Проточный газовый лазер

 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в проточных газовых лазерах. Сущность изобретения: в герметичном корпусе лазера расположены средство для прокачки газа и теплообменник. Средство для прокачки газа и теплообменник совмещены и выполнены в виде вращающегося полого вала. На наружной поверхности вала установлены ребра , образованные тонкостенными дисками. В полости вала расположена трубка для подачи хладагента. 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 H 01 S 3./22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ . (21) 3279510/25 (22) 11.03,81 (46) 07.03.92. Бюл. М 9 (71) Институт теоретической и прикладной механики СО АН СССР и Новосибирский государственный университет (72) B.K.Áàåâ, П.И.Беломестнов, Е.И.Вязович и Ю.А.Якоби (53) 621.375,8(088.8) (56) Патент СВА 1ч . 4058778. кл. 331-94,5, опублик. 1977.

Патент США М 4099143, . кл. 331-94,5, опублик. 1978.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в проточных газовых лазерах.

Известен мощный проточный газовый . лазер. непрерывного действия, содержащий размещенные в герметичном корпусе осевой вентилятор для перемещения рабочего газа по замкнутому контуру, подключенную к внешнему источнику питания систему элеКтродов- для поддержания возбуждающего электрического разряда в газе, оптический резонатор. для вывода излучения и теплообменник, обеспечивающий охлаждеwe нагретого в зоне разряда рабочего газа.

-Использование вентиляторов. создаю-: щих на выходе газовый поток, сечение которого значительно отличается от формы разрядного промежутка, приводит к необходимости преобразования формы сечения

fIoToK8 газа, что связано с усложнением конструкции корпуса лазера и увеличением его габаритов..ЫЛ,, 1718314 А1 (54) ПРОТОЧНЫЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР (57) Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано s проточных газовых лазерах. Сущность изобретения; в герметичном корпусе лазера расположены средство для прокачки газа и теплообменник. Средство для прокачки газа и теплообменник совмещены и выполнены в виде вращающегося полого вала. На наружной поверхности вала установлены ребра, образованные тонкостенными дисками. В полости вала расположена трубка для подачи хладагента. 8 ил, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является проточный а газовый лазер с замкнутой системой циркуляции газа, содержащей размещенные в герметичном корпусе диаметральный вентилятор, служащий для перемещения рабочего газа по замкнутому контуру, систему электродов для возбуждения газа электрическим разрядом, оптический резонатор и теплообменник.

Диаиетрапьный (поперечно-поточные или тангенциальный) вентилятор, ротор ко- д торого имеет относительно небольшой диаметр и большую осевую длину, формирует поток газа с сечением в виде вытянутого прямоугольника, соответствующего форме разрядного промежутка..

Недостатком известного лазера является наличие в его корпусе громоздкого теплообменника, увеличивающего габариты лазера и создающего значительное гидравлическое сопротивление для протекающего

1718314

25

40 через него рабочего газа, что требует повышенных расходно-напорных характеристик вентилятора, Кроме того, изготовление диаметрального вентилятора с ротором, имеющим большую относительно диаметра длину, сопряжено с большими технологическими трудностями и усложняет конструкцию лазера.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение КПД лазера.

Цель достигается тем, что в проточном газовом лазере, содержащем герметичный корпус с расположенными в нем средством для прокачки газа и теплообменником и систему подачи хладагента в теплообменник, средство для прокачки газа и теплообменник совмещены и изготовлены в виде полого вала, выполненного с возможностью его вращения, вокруг своей оси и расположенного в корпусе эксцентрично. на внешней поверхности вала перпендикулярно его оси установлены ребра. выполненные в видедисков, центры которых совпадают с осью вала, а во внутреннюю полость вала введена трубка, подсоединенная к системе подачи хладагента, На фиг.1 изображен лазер, продольный разрез; на фиг.2 — место соединения дисков с валом ротора; на фиг.3 — разрез А — А на фиг.1; на фиг.4 — лазер с удвоенной мощностью излучения, поперечный разрез; на фиг.5- разрез Б — Б на фиг.4; на фиг.б- лазер с учетверенной мощностью излучения, поперечный разрез; на фиг.7. — схема резонатора для работы лазера, изображенного на фиг,б, в режиме регенерации; на фиг.8— схема резонатора для работы в режиме генерации и.усиления.

Проточный газовый лазер (фиг.1-3) содержит размещенный в герметичном корпусе 1 блок, выполненный из материала с высокой теплопроводностью и представляющий собой длинный полый вал 2 с ребрами 3 на наружной поверхности в виде равноотстающих один от другого тонкостенных дисков, дистанционированных проставочными кольцами 4. Между дисками, кольцами и валом обеспечен плотный ме- ханический и тепловой контакт. В полости вала концентрично установлена трубка 5, укрепленная в.перфорированных перегородках 6. Блок приводится во вращение в направлении, указанном стрелкой на фиг.3, электродвигателем 7 через соединительную муфту 8. Всасывающая и нагнетающая области образованы цилиндрической стенкой корпуса и разграничены разделительной перегородкой 9 в виде трубы из изоляционного материала, установленной вблизи окружности дисков со смещением от оси симметрии корпуса в сторону набегающего потока и закрепленной в торцовых стенках

10 и 11 корпуса лазера. В свободном пространстве над блоком параллельно его оси размещены, по крайней мере, два электрода системы электрического возбуждения. рабочего газа — цилиндрический катод 12, установленный в потоке газа вблизи перегородки 9, и плоский анод 13, укрепленный с изолятором 14 на цилиндрической стенке корпуса. На торцовых стенках 10 и 11 смонтированы зеркала 15 и 16 оптического резонатора, охватывающего межэлектродную область.

Лазер работает следующим образом, Рабочий газ, наполняющий полость корпуса 1 лазера, приводится в движение по замкнутому контуру за счет сил трения в пограничных слоях. образующихся на поверхностях дисков блока, приводимого во вращательное движение электродвигателем 7 через соединительную муфту 8. В разряде, устанавливающемся между катодом

12 и анодом 13 после подачи на них напряжения от внешнего источника питания, происходит возбуждение протекающего между электродами рабочего газа. В оптическом резонаторе с зеркалами 15 и 16 происходит накопление и вывод энергии вынужденного электромагнитного излучения. Нагретый в области разряда газ всасывается вращающимся блоком, в котором происходит теплообмен между газом и дисками. За счет большой теплопроводности дисков тепло передается валу 2 и отводится хладагентом, омывающим внутреннюю поверхность вала и поступающим через трубку 5.

Мощный газовый лазер с замкнутой системой циркуляции газа (фиг.4 — 8) содержит размещенные в герметичном корпусе 17 блоки 18, объединяющие дисковые вентиляторы трения и теплообменники и приводимые во вращательное движение в направлении, указанном стрелкой на фиг;4 и 6, электродвигателями 19, размещенными в полостях труб 20; Всасывающие и нагнетающие области образованы цилиндрическими стенками корпуса и разграничены. перегородками 21. выполненными из изоляционного материала и образующими со стенками корпуса расширяющиеся каналы течения, в каждом из которых вблизи перегородок установлены цилиндрические катоды 22. Плоские аноды 23 с изоляторами 24 укреплены в крышках 25. Резонатор, содержащий зеркала 26 и 27. снабжен поворотными зеркалами 28. Окно 29 предназначено для вывода излучения из области 30 возбуждения.

1718314

Отличительной особенностью работы вариантов лазера является то, что рабочий газ возбуждается в нескольких последовательно расположенных в едином корпусе 17 . разрядных областях, образованных элект- 5 родами 22 и 23, охлаждаясь и получая энергию движения в блоках 18, расположенных в промежутках между зонами возбуждения.

Энергия излучения снимается резонатором с зеркалами 26 и 27, причем с помощью 10 поворотных зеркал 28 лазерный пучок последовательно проходит каждую соседнюю область разряда так, что направление его в каждой разрядной области меняется íà противоположное. При прохождении лазерным 15 пучком одинаково неоднородно возбужденных областей газа в прямом и противоположном направлениях происходит компенсация неоднородностей поля воз- буждения в поперечном сечении пучка. Ла- 20 зер может работать как в режиме генерации, например со схемой резонато.ра, приведенной на фиг.7, так и в режиме генерации и усиления (фиг.8), когда энергия излучения генерируется между зеркалами 25

26 и 27,.охватывающими, по крайней мере, одиу область возбужденного газа, а в остальных энергия снимается последовательно за один проход пучка.

° 1 30

Объединение в мощном газовом лазере с замкнутой системой циркуляции газа вентилятора и теплообменника в один узел, представляющий собой вращающийся многодисковый блок и выполняющий функции как вентилятора, так и теплообменника, позволяет существенно упростить конструкцию и технологию изготовления лазера, значительно уменьшить габариты и повысить его КПД.

Формула изобретения

Проточный газовый лазер, содержащий герметичный корпус с расположенными в нем средством для прокачки газа и теплообменником и систему подачи: хладагента в теплообменник, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения КПД лазера, средство для прокачки газа и теплообменник совмещены и изготовлены в виде полого вала; выполненного с возможностью его вращения вокруг своей оси и расположенного в корпусе эксцентрично, при этом на внешней поверхности вала перпендикулярно к его бси установлены ребра, выполненные в виде дисков, центры которых совпадают с осью вала, а во внутреннюю полость вала введены трубка, подсоединенная к системе подачи хладагента.

17183 ) 4

2Х 24

zs г,- -/ Q Р„,, 1718З14

3- E(noEep ymo) 1718314

2Þ

Физ. 7

2S

Составитель .

Техред М.Моргентал

Редактор Н,Гунько

Корректор M.Шароши

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

Заказ 887 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и.открытиям при ГКНТ СССР

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