Способ накачки проточного газового лазера и проточный газовый лазер
Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании проточных газовых лазеров. Целью изобретения является повышение мощности и уменьшение расходимости излучения. В проточном лазере организуется прокачка активной среды через последовательность чередующихся зон возбуждения и охлаждения. Начало охлаждения совпадает с окончанием возбуждения и начало воздуждения совпадает с окончанием охлаждения. Полость с зоной возбуждения ограничена с двух сторон электродами 3 со сквозными каналами для впуска, выпуска и охлаждения потока активной среды. С двух других сторон полость ограничена диэлектрическими стенками 4. При охлаждении поток среды перемешивают в направлении, перпендикулярном потоку, например, с помощью лопаток 9, установленных в газовом промежутке 8 между электродами 3. На входе в первую по потоку зону охлаждения в активной среде создают распределение температур, близкое к распределению температур на выходе последней по потоку зоны возбуждения. Средняя часть тела электрода 3 выполнена в виде ряда пластин, установленных перпендикулярно диэлектрическим стенкам 4. Полости с прокачиваемой средой расположены вокруг средства прокачки поршневого типа. 2 с. и 4 з.п.ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в проточных газовых лазерах. Цель изобретения - повышение мощности и уменьшение расходимости излучения лазера. На фиг.1 представлена схема проточного газового лазера; на фиг.2 и 3 - два варианта выполнения электродов; на фиг.4 - разрез А-А на фиг.2. Лазер содержит газовый тракт 1 с прокачиваемой средой, включающий зоны возбуждения внутри резонатора 2, ограниченного с двух сторон основными электродами 3 с диэлектрическими стенками 4 с двух других сторон. Электроды 3 служат для охлаждения активной среды и образуют зону охлаждения. Прокачка активной среды через чередующиеся зоны возбуждения и охлаждения осуществляется средством прокачки 5. Электроды 3 выполнены со сквозными каналами 6 для впуска, выпуска и охлаждения активной среды. В полости газового тракта между двумя соседними электродами и вблизи электрода, расположенного вниз по потоку, установлен дополнительный электрод 7, пропускающий активную среду, а электроды 3 соседних участков газового тракта разделены газовым промежутком 8. Направление потока газа на фиг.1, 2 и 3 указано стрелкой. В газовом промежутке 8 на всем размере электродов 3 в направлении оси оптического резонатора 2 установлены лопатки 9, отклоняющие поток активной среды в направлении, перпендикулярном диэлектрическим стенкам 4, из средней части потока к периферии и от периферии к средней части. Тело электрода 3 может быть выполнено составным в направлении, перпендикулярном диэлектрическим стенкам, со средней частью в виде пластин 10, установленных перпендикулярно оптической оси резонатора и перекрывающих промежуток между диэлектрическими стенками 4 и двумя основаниями 11, в каждом из которых параллельно оси резонатора 2 выполнено четное число каналов 12 для протекания хладагента в противоположных направлениях. Полости с прокачиваемой средой, образующие зоны возбуждения, расположены вокруг средства прокачки 5 поршневого типа. На входе первой по потоку зоны охлаждения с помощью нагревателя 13 создают распределение температур, совпадающее с усредненным по времени между двумя последовательными импульсами распределением температур на выходе последней по потоку зоны возбуждения. Кроме того, лазер включает источник энергопитания 14 и, как один из вариантов выполнения, искровой источник ионизации 15. Лазер заключен в цилиндрическую оболочку 16. Лазер работает следующим образом. Средством прокачки 5 создается поток активной среды через зоны возбуждения и охлаждения. В зонах возбуждения с помощью источника энергопитания 14 возбуждается электрический разряд между электродами 3. Область газа, захваченная разрядом, нагревается и при своем движении попадает в зону охлаждения - тело электрода 3, где охлаждается. Граница нагретой разрядом области совпадает с поверхностью электрода 3, расположенного вниз по потоку, поэтому сразу же после возбуждения область нагретого газа, проникая в электрод 3, начинает охлаждаться. В тот момент, когда граница нагретой разрядом области, расположенная вверх по потоку, проникает в электрод 3 для охлаждения, можно формировать разряд в зоне возбуждения. Максимальная частота импульсов возбуждения определяется временем затухания акустических возмущений до уровня, позволяющего осуществить устойчивый разряд и получить необходимую расходимость лазерного излучения, а скорость прокачки, исходя из этого, определяется межэлектродным расстоянием и временем между импульсами возбуждения. Поток газа при своем движении мимо установленных в промежутке 8 лопаток 9 перемешивается в направлении, перпендикулярном направлению потока. При этом наиболее нагретые слои газа в середине потока между диэлектрическими стенками 4 перемешиваются с наименее нагретыми ближайшими к стенкам 4 слоями. Такое перемешивание выравнивает температуру потока в поперечном направлении и позволяет получить более однородное распределение плотности газа в зоне возбуждения, что уменьшает расходимость излучения и повышает устойчивость разряда. При движении активной среды через чередующиеся зоны возбуждения и охлаждения ее температура на выходе из зоны охлаждения плавно повышается от первой к последней зонам охлаждения. После начала работы лазера растет температура и на выходе каждой зоны охлаждения. С течением времени этот рост температуры на выходе всех зон охлаждения прекращается, но разница в температурах на выходе части зон охлаждения сохраняется. Это вызывает различные условия для формирования расходимости и устойчивости разряда в различных зонах возбуждения. Создание с помощью нагревателя 13 на входе первой зоны охлаждения распределения температуры, совпадающего с усредненным по времени между двумя последовательными импульсами распределением температуры на выходе последней зоны возбуждения, позволяет до минимума свести интервал времени по стабилизации температуры в каждой зоне возбуждения и получить одинаковую температуру и ее распределение по всем выходам зон охлаждения, а следовательно, по зонам возбуждения. В этом случае создаются одинаковые условия для формирования малой расходимости и устойчивости разряда во всех зонах возбуждения. При повышении средней температуры активной среды появляется возможность увеличить эффективность охлаждения на электродах 3, а следовательно, оптимизировать конструкцию электродов с точки зрения размеров элементов, падения давления на них и распределения плотности газа на выходе из электрода. После разряда и окончания импульса излучения нагретый газ охлаждается в электроде, по пластинам 10 которого поток тепла распространяется в основание 11 и уносится хладагентом, протекающим по каналам 12. Выполнение основных электродов с профилированными рабочими поверхностями так, что протяженность газовых каналов в них максимальна в плоскости, проходящей через ось резонатора и параллельной направлению потока газа, приводит к тому, что температура газа минимальна, а плотность газа максимальна на оси резонатора, т. е. в зоне возбуждения формируется фокусирующая газовая линза. За счет этого уменьшается расходимость и повышается мощность излучения лазера.
Формула изобретения
1. Способ накачки проточного газового лазера, включающий прокачку газа перпендикулярно оси оптического резонатора и последовательное возбуждение и охлаждение газа, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности и уменьшения расходимости излучения, прокачку осуществляют через расположенные вплотную друг к другу зоны возбуждения и охлаждения газа, причем первой по потоку расположена зона охлаждения, а охлаждение газа осуществляют так, что температура газа после охлаждения минимальна в плоскости, параллельной направлению потока и проходящей через ось резонатора. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в зоне охлаждения потока газа перемешивают в направлении, перпендикулярном направлению потока газа. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на входе в первую по потоку зону охлаждения в потоке газа создают распределение температуры, совпадающее со средним во времени распределением температуры на выходе из последней по потоку зоны возбуждения. 4. Проточный газовый лазер, содержащий газовый тракт, оптический резонатор, соь которого перпендикулярна направлению потока и проходит через по крайней мере один участок газового тракта, сверху и снизу по потоку которого расположены основные электроды, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности и уменьшения расходимости излучения, основные электроды выполнены охлаждаемыми и установлены в газовом тракте рабочими поверхностями поперек направления потока, в электродах выполнены сквозные каналы, ориентированные в направлении потока газа, при этом рабочие поверхности основных электродов выполнены профилированными так, что протяженность каналов в них максимальна в плоскости, проходящей через ось резонатора параллельно направлению потока газа. 5. Лазер по п.4, отличающийся тем, что перед рабочими поверхностями основных электродов, ориентированными навстречу направлению потока газа, установлены дополнительные газопроницаемые электроды. 6. Лазер по п.4, отличающийся тем, что основные электроды выполнены в виде набора пластин, установленных перпендикулярно оси резонатора между двух оснований, имеющих каналы для протока хладагента.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4MM4A 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: 8-2000
Извещение опубликовано: 20.03.2000
