных от вакуумного поста моноблочных газовых лазеров методом эмиссионного спектрального анализа // 2541707

Изобретение относится к лазерной технике. Способ контроля герметичности отсоединенных от вакуумного поста моноблочных газовых лазеров включает использование для оценки герметичности пробного газа, выбор аналитических пар спектральных линий пробного и рабочего газов, для оценки концентрации пробного газа, построение калибровочной зависимости относительной интенсивности выбранной аналитической пары от концентрации пробного газа, регистрацию спектра излучения тлеющего разряда контролируемого лазера, определение по калибровочной зависимости концентрации пробного газа, создание замкнутого объема вокруг контролируемой оболочки лазера, заполнение указанного замкнутого объема пробным газом, накопление в контролируемом лазере пробного газа, регистрацию линий пробного газа в спектре излучения тлеющего разряда после хранения в среде пробного газа, определение по калибровочной зависимости концентрации пробного газа и оценку герметичности изделия по разности измеренных концентраций пробных газов до и после контрольного времени хранения. В качестве пробного используют газ, не являющийся рабочим газом для данного лазера или типичным примесным газом и имеющий в выбранной спектральной области линии, не перекрывающиеся линиями основных газов или молекулярных полос типичных примесных газов, обладающих высокой интенсивностью при низких концентрациях пробного газа. При этом время, в течение которого выдерживают контролируемое изделие в среде этого газа, определяют по формуле: где Δt - время выдержки в среде пробного газа, сек; Pмин - минимальное давление пробного газа, которое можно зарегистрировать, Па; V - объем газовой смеси моноблочного газового лазера, м3; Q - минимальный поток натекания, который необходимо зарегистрировать, Па·м3/сек. Технический результат заключается в сокращении времени контроля. 2 ил.

Способ масс-спектрометрического контроля герметичности моноблочных газовых лазеров // 2555185

Изобретение относится к области контроля герметичности изделий. Способ масс-спектрометрического контроля герметичности моноблочных газовых лазеров включает создание замкнутых объемов с обеих сторон контролируемой оболочки лазера, откачку внутреннего объема вместе с анализатором пробного газа до высокого вакуума, накопление в контролируемой оболочке, соединенной с анализатором, пробного газа путем прекращения откачки пробного газа при откачке остальных газов и регистрацию изменения фоновой величины пика пробного газа за контрольное время Tк, выбираемое при выходе на линейный участок нарастания величины пика пробного газа, которое определяется до тех пор, пока зависимость интенсивности фонового потока пробного газа от времени при соседних измерениях не будет совпадать по крутизне и интенсивности с точностью до 10%, но не менее 3 раз. Осуществляют возобновление откачки контролируемого объема вместе с газоанализатором, подачу пробного газа во внешний замкнутый объем, выжидают время не меньше установления стационарного потока пробного газа через дефекты поверхностей, соединяемых вакуумно-плотно способом оптического контакта, накопление пробного газа в контролируемом объеме, регистрацию изменения суммарного пика давления пробного газа за контрольное время Tк путем прекращения откачки из газоанализатора пробного газа при откачке остальных газов. Оценку герметичности изделия производят по разности суммарной и фоновой величин пика пробного газа в момент времени Tк. Накопление пробного газа во внутреннем объеме контролируемой оболочки проводят с откачивающимся газоанализатором, отключенным от контролируемого объема. Регистрацию накопленного пробного газа проводят через время Tp, определяющееся конструкцией лазера, пробным газом и являющееся большим, чем время установления стационарного потока пробного газа через дефекты поверхностей, минимум в четыре раза. Технический результат заключается в повышении процента определения течей, а также в повышении точности определения их местоположения.

Двухконтурный газовый лазер и способ его эксплуатации // 2621616

Изобретение относится к лазерной технике. Двухконтурный газовый лазер содержит лазерную камеру, внутри которой размещены полая кювета с окнами, прозрачными к оптическому излучению и снабженными затвором с датчиком положения и устройством охлаждения, управляемым блоком. Два контура циркуляции активной среды проходят через полость кюветы, каждый из которых включает нагнетатель с блоком управления и участки нагрева с нагревателем и датчиком температуры, подключенным к блоку управления нагревом. Один из контуров снабжен датчиком давления. Вне лазерной камеры размещены источники накачки с блоком управления, система фокусировки и доставки излучения в полость кюветы. Кювета содержит расположенные на одной оптической оси с окнами кюветы оптические средства, исполнительные механизмы с датчиками положения и юстировочный лазер. Блоки управления нагнетателями активной среды контуров, нагревом, источниками накачки излучения и охлаждением окон кюветы объединены в единую автоматизированную систему управления, в которую также входит контроллер для управления блоками в соответствии с программным обеспечением и соединенный к нему по каналу ввода/вывода через сетевой коммутатор вычислительный модуль. К контроллеру последовательно подключены модуль питания, модуль связи с блоком управления источниками накачки излучения, модуль аналогового ввода, связанный с датчиком давления и температуры, модуль релейного вывода, связанный с контактором блока управления нагревом, модуль дискретного вывода, связанный с твердотельным реле блока управления нагревом и реле юстировочного лазера, а также с контактором блока управления охлаждением окон кюветы, модуль дискретного ввода, связанный с сигнальным проводником датчиков положения, исполнительных механизмов и затвора окон кюветы. Реле протока устройства охлаждения окон кюветы соединено с модулем дискретного ввода. Модуль размножения потенциала соединен с общим проводником датчиков положения. Технический результат заключается в обеспечении возможности упрощения процедуры эксплуатации лазера. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.