Химический кислородно-йодный лазер

Изобретение относится к измерительной технике. Химический кислородно-йодный лазер содержит генератор синглетного кислорода со встроенными направляющими газового потока, йодный инжектор, сопловой блок, оптический резонатор, при этом йодный инжектор, сопловой блок и оптический резонатор размещены между внутренними поверхностями направляющих внутри генератора синглетного кислорода. Технический результат - уменьшение габаритных размеров, упрощение конструкции и повышение надежности работы. 2 ил.

 

Изобретение относится к химическим кислородно-йодным лазерам и может быть использовано при разработке лазерной техники.

Известен химический кислородно-йодный лазер на основе струйного генератора синглетного кислорода высокого давления (“Квантовая электроника”, 18, №12, 1991 г.). Аналогичные лазеры описаны в журнале “Квантовая электроника”: “КЭ”, 21, №1 (1994 г.), “КЭ”, 30, №2 (2000 г.), а также в журнале IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL.34. NО.3, MARCH 1998 "High-Efficiency Operation of Chemical Oxygen-Iodine Laser Using Nitrogen as Buffer Gas" M.Endo, S.Nagatomo, S.Takeda, M.V.Zagidullin, V.D.Nikolaev, H.Fujiii, F.Wani, D.Sugimoto, K.Sunako, K.Nanri, and T.Fujioka.

Общим для перечисленных конструкций химических кислородно-йодных лазеров является последовательное по движению газового потока соединение струйного генератора синглетного кислорода, йодного инжектора, соплового блока и оптического резонатора Это приводит к увеличению габаритных размеров лазера. Кроме того, последовательное соединение элементов лазера требует размещения каждого элемента в собственном корпусе. Наличие в конструкции лазера корпусов йодного инжектора, соплового блока, оптического резонатора, а также разъемов между ними для обеспечения вакуумной герметичности усложняет конструкцию лазера, ее обслуживание и снижает надежность работы лазера. Во время работы лазера при последовательном соединении корпуса элементов лазера находятся под максимальным перепадом давлений Δ Р_mах=Р_A-P_Г (или P_Р) ≤ 750... 700 мм рт.ст., где Р_A=750 мм рт.ст. - нормальное абсолютное атмосферное давление; Р_Г=20... 50 мм рт.ст. - абсолютное давление в генераторе синглетного кислорода (до крана - дросселя или дроссельной решетки); Р_P=0,5... 5 мм рт.ст. - абсолютное давление в сопловом блоке и оптическом резонаторе (после крана - дросселя или дроссельной решетки). Поэтому конструкции корпусов элементов лазера должны обеспечивать необходимую прочность, жесткость и вакуумную герметичность. Это также усложняет конструкцию лазера, ее обслуживание и снижает надежность работы лазера.

Целью изобретения является уменьшение габаритных размеров, упрощение конструкции и обслуживания, а также повышение надежности работы химического кислородно-йодного лазера.

Поставленная цель достигается тем, что в химическом кислородно-йодном лазере, содержащем генератор синглетного кислорода со встроенными направляющими газового потока, кран - дроссель, йодный инжектор, сопловой блок и оптический резонатор размещены между внутренними поверхностями направляющих внутри генератора синглетного кислорода. Конструкция химического кислородно-йодного лазера обеспечивает минимальные габаритные размеры, не превышающие габаритных размеров генератора синглетного кислорода.

В этом случае под максимальным перепадом давлений Δ Р_max=Р_A-Р_г≤730... 700 мм рт.ст. находится корпус генератора синглетного кислорода, остальные элементы лазера находятся под перепадом давлений Δ Р=Р_г-Р_р≤50 мм рт.ст. Это позволяет исключить из конструкции лазера корпуса йодного инжектора, соплового блока, оптического резонатора и внешние разъемы между ними для обеспечения вакуумной герметичности. Переход от внешних вакуумных разъемов высокого перепада давления к внутренним разъемам низкого перепада давления упрощает конструкцию и обслуживание, а также повышает надежность работы химического кислородно-йодного лазера.

На фиг.1 изображен принципиальный общий вид химического кислородно-йодного лазера в разрезе с генератором синглетного кислорода. Инжектор раствора установлен в верхней части корпуса генератора, инжектор хлора установлен под инжектором раствора в боковой стенке корпуса генератора. Генератор синглетного кислорода имеет реакционный канал, образованный боковой стенкой корпуса генератора и направляющей газового потока для движения струй раствора и потока хлора в одном направлении вниз по одну сторону направляющей. По окончании канала струи раствора продолжают свое движение вниз, а поток синглетного кислорода O₂(¹Δ) выходит из струй раствора с поворотом на 180° вверх для обтекания направляющей. Дальнейшее движение потока синглетного кислорода O₂(¹Δ) происходит вверх по другую сторону направляющей через кран - дроссель для понижения давления. Кран - дроссель, йодный инжектор, сопловой блок и оптический резонатор размещены между внутренними поверхностями направляющих газового потока внутри генератора синглетного кислорода. Конструкция химического кислородно-йодного лазера обеспечивает минимальные габаритные размеры, не превышающие габаритных размеров генератора синглетного кислорода, ислючает внешние разъемы между элементами лазера для обеспечения вакуумной герметичности. Это упрощает конструкцию и обслуживание, а также повышает надежность работы химического кислородно-йодного лазера.

На Фиг.2 изображен принципиальный вариант общего вида химического кислородно-йодного лазера в разрезе со сдвоенным генератором синглетного кислорода. Инжекторы раствора установлены в верхней части корпуса генератора синглетного кислорода, инжекторы хлора установлены под инжекторами раствора в боковых стенках корпуса генератора. Генератор синглетного кислорода имеет два реакционных канала, образованных боковыми стенками корпуса генератора и направляющими газового потока для движения струй раствора и потока хлора в одном направлении вниз по одну сторону направляющих. По окончании канала струи раствора продолжают свое движение вниз, а поток синглетного кислорода O₂(¹Δ) выходит из струй раствора с поворотом на 180° вверх для обтекания направляющих. Дальнейшее движение потока синглетного кислорода O₂(¹Δ) происходит вверх по другую сторону направляющих через кран - дроссель для понижения давления. Кран - дроссель, йодный инжектор, сопловой блок и оптический резонатор размещены между внутренними поверхностями направляющих внутри генератора синглетного кислорода.

Конструкция химического кислородно-йодного лазера обеспечивает минимальные габаритные размеры, не превышающие габаритных размеров сдвоенного генератора синглетного кислорода, исключает внешние разъемы между элементами лазера для обеспечения вакуумной герметичности.

Это упрощает конструкцию и обслуживание, а также повышает надежность работы химического кислородно-йодного лазера.

Химический кислородно-йодный лазер содержит генератор синглетного кислорода 1 со встроенными инжектором раствора 2, инжектором хлора 3, направляющими газового потока 4 и кран - дросселем 5, а также йодный инжектор 6, сопловой блок 7, оптический резонатор 8.

Работает химический кислородно-йодный лазер следующим образом. Щелочной раствор перекиси водорода (КОН+Н₂О₂+Н₂О) подается в генератор синглетного кислорода 1 из трубок инжектора раствора 2, установленного в верхней части корпуса генератора. Хлор (Сl₂) подается в генератор синглетного кислорода из отверстий в инжекторе хлора 3, установленного под инжектором раствора в боковой стенке корпуса генератора. Ввод струй хлора может осуществляться перпендикулярно струям раствора, или в одном направлении со струями раствора, в зависимости от конструкции инжектора хлора.

После выхода из инжекторов струи раствора и поток хлора движутся в одном направлении вниз в канале, образованном боковой стенкой корпуса генератора и направляющей газового потока 4 по одну сторону направляющей. В канале происходит реакция хлорирования струй щелочного раствора перекиси водорода с образованием синглетного кислорода O₂(¹Δ) и утилизацией хлора. По окончании канала струи раствора продолжают свое движение вниз, а поток синглетного кислорода O₂(¹Δ) выходит из струй раствора с поворотом на 180° вверх для обтекания направляющей. На продукты разрушения струй (капли, частицы аэрозоля), оказавшиеся в потоке синглетного кислорода на повороте, действуют центробежные силы, отделяющие (сепарирующие) капли и аэрозоль от синглетного кислорода и отбрасывающие их вниз. Дальнейшее движение потока синглетного кислорода O₂(¹Δ) происходит вверх по другую сторону направляющей 4 через кран - дроссель 5 (или дроссельную решетку), размещенный между направляющими газового потока внутри генератора синглетного кислорода. Поток синглетного кислорода О₂(¹Δ) понижает свое давление после крана - дросселя (или дроссельной решетки) 5 с давления в генераторе Р_г=20... 50 мм рт.ст. до давления в резонаторе Р_р=0,5... 5 мм рт.ст. Далее в поток синглетного кислорода О₂(¹Δ) вводятся струи смеси буферного газа азота с газообразным йодом I₂, подаваемые из инжектора йода 6, размещенного между направляющими газового потока 4. Газовый поток поступает в сопловой блок 7, также размещенный между направляющими газового потока. В сопловом блоке 7 поперек потока установлен оптический резонатор 8, также размещенный между направляющими газового потока. В сопловом блоке происходят процессы смешения и обмена энергией между молекулами синглетного кислорода O₂(¹Δ) и йода I₂, в результате чего происходит диссоциация молекулярного йода на атомарный йод. При переходе атомарного йода с верхнего лазерного уровня на нижний происходит генерация лазерного излучения, которое усиливается в оптическом резонаторе 8 и выводится из него через полупрозрачное зеркало. На выходе из соплового блока отработанная газовая смесь откачивается вакуумным насосом.

Заявляемое техническое решение позволяет уменьшить габаритные размеры, упростить конструкцию и обслуживание, а также повысить надежность работы химического кислородно-йодного лазера.

Химический кислородно-йодный лазер, содержащий генератор синглетного кислорода со встроенными направляющими газового потока, йодный инжектор, сопловой блок, оптический резонатор, отличающийся тем, что йодный инжектор, сопловой блок и оптический резонатор размещены между внутренними поверхностями направляющих внутри генератора синглетного кислорода.