Лазерная технологическая установка
Изобретение относится к квантовой электронике и может быть применено при создании лазерного технологического оборудования. Целью изобретения является повышение КПД использования излучения и надежности установки. Формирователь профиля лазерного луча установки образован по крайней мере одной профилированной и охлаждаемой щелевой электродной системой лазера. Электродная система подключена к ВЧ-источнику и образует оптический планарный волновод. На рабочие поверхности электродной системы нанесено неметаллическое покрытие с низкими волноводными потерями, обладающее меньшим, чем материал электродов, эффективным коэффициентом вторичной эмиссии. Межэлектродный зазор постоянен для всей щели, находящейся внутри оптического резонатора . 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4469807/25 (22) 29.07.88 (46) 23.04.91. Бюл. № 15 (71) Институт проблем механики АН СССР (72) П. П. Витрук и Н. А. Яценко (53) 621.375.8 (088.8) (56) Григорьянц А. Г. и Сафонов А. Н. Методы поверхностной лазерной обработки.—
М.: Высшая школа, 1987, с. 36.
Там же, ст. 178. (54) ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ
УСТАНОВКА (57) Изобретение относится к квантовой электронике и может быть применено при создании лазерного технологического оборудования. Целью изобретения является
Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке лазерных технологических установок.
Цель изобретения — повышение КПД использования излучения и надежности лазерной технологической установки.
На фиг. 1 и 2 изображены электродноволноводные системы установки, поперечное сечение (ось резонатора перпендикулярна плоскости чертежа) .
Установка содержит профилированные металлические электроды 1 и 2, на рабочие поверхности которых нанесено неметаллическое покрытие 3 и образующие оптический планарный волновод. С обоих торцов электродно-волноводной системы установлены зеркала 4 оптического резонатора. Кроме того, изображены стенки разрядной камеры 5, ВЧ-источник 6 питания, система 7 охлаждения (водопроводная сеть). Установка может быть снабжена программируемой системой 8 подачи ВЧ-напряжения на электÄÄSUÄÄ 1644270 А 1 (51) 5 Н 01 $3/22 В 23 К 26 06 повышение КПД использования излучения и надежности установки. Формирователь профиля лазерного луча установки образован по крайней мере одной профилированной и охлаждаем ой щелевой электродной системой лазера. Электродная система подключена к ВЧ-источнику и образует оптический планарный волновод. На рабочие поверхности электродной системы нанесено неметаллическое покрытие с низкими волноводными потерями, обладающее меньшим, чем материал электродов, эффективным коэффициентом вторичной эмиссии. Межэлектродный зазор постоянен для всей щели, находящейся внутри оптического резонатора. 2 ил. роды. Неметаллическое покрытие 3 обладает низкими волноводными потерями и меньшим, чем материал электродов, эффективным коэффициентом вторичной эмиссии. Межэлектродный зазор d постоянен для всей щели, находящейся внутри оптического резонатора, и выбирается из соотношения
С1/f Выполнение электродов профилированными и их взаимное расположение в соответствии с указанными условиями обеспечивает заполнение активной средой щелевой конфигурации поперечного к оптической оси резонатора сечения межэлектродного зазора, что необходимо для формирования требуемого профиля лазерного луча. Волноводный режим распространения лазерного 1644270 30 излучения внутри резонатора упрощает настройку резонатора и повышает стабильность его работы. Покрытие рабочей поверхности электродов неметаллическим материалом с низкими волноводными потерями и имеющим более низкий коэффициент вторичной эмиссии, чем материал электродов, а также выбор межэлектродного зазора в указанных пределах, позволяют осуществить слаботочный режим горения ВЧ-разряда, при котором весь межэлектродный объем (за исключением тонких приэлектродных слоев пространственного заряда, стабилизирующих разряд) можно заполнить плазмой с требуемыми лазерными характеристиками, и повысить порог перехода разряда в сильноточный режим, при котором происходит срыв лазерной генерации, т. е. тем самым повысить надежность работы установки. Эффективность превращения электроэнергии ВЧ-источника питания в лазерное излучение, непосредственно идущее на технологическое применение, равна КПД самого лазера. В установке используется простейшая электродная система без дополнительных стабилизирующих плазму устройств, что упрощает конструкцию и, в конечном итоге, повышает надежность эксплуатации установки. Лазерная технологическая установка, например с СО -лазером работает следующим образом. 4 Для указанных разрядных условий С,= =1,6-10 см ° Гц, С =50 см.Тор и C>/j= =0,02 см, С /Р=2,5 см. Экспериментально установлено, что оптимальной в рассмотренном случае является величина межэлектродного зазора, равная 4 мм. В общем случае Ci и С находятся экспериментально по следующей методике. При фиксированном d и разных значениях P измеряют минимальное значение ВЧ-напряжения на электродах У„„„(Р), при котором еще реализуется в стационарном режиме слаботочная форма ВЧ-разряда. Затем увеличивают ВЧ-напряжение до величины U„„ (P), при которой наблюдается переход ВЧ-разряда в сильноточный режим горения. Измеряют У„,р(р) С ростом P У„„„(Р)-+43„„(Р). Величина P при котором U„„„(P) =U„„(P) является критической для данного d. Изменяя межэлектродный зазор d и повторяя указанные измерения для каждого d, получают зависимость P=f(d), из которой находится С . Таким жс образом определяется Ci. Мощность лазерного излучения в установке определяется площадью рабочих поверхностей электродов и мощностью ВЧисточника питания и может достигать нескольких киловатт. При этом поперечное сечение межэлектродного зазора може иметь требуемый для конкретного технологического процесса профиль, что позволяет совместить функции электродной системы и формирователя профиля лазерного луча. Формула изобретения После включения протока хладагента через систему 7 охлаждения электродов 1 и 2, заполнения разрядной камеры смесью СО .N .Íå=1:1:3 при давлении 20 Тор, подачи ВЧ-напряжения от источника 6 питания частотой 81 МГц на электроды 1 и 2 с обеспечением слаботочного режима горения ВЧразряда и настройки зеркал 4 оптического резонатора возникает лазерная генерация. Мощность и профиль луча определяются геометрией электродно-волноводной системы и выбираются с учетом конкретного технологического процесса. Длина резонатора определяется условием волноводности распространения лазерного излучения внутри резонатора. Взаимное расположение электродов таково, что расстояние между ними удовлетворяет приведенному выше неравенству. Параметры Ci/f и С /Р имеют следующий физический смысл: Ci/f — толщина приэлектродных слоев пространственного заряда, которые всегда возникают на границе плазмы разряда с электродами и обладают в слаботочном режиме емкостной проводимостью (с точностью до ионных токов насыщения); С /P — предельная длина плазменного столба, при превышении которой величина ВЧ-напряжения на емкостных приэлектродных слоях достаточна для их пробоя с участием вторично-эмиссионных процессов Лазерная технологическая установка, содержащая газовый лазер с электродной системой и оптическим резонатором и формирователь профиля лазерного луча, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД использования излучения и надежности установки, формирователь профиля лазерного луча образован по крайней мере одной профилированной щелевой электродной системой лазера, рабочие поверхности которой образуют оптический планарный волновод, подключенный к ВЧ-источнику питания, при этом на рабочие поверхности электродной системы нанесено неметаллическое покрытие, обладающее меньшим, чем материал электродов, эффективным коэффициентом вторичной эмиссии, расстояние d между электродами выполнено постоянным для всей щели, находящейся внутри оптического резонатора, и удовлетворяет следующему соотношению: С,/f(d(C>/P, где Ci — константа, определяемая родом рабочего газа; f — частота ВЧ-источника питания; C> — константа, определяемая родом рабочего газа, материалом покрытия электродов и частотой ВЧ-источника питания; P — давление рабочего газа. 1644270 ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Моска а, )К вЂ” 35, Раушска я наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Редактор Н. Тупица Заказ 1245 Составитель Ю. Смаковский Техред А. Кравчук Корректор О. Кравцова Тираж 327 Подписное
