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

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)

Сущность изобретения: в лазере на рабочей CO₂, N₂ прокачивают рабочую смесь вдоль разрядной трубки с определенной скоростью. При этом изменение парциального состава смеси в любом объеме пространства трубки не выходит за пределы допустимого. Таким образом мощность излучения при перестройке частоты повторения импульсов практически не меняется. 2 ил.

Изобретение относится к квантовой электронике, и может быть использовано для повышения эффективности работы СО₂-лазера. Цель изобретения - повышение КПД при перестройке частоты повторения импульсов путем уменьшения мощности излучения от частоты возбуждения разряда. На фиг.1 приведена зависимость средней мощности излучения лазера от частоты возбуждения разряда (частоты повторения импульсов) при отсутствии прокачки (кривая 1), при прокачке со скоростью v=1 м/с (кривая 2), при прокачке со скоростью v=0,1 м/с (кривая 3); на фиг.2 - конструкция лазера. Лазер содержит разрядную трубку 4, электроды 5, оболочку 6 разрядной трубки, обводной канал 7, насос 8 в обводном канале, источник 9 импульсного напряжения лазера. Предложенный способ заключается в следующем. Одновременно с включением лазера включается насос, прокачивающий газовую смесь лазера со скоростью v где C_o= n - номер типа колебаний стоячей звуковой волны, возбуждающейся в разрядной трубке стоячей звуковой волны, соответствующий наиболее высокой из диапазона перестройки частоте звукового резонанса; D - коэффициент взаимной диффузии СО₂ и Не; L - длина газоразрядной трубки; С - допустимое для Не отклонение концентрации; k₁ и k₂ - отношения парциальных давлений СО₂ и N₂ соответственно к парциальному давлению Не. При движении газовой смеси вдоль разрядной трубки со скоростью v изменение парциального состава смеси в любом объеме пространства трубки не выходит за пределы допустимого, так что мощность излучения при перестройке частоты повторения импульсов практически не меняется. Изменение состава газовой смеси обусловлено следующими физическими процессами, происходящими в разрядной трубке при импульсном возбуждении разряда. Известно, что газоразрядная трубка СО₂-лазера, как и любой сосуд конечных размеров, представляет собой акустический резонатор, в котором на определенных звуковых частотах возникают интенсивные колебания частиц газа, составляющих лазерную смесь. Источником колебаний (упругих волн) в газоразрядной трубке служит импульсный разряд, периодически меняющий величину давления газа между электродами. При совпадении частоты возбуждения разряда с резонансной в трубке возникает стоячая волна, т.е. появляется поле давлений. Как показали проведенные эксперименты, в пучности давлений скапливаются малоинерционные молекулы, обладающие меньшей массой (молекулы Не), в узлах - молекулы с большей массой (СО₂ и N₂). Разделение газа в пространстве трубки по компонентам вызывает обратный эффект - концентрационную диффузию, стремящуюся восстановить первоначальное равномерное распределение состава смеси. Со временем в среде наступает равновесие с определенным распределением компонентов смеси вдоль оси трубки, зависящим от молекулярных весов компонентов, парциального состава смеси, частоты и добротности акустического резонанса, амплитуды импульса электрического напряжения. В результате парциальный состав смеси вдоль оси газоразрядной трубки настолько меняется, что вызывает значительно изменение параметров лазерной среды, приводящее к падению мощности излучения вплоть до нуля. Установление градиентов температур и концентрационные изменения, связанные с этими градиентами, во внимание можно не принимать, поскольку бародиффузионный процесс, протекающий под влиянием резонансного поля давлений, во много раз активней. Расчеты, сделанные с такими предположениями, подтверждаются экспериментально. Таким образом, эффект повышения мощности излучения путем использования импульсного возбуждения превращается при резонансных частотах возбуждения в свою противоположность - снижение мощности и даже срыв генерации, вызванное самим же импульсным разрядом. Уменьшить влияние описанного выше бародиффузионного эффекта можно путем создания конструкции лазера с согласованными по волновому сопротивлению концами газоразрядной трубки. Однако габариты лазера при этом существенно бы увеличились. Предлагается другой путь, основанный на использовании свойств самого эффекта, а именно изменении парциального состава смеси вдоль оси трубки и малой величине скорости диффузии, а следовательно, и скорости разделения компонентов, а также слабой зависимости мощности излучения от изменения парциального состава смеси вблизи оптимального значения. При наличии этих свойств перемещение газовой смеси вдоль оси газоразрядной трубки равносильно перемешиванию смеси и установлению таких отклонений парциального состава, при которых мощность излучения при возбуждении газа на резонансной частоте почти не меняется. Минимальная скорость перемещения газовой смеси вдоль разрядной трубки (скорость прокачки) должна превышать скорость бародиффузионного разделения смеси, происходящего в условиях импульсного разряда. Неравномерность парциального состава смеси по достижении минимальной скорости прокачки снижается до уровня, при котором не происходит заметного уменьшения выходной мощности.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИМПУЛЬСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ЛАЗЕРЕ С ЗАМКНУТЫМ КОНТУРОМ НА РАБОЧЕЙ СМЕСИ ИЗ CO*002, N*002 И HE, включающий прокачку рабочей смеси вдоль разрядной трубки и подачу на электроды разрядной трубки импульсного напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД при перестройке частоты повторения импульсов за счет уменьшения зависимости мощности излучения от частоты возбуждения разряда, рабочую смесь прокачивают вдоль разрядной трубки со скоростью V, удовлетворяющей условию:

где n - номер типа колебаний возбуждающейся в разрядной трубке стоячей звуковой волны, соответствующий наиболее высокой из диапазона перестройки частоте звукового резонанса;
L - длина разрядной трубки;
D - коэффициент взаимной диффузии CO₂ и He;

C - допустимое для He отклонение концентрации;
K₁ и K₂ - отношения парциальных давлений CO₂ и N₂ соответственно к парциальному давлению He.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A 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: 10-2002

Извещение опубликовано: 10.04.2002

Похожие патенты:

Газовый лазер // 1778838

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 проточный лазер // 1375058

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к конструкциям газоразрядных проточных лазеров

Способ изготовления активного элемента лазера на парах щелочноземельных металлов // 1331395

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

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

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.