Активный элемент газового лазера

 

Г 1ЛГ С ЭНГrr КИХ

-,!Э1111АЛИ1-.тИ И Г И

Г Г СПУ1-, q L<1 111 И 01 S 3/03

ЭГ1 И САН И Е И ЗОБ РЕТа Н

К АЦТ.!РСKÎMv СВИДЕВ ТЕ!1ьСТЯ / гос ддг эге1Н1й кгэчиTI-l пп изогвгтгния л и сэтквитиям г1 iи гкнт i:;r ñ1 (46) 1 П,",.У. Г:;11;,9 (21,1 4652 rl6u/25 (22) 20.02 89 (77) р N,дга 6.П M«pr l:, .v., Г Л Р.;Лелея

R.Г,Самооодпв и В.Л.Хахулин (53) 621,375.8(088.8) (l 6> Авторское иде1-1 Л1.с-по г CCP (ь 1267906, кл. 1I 01 ." 0! );1, 986.

Патент СЫР Г 4649547, кл, 72-61, 1987, (54) ЛКТИВНЬН4 3ЛЕМЕНТ t ЛДОВГЭГО ДЛДЕГА (";:7) Изобретение относи -.я . квантовой электронике и может быть ис 1ользовано в ионных лазерах. Цель изобреэения -- повышение надежности, 1ехно11огичности, мощности и КПД лазера. Вкладыши, ограничивающие сечение разрядного канала, выполнены в виде втулок 7, имеющих три

С РаэЛИЧНЫМИ ДиаМЕтРОМ И ДЛИНОЙ ЦИЛИНДp"l e l;éx участка. Центральный участок Bbl полнен с меньшими размерами по.5Ц, 1616467 А1 сравнению с двумя концевыми участками.

Один из них входит в полость концевого

y 1астка другой втулки смежной секции, а другой концевой участок втулки 7 входит с зазором в полость керамической шайбы 9.

Коническая поверхность шайбы контактирует с цилиндрическим закрепленным в керамической оболочке 3 участком медной манжеты 8. По крайней мере один иэ участков внешней поверхности керамической шайбы выполнен плоским и расположен у прорези медной манжеты. Определены зависимости между внутренними диаметрами, длинами втулки 7, внешним диаметром одного иэ концевых участков втулки, а также расстоянием между центральными участками втулок смежных секций. Кроме того, втулка выполнена иэ материала с усредненной по поверхности работой выхода, не превышающей 3 эВ. 2 э.п, ф-лы, 4 ил, 1616467

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в пт оиэводстве долговечных ит нных т эзерся нэ инертных газах с секционировзнными разрядными каналами, Целью изобретения является упрощение изготовления и повышение надежности конструкции, повышение мощности и КПД лазера.

На фиг. 1 дзн общий вид активного элемента лазера с секционировэнным разрядным каналом;. на л иг. 2 — две секции разрядного канала с изолипующей шайбой между ними, размещенные в керамической оболочке активного элемента лазера; на фиг. 3 — медная манжета с прорезями; нз фиг, 4 — изолирующая керамическая шайбз, Устройство содержит катод 1, анод 2 секционировзнный рзэрядн и канал, размещенный в керамической тр бке (оболочке) 3, охлаждэе,"лой жидко l;à, -,екущей через рубашку охлаждения 4, Горцы активного элемента лазера закрыты окнами Брюстера 5 и 6. Уча:ток; азмещеннпго в оболочке разрядного канала, показанный та фиг. 2. содержит две секции, вклю l8loщие втулку 7, ограничивающую сечение разрядного канала, прикрепленную (припаянную) к медной манжете 8. Между секциями для их изоляции расположена керамическая шайба 9.

Каждая меднзя тлэнжетэ 8 имеет центральное отверстие и прорези, например шесть, образую цие "лепестки".

Прорези медной манжеты 8 не только снижают величину рзстягивающих напряжений при их контакте с керамической трубкой 3 активного элемента, но и при выполнении конической внешней поверхности изолирующих н зйб, контактирующей с манжетой, ооеспочивэют лучшие условия для обратно-. ерекзчки газа в условиях эксплуатации лазера, Керамическая шайба 9 имеет плоские срезы нэ внешней поверхности, например три среза, как это показано нэ фиг. 4, расположенные у прорезей. Это дополнительно улучшает условия для прохождения газа по обводному пути. Поэтому не требуется наличия отверстий обводногр канала в медных манжетах, что упрощает конструкцию прибсра, повышает ее технологичность. Кроме гого, керамические шайбы служат не только для изоляции секций разрядного кзн";"э, но и ермоизолируют обводной пу..эз з- горячей плазмы. что значительно "«сышэет эффективность работы прибора нлцежность эз счет обеспечения выр .. ..... ия д= ления рзоочей среды по длине секционировзнного разрядного канала.

Ширина прорезей в медных манжетах 8 выбирается экспериментально и в эависи5 мости от рода газа и длины активного элемента лежит в пределах 1-4 мм.

В собранном виде разрядный канал выполнен таким образом, что одна втулка 7 одним своим концом (средним по размерам

10 цилиндрическим участком) входит в loAocTb другой втулки 7 смежной секции (см. фиг. 2), расположенной, например, со сороны ...->тодного узла. При этом другой конец втулки с зазором введен в полость керамической

15 шайбы 9, что обеспечивает необходимый газовый барьер между областью с горячим газом и областью с холодным прокзчивземым газом мех:ду изолирующей шайбой 9 и манжетой G.

20 Внутренние диэмет! я, э также длины различных цилиндрич.;ских участков втулки обозначены нэ фиг. 2 через di — дз и l>-h соответственно.

Концевые участки каждой втулки 7 дли25 ной lz и 1з играют роль дополнительных газовых экранов, защищающих область обводного канала от заряженных частиц иониэовзнной плазмы разрядного канала.

Выполнение втулки 7 с тремя цилиндриче30 скими участками заменяет изготовление отдельных узлов секций, таких кзк графитовые трубки в медных патронах, вольфрамовые диски с ребрами, ограничивающие сечение разрядного канала, а также изготовление

35 дополнительных цилиндрических деталей, играющих роль газовых экрана». Поэтому предлагаемое выполнение втулок упрощает конструкцию активного элемента в целом, повышает ее надежность (меньше спаев), 40 делает ее более технологичной, Эксперименты, проведенные с конструкцией активного зле лента для зргонового и криптонового лазеров, показали необхо45 димость выполнения для повышения мощности излучения лазера определенных оптимальных соотношений между размерами деталей секционированного разрядного канала. Полученные экспериментально со50 отношения между размерами деталей секции не отличаются для лазеров с криптоновым и аргоновым наполнением.

Эти соотношения следующие:

1,5 d14 d24 2,5 d1

55 О s du< 5d>

1 < 0,5di

isa 41

1,5d> < L (4d>

:де ГЭ - внешний диаметр одного иэ концевых чэстков втулки;

101б457 рзсстоя.4ие между ц,.нтр:4льными участками втулок смежных Гакций, При этом для криптоновг)го н." 1ол пения найдено, что расстояние L между центральными участками втулок смех ных Гекций (между секциями канала) должно удовлс; ворять соотношению

1,5d 4 < l <.3d 4. а для зргонового наполнения

2d44 L < 4dt

Различие в оптимальных рагстояниях L связано, вероятно, с разницей а эффективности соудзрений электронов с атомами гз за. Для криптона вероятность соударений примерно на 20;(, выше, чем для аргонз, что связано с меньшим потенциалом иониззции криптона.

С уменьшением диаметра втулки dz увеличивается разность погенциалов между плазмой и стенкой втулок, и эта разность при д2 < 1,5dt становится настолько большой, что заметно снижение надежности работы лазера из-за увеличения распыления материала втулки. То же самое происходит и при увеличении длины It > 0,5dt, з также увеличении длины !р > 414, т.е, распыление материала втулки становится значительным, и надежность работы прибор уменьшается. Поэтому опытным путем получены данные соотношения: I t 0,5di; I > 414, з dz 3 не должно быть меньше 1,5dt, Кроме того, наблюдается заметное снижение мощности излучения при возпастзнии dy > Зд 4, что, по-видимому, обьясняется уменьшением вторичнои эмиссии электро- 3 нов со стороны втулки.

Внутренний диаметр бз концевого участка втулки должен превышать внешнийдиаметр D во избежзние замыкания секции.

Однако этот диаметр бз не должен превы- 4 шать величину 5dt, иначе это приведе к заметному уменьшению мощности излучения из-за снижения концентрации ней1ральных атомов нз оси разряда вследствие уменьшения обрагного потока атомов от 4 станок втулки, Поэтому для получения высокой мощности излучения при сохранении высокой надежности должно выполняться и соотношение О - дз< 5dt .

Если расстояние между смежными сек- 5 циями превышает величину 4di, то заметно снижается выходная мощность излучения из-за уменьшения эффективности возбуждения лазерной среды, так как энергия электрического,пучка, образующегося после 5 каждого сужения втулки (dt) падает с расстоянием, и при больших расстояниях (больше 4dt) наблюдается заметное снижение мощности генерации. В то же время выполнение межсекционного расстояния меньше

1,5О4 (где dt не превышает 3 мм) технологич tcxtt tpудно иэ-за очень малых размеров втулки, ведь L должна быть нес:;ot! t Ko меньше суммы длин 1р + !з, так кэк концевой

5 участок втулки входит в полость концевого участка другой втулки, расположенной, например, сc! стороны катода.

Зксперил4е44 t ально установлено, что если втулка 7 выполнена из материала с высо10 кими эмиссионными свойствзми (работа выхплз. усредненнзч нз поверхности, не превыц4зет 3 эВ), эго приводи1 к тому, что под действием мощной электронной и фсто4 пой бомбардировки стенок втулки кон15 центрация электронов в разряде возрастает, а электронная температура снижается. При этом скорость заселения верхних лазерных уровней меняется незначительно, что означает неизменность сьема

20 мощности лазерного излучения с единицы

Обьема. Однако с ростом электронной концентрации напряженность продольного поля,а следовательно, и энерговклад в разряд будет уменьшаться, что, с однси стороны, 25 снижает тепловую нагрузку на стенку, а с другой — повышает КПД лазера.

Таким образом, конструкция активного элемента газового лазера с секционированным ра" ðÿäíûì каналом позволяет повы0 сить долговечность, а следовательно. нздежнос4 ь не менее чем в 1,5 раза, значительно уменьшить его габариты (в радиальном направлении) и увеличить КПД лазера.

Формула изобретения

5 1. Активный элемент газового лазера, содержащий керамическую трубку. размещенный в трубке секционированный разрядный канал, каждая секция которого содержит ограничивающий сечение канала

0 вкладыш, закрепленную в керамической трубке и соединенную с вкладышем медную манжету с прорезями, а также расположенную в контакте с манжетой керамическую шайбу, часть внешней поверхности которой

5 выполнена конической, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения изготовления и повышения надежности конструкции, вкладыш выполнен в виде втулки с тремя цилиндрическими участками рэзных чнут0 реннихдиаметров, центральныйучзст < выполнен с меньшими внутренним диаметром и длиной по сравнению с концевыми участками, один из концевых участков втулки частично размещен с зазором в полости

5 концевого участка втулки смежной секции, а другой концевой участок частично размещен с зазором в полости керамической шайбы, при этом по крзйней мере часть конической поверхности шайбы установлена в контакте с внутренней поверхностью

1616467

1,5d> < L< 4d) 1,5 d1< бг 3 д1

D < дз< 54<

I1 < 0,5d1

)г 4 4I

Составитель А. Денщиков

Редапеу О. Стенина Техред ММоргентал Корректор И. Муска

Заказ 3471 Тираж Подписное

ВН1 ИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно. издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул. Гвгвринв, "01 манжеты,а часть внешней цлиндрической поверхности шайбы выполнена плоской.

2,Активный элементпоп.1,отличающи йс тем, что, с целью повышения мс ности излучения, внутренний диаметр df и длина 11 центрального участка втулки, внутренний dz u внешний 0 диаметры, длина 1z концевого участка с меньшим диаметром, а также внутренний диаметр бз другого концевого участка и расстояние L между центральными участками втулок смежных секций удовлетворяют соотношениям

3. Активный элемент по пп, 1 и 2. о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения

КПД лазера, втулка выполнена.л ч "-.::чюл:".

10 с усредненной по поверхности о-. :ютои : хода, не превышаюшей 3 зВ