Электроразрядный многоканальный лазер с диффузионным охлаждением газовой смеси



Электроразрядный многоканальный лазер с диффузионным охлаждением газовой смеси
Электроразрядный многоканальный лазер с диффузионным охлаждением газовой смеси

 


Владельцы патента RU 2410810:

Учреждение Российской академии наук Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН (RU)

Лазер включает герметичный корпус, оптический резонатор, газоразрядные трубы, систему охлаждения с прокачкой жидкости внутри корпуса для охлаждения внешних поверхностей газоразрядных труб, систему прокачки газовой смеси внутри газоразрядных труб, источник питания и электродную систему для возбуждения тлеющего разряда в газоразрядных трубах. Резонатор включает оптическую скамью с закрепленными на ней задним глухим зеркалом в начале хода лазерного излучения и передним выходным зеркалом, а также поворотные зеркала зеркальных призм, расположенные у торцевых поверхностей пакета газоразрядных труб, перекрывающие их торцы. Газоразрядные трубы расположены в виде пакета внутри корпуса. В пакете трубы расположены в два ряда, на одинаковом расстоянии друг от друга. Переброска излучения из труб одного ряда в трубы другого ряда обеспечивается двумя поворотными зеркалами зеркальной призмы, расположенными под углом 90° относительно друг друга. Переброска излучения из труб в трубы в рядах осуществляется четырьмя поворотными зеркалами зеркальных призм, плоскости биссектрис углов пересечения которых смещены относительно друг друга. Ввод лазерного излучения обеспечивается по всем газоразрядным трубам, начиная от трубы, расположенной напротив заднего глухого зеркала, и заканчивая трубой, последней по ходу излучения и находящейся напротив переднего выходного зеркала. Технический результат заключается в увеличении мощности излучения. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области лазерной техники, а точнее к электроразрядным многоканальным лазерам с диффузионным охлаждением газовой смеси.

Известные электроразрядные многоканальные лазеры с диффузионным охлаждением газовой смеси включают в свой состав герметичный корпус, штанги и торцевые плиты резонатора, объединенные в оптическую скамью, причем крышки герметично соединены с корпусом, газоразрядные трубы, расположенные в виде пакета внутри корпуса и вставленные торцами в отверстия плит оптической скамьи, систему охлаждения с прокачкой жидкости внутри корпуса для охлаждения внешних поверхностей газоразрядных труб, две крышки, герметично присоединенные к торцевым плитам, систему прокачки газовой смеси внутри газоразрядных труб, источник питания и электродную систему для подачи высокого напряжения к газоразрядным трубам и возбуждения в них тлеющего разряда, узел вывода излучения, расположенный на одной из крышек, оптический резонатор, представляющий собой оптическую скамью с закрепленными на ней задним глухим зеркалом в начале хода лазерного излучения, а также уголковые зеркальные призмы, расположенные у торцев каждой пары газоразрядных труб, обеспечивающие поворот направления выходящего излучения из каждой газоразрядной трубы на угол 180° и последовательный обход лазерного излучения по всем газоразрядным трубам от заднего глухого зеркала до узла вывода излучения [1, 2].

Основной недостаток конструкции этих лазеров заключается в том, что при большом количестве газоразрядных труб значительно усложняется система юстировки зеркал из-за большого их количества, соответствующего количеству газоразрядных труб, и малых размеров, обусловленных поперечным размером газоразрядных труб.

Известен также электроразрядный многоканальный лазер с диффузионным охлаждением газовой смеси, включающий в свой состав все вышеперечисленные элементы, причем газоразрядные трубы в пакете расположены в один ряд на равном расстоянии друг от друга, а оптические элементы резонатора представляют собой заднее глухое зеркало в начале хода лазерного излучения, установленное параллельно осям газоразрядных труб, узел вывода излучения, а также две уголковых зеркальных призмы, установленные возле обеих торцевых поверхностей пакета газоразрядных труб и полностью перекрывающие их торцы, причем плоскости биссектрис углов пересечения зеркал в уголковых зеркальных призмах перпендикулярны плоскости торцов пакета газоразрядных труб и параллельно смещены относительно друг друга на расстояние, равное половине расстояния между газоразрядными трубами, что обеспечивает поворот лазерного излучения на угол 180°, ввод его в последующую симметрично расположенную газоразрядную трубу и последовательный проход лазерного излучения по всем газоразрядным трубам от заднего глухого зеркала до узла вывода излучения [3]. В этом лазере при достаточно большом количестве газоразрядных труб в пакете упрощается конструкция поворотных и юстировочных узлов, т.к. для всех газоразрядных труб уголковые зеркальные призмы общие.

Этот лазер является наиболее близким техническим решением к заявляемому, т.е. прототипом.

Недостаток прототипа заключается в больших габаритах конструкции при большом количестве газоразрядных труб в пакете, что необходимо для увеличения выходной мощности лазера, а также снижение выходной мощности излучения лазера при передаче излучения из труб в трубы, находящиеся на значительном расстоянии друг от друга из-за дифракционных потерь, обусловленных расходимостью при волноводном режиме работы лазера.

Сущность изобретения: корпус лазера выполнен из диэлектрического материала и имеет замкнутое сечение, например цилиндр, квадрат или прямоугольник, газоразрядные трубы внутри корпуса расположены в два ряда по одной из осей симметрии сечения Х или Y на одинаковом расстоянии друг от друга. Задачами изобретения являются увеличение мощности и повышение качества лазерного излучения, а также уменьшение габаритов конструкции. Вышеуказанные задачи в представленном электроразрядном многоканальном лазере с диффузионным охлаждением газовой смеси решаются тем, что в нем газоразрядные трубы в пакете расположены в два ряда, причем переброска излучения из труб одного ряда в трубы другого ряда осуществляется двумя зеркалами, расположенными под углом 90° относительно друг друга в плоскости Y-Y, что обеспечивает минимальные потери мощности. Переброска излучения из труб в трубы в рядах осуществляется четырьмя зеркалами, расположенными под углом 90° относительно друг друга в плоскости Х-Х, что обеспечивает поворот лазерного излучения на угол 180°, ввод его в последующую симметрично расположенную газоразрядную трубу и последовательный проход лазерного излучения по всем газоразрядным трубам от заднего глухого зеркала до узла вывода излучения (фиг.2), проводя при этом последовательную передачу лазерного излучения по всем газоразрядным трубам, начиная от трубы, расположенной напротив заднего глухого зеркала, и заканчивая трубой, последней по ходу луча и находящейся напротив переднего выходного зеркала, причем плоскости заднего глухого и переднего выходного зеркал перпендикулярны осям газоразрядных труб, оптическая скамья резонатора представляет собой металлическую конструкцию из двух плит, связанных штангами с закрепленными на ней двумя корпусами, в которых расположены поворотные зеркала и корпуса юстировочных блоков, в которых расположены заднее глухое зеркало, узел вывода излучения и уголковые зеркальные призмы, торцевые плиты герметично присоединены к корпусам юстировочных блоков.

Согласно предлагаемому изобретению в электроразрядном многоканальном лазере с диффузионным охлаждением газовой смеси газоразрядные трубы внутри корпусной секции дистанционируются относительно друг друга в выполненных с достаточной точностью перегородках, изготовленных из электропроводного материала, являясь токопроводами для передачи напряжения на электроды возбуждения тлеющего разряда. Кроме того, перегородки расположены таким образом, чтобы использовать общий для газоразрядных труб электрод.

Предлагаемое изобретение обосновывается следующим образом. Расположение газоразрядных труб в два ряда и система переброски лазерного излучения должны увеличить выходную мощность лазера.

Присоединение в начале каждого прохода к торцевым плитам диафрагмы с отверстиями диаметром, меньшим внутреннего диаметра газоразрядных труб, позволяет предохранить края труб от воздействия внутрирезонаторного излучения, а также убрать лишние блики, возникающие в связи с отклонением оси внутрирезонаторного излучения от оси труб, и тем самым повысить качество выходного излучения волноводного резонатора.

Конструкция предложенного электроразрядного многоканального лазера с диффузионным охлаждением газовой смеси иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан вид лазера сбоку, на фиг.2 показан ход лазерного излучения в цифрах, начиная с (1), соответствующей заднему зеркалу, и кончая (22), соответствующей выходному зеркалу.

Предлагаемый электроразрядный многоканальный лазер с диффузионным охлаждением газовой смеси работает следующим образом. Система прокачки газовой смеси осуществляет откачку атмосферного воздуха из вакуумного контура, представляющего собой объем, заключенный между крышками и торцевыми фланцами, а также внутренней поверхностью газоразрядных труб, затем в вакуумный контур напускается газовая смесь двуокиси углерода, азота и гелия. Газовая смесь при помощи системы прокачки перемещается внутри газоразрядных труб со скоростью до 1 м/с. От источника питания к электродам через электропроводные перегородки подается высокое напряжение, зажигающее тлеющий разряд для возбуждения газовой смеси. Оптическая схема резонатора позволяет осуществить энергосъем со всего объема труб и выход излучения с минимальными потерями.

Источники информации

1. Е.В.Зеленов, Е.А.Курушин, А.А.Лисин, Д.Ю.Филимонов. Известия Академии Наук, серия физич., т.57, №12, стр.123-126. 19934 стр. «Технологический одномодовый СО2-лазер, возбуждаемый разрядом переменного тока с мощностью излучения 500 Вт».

2. M.G.Galushkin, V.S.Golubev, V.Ya.Panchenko, A.P.Roshin, A.V.Soloviev. High power waveguide industrial CO2 lasers. Proc. SPIE, v.2713, p.76-84.

3. B.B.Васильцов, А.М.Забелин, Е.В.Зеленев, В.Я.Панченко, А.П.Рощин, А.Н.Сафонов. Блок генерации излучения многоканального лазера. Заявка №96113587 от 19.07.96. Патент 2108647, БИ №10 от 10.04.98 г.

Электроразрядный многоканальный лазер с диффузионным охлаждением газовой смеси, включающий герметичный корпус, штанги и торцевые плиты резонатора, объединенные в оптическую скамью, причем крышки герметично соединены с корпусом, газоразрядные трубы, расположенные в виде пакета внутри корпуса, и вставленные торцами в отверстия плит оптической скамьи, систему охлаждения с прокачкой жидкости внутри корпуса для охлаждения внешних поверхностей газоразрядных труб, две крышки, герметично присоединенные к торцевым плитам, систему прокачки газовой смеси внутри газоразрядных труб, источник питания и электродную систему для подачи высокого напряжения к газоразрядным трубам и возбуждения в них тлеющего разряда, оптический резонатор, включающий оптическую скамью с закрепленными на ней задним глухим зеркалом в начале хода лазерного излучения, и передним выходным зеркалом, а также поворотные зеркала зеркальных призм, расположенные у торцевых поверхностей пакета газоразрядных труб, перекрывающие их торцы, отличающийся тем, что газоразрядные трубы расположены в пакете в два ряда на одинаковом расстоянии друг от друга, при этом переброска излучения из труб одного ряда в трубы другого ряда обеспечивается двумя поворотными зеркалами зеркальной призмы, расположенными под углом 90° относительно друг друга, а переброска излучения из труб в трубы в рядах осуществляется четырьмя поворотными зеркалами зеркальных призм, плоскости биссектрис углов пересечения которых смещены относительно друг друга, причем обеспечивается ввод лазерного излучения по всем газоразрядным трубам, начиная от трубы, расположенной напротив заднего глухого зеркала, и заканчивая трубой, последней по ходу излучения и находящейся напротив переднего выходного зеркала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке технологических химических кислородно-йодных лазеров и лазеров специального назначения.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при разработке и создании мощных и эффективных эксимерных лазеров с импульсом излучения длительностью 20-40 нс.

Изобретение относится к лазерной физике и может быть использовано для повышения мощности и эффективности генерации электроразрядных СО лазеров, а также для создания мощного компактного электроразрядного СО лазера или усилителя ИК-излучения.

Изобретение относится к области создания мощной лазерной техники для технологических целей, преимущественно фотоионизационных CO2(СО)-лазеров, а также лазеров на основе Ar:Хе, O2:I2, и может быть использовано при возбуждении плазмохимических сред и создании плазмохимических реакторов различного назначения.

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при разработке и создании эксимерных лазеров с импульсом излучения короткой длительности и малой расходимости.

Изобретение относится к области технической физики и может быть использовано в технологическом процессе изготовления активных элементов для лазеров. .

Изобретение относится к возбуждению и стабилизации плазмы газового разряда и может быть использовано в газовых лазерах, в системах типа «Токамак» и т.п. .

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для создания и поддержания требуемой концентрации галогеноводорода в активной области газоразрядной трубки.

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для создания и поддержания требуемой концентрации галогеноводорода в активной области газоразрядной трубки.

Изобретение относится к газовым лазерам и может быть использовано в научных целях, лазерных технологиях, медицине, в лазерной хирургии и косметологии. .

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке активных элементов лазеров на парах галогенидов металлов, например, бромида меди

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к компактным импульсно-периодическим эксимерным лазерам с УФ предыонизацией

Изобретение относится к лазерной технике. Лазер на парах щелочных металлов с диодной накачкой содержит лазерную камеру с внутренней полостью с прозрачными торцевыми окнами, замкнутый герметичный контур для циркуляции активной среды, проходящий через внутреннюю полость камеры в направлении, поперечном к оптической оси камеры, источник излучения накачки на основе лазерных диодов и оптические средства формирования и фокусировки излучения накачки во внутреннюю полость камеры. Активная среда представляет собой смесь из буферного газа и пара щелочного металла. Источник излучения накачки расположен со стороны торцевого окна лазерной камеры таким образом, что направление формируемого им излучения накачки ориентировано продольно направлению оптической оси камеры. Оптические средства формирования и фокусировки излучения накачки выполнены и установлены с обеспечением построения в активной среде в одной и той же плоскости, поперечной оптической оси камеры, изображения излучающей зоны источника излучения накачки в направлении ее короткой стороны и Фурье-изображения излучающей зоны источника излучения накачки в направлении ее длинной стороны. Технический результат заключается в обеспечении более эффективного преобразования энергии накачки в лазерную энергию и в повышении КПД лазера. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для создания кислородно-йодных лазеров. Способ получения инверсной населенности на атомах йода заключается в оптической накачке газового потока. Оптическую накачку производят в два этапа, на первом этапе газовый поток облучают светом с длиной волны 490±10 нм, осуществляя частичную 1-10% диссоциацию молекул йода, с последующим облучением газового потока излучением с длиной волны 1315 нм до полной диссоциации молекул йода, а затем производят газодинамическое охлаждение. Основными достоинствами предлагаемого способа являются отсутствие необходимости использования опасных реагентов (таких как хлор) и возможность осуществления непрерывной прокачки рабочей среды. 1 ил.

Изобретение относится к устройству для возбуждения молекул и атомов газа в системах накачки газовых лазеров. Устройство представляет собой кювету в виде вытянутого параллелепипеда или цилиндра, имеющего внешний корпус из изоляционного материала. Внутри корпуса вдоль стен кюветы, параллельно друг другу, расположены сетчатые электроды - анод и катод. Пространство между электродами представляет собой разрядную камеру для осуществления горения тлеющего разряда. В зонах между каждой сеткой-электродом и внутренней поверхностью кюветы образованы камеры, выполняющие роль формирователя газового потока. В каждую из камер осуществляется индивидуальный подвод газа. При этом в одной из боковых стенок газовой кюветы выполнена щель для выпуска из разрядной камеры потока возбужденных молекул или атомов газа в область резонатора, генерирующего поток излучения. Технический результат - снижение габаритов и мощности устройства при сохранении энерговклада. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. В оптический резонатор излучателя на парах металлов и их соединений установлено две или более соосных друг другу газоразрядных трубок таким образом, что зеркала резонатора оптически связаны друг с другом через объемы газоразрядных трубок, в каждой из упомянутых трубок содержится своя активная среда на парах металлов или их соединений, при этом активные среды и материалы выходного зеркала и окон газоразрядных трубок взаимно прозрачны для генерируемых длин волн, а электроды каждой трубки электрически связаны с выходом своего импульсного высоковольтного источника питания. Технический результат заключается в обеспечении возможности увеличения числа и диапазона длин волн генерации за счет внесения в оптический резонатор нескольких активных сред. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Активный элемент лазера на парах щелочных металлов содержит камеру с активной средой и оптические окна, прозрачные для лазерного излучения. В стенках камеры установлены трубчатые концевые секции, отделяющие оптические окна от стенок. Каждая концевая секция выполнена металлической с ребристой внутренней поверхностью и снабжена рубашкой охлаждения, охватывающей внешнюю поверхность секции. Внутри каждой секции установлены металлические диафрагмы с отверстиями, диаметр которых согласован с размером поперечного сечения пучка лазерного излучения. Активная среда представляет собой смесь по меньшей мере одного буферного газа и пара щелочного металла. Рубашка охлаждения секции содержит кольцевой канал, в котором обеспечена циркуляция хладагента (охлаждающей жидкости или газа). Технический результат - уменьшение вероятности оседания паров щелочных металлов на окнах кюветы и взаимодействия их с материалами окон и просветляющих покрытий. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ создания активной среды KrF лазера включает в себя зажигание объемного разряда в лазерной смеси после подачи импульсного напряжения на разрядный промежуток, включение искровой предыонизации, создающей предварительную ионизацию газа в разрядном промежутке, и пробой разрядного промежутка. Объемный разряд зажигают биполярным импульсом разрядного тока с общей длительностью 70-85 нс, передним фронтом 8-10 нс и максимальной удельной мощностью накачки (3.5-4.5) МВт/см3, тем самым создают активную среду с большей длительностью существования, что позволяет повышать эффективность и энергию лазерного излучения. 2 ил.

Оптико-механическая система содержит плоское отражающее зеркало, установленное с возможностью изменения своего положения под действием механизма перемещения таким образом, что в одном устойчивом положении обеспечивается прохождение светового луча от источника излучения в выходное окно, а в другом - его отклонение в ловушку. Механизм перемещения содержит электромагнит с подвижным якорем, который связан посредством штанги с плоским отражающим зеркалом и обеспечивает его перемещение из положения, при котором осуществляется отклонение светового луча в ловушку, в положение, при котором обеспечивается прохождение светового луча в выходное окно. В состав механизма перемещения также входит возвратная пружина, служащая для возвращения плоского отражающего зеркала из положения, при котором обеспечивается прохождение светового луча в выходное окно, в положение, при котором осуществляется отклонение светового луча в ловушку. В тракте прохождения светового луча от плоского отражающего зеркала в ловушку располагается дополнительное переотражающее сферическое зеркало. Технический результат заключается в обеспечении повышения эксплуатационной надежности и увеличения ресурса работы. 1 ил.
Наверх