Устройство возбуждения объемного разряда в плотных газах

Авторы патента:

H01S3/097 - Лазеры, т.е. устройства для генерирования, усиления, модуляции, демодуляции или преобразования частоты, использующие стимулированное излучение электромагнитных волн с длиной волны большей, чем длина волны в ультрафиолетовом диапазоне (полупроводниковые лазеры H01S 5/00)

H01S3/038 - электроды, например, специальной формы, конфигурации или химического состава

Владельцы патента RU 2519657:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для возбуждения активных сред газовых лазеров. Устройство возбуждения объемного разряда в плотных газах содержит источник высокого напряжения, соединенный с протяженными коронирующим и токосъемным электродами ножевой формы, установленными вдоль диэлектрического цилиндра, выполненного с возможностью вращения. На внешней поверхности цилиндра расположены электропроводящий экран и диэлектрическая пленка, причем коронирующий электрод установлен вдоль радиуса цилиндра с зазором относительно цилиндра. Экран выполнен в виде двух и более секции, протяженных вдоль цилиндра и электрически изолированных друг от друга, при этом секция, проходящая зону коронирующего электрода ножевой формы, соединена скользящим контактом с заземленным полюсом источника, а секция, проходящая зону токосъемного электрода ножевой формы, соединена скользящим контактом с потенциальным полюсом источника. Потенциал, подаваемый на секцию экрана, может регулироваться, например, потенциометром. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения мощности разряда. 2 ил.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для возбуждения активных сред газовых лазеров высокого давления. Кроме того, оно может быть востребовано в электротехнике и тех областях техники, где применяются протяженные области коронного разряда.

Известно устройство, электростатический генератор, содержащий транспортер электрических зарядов, включающий в себя несущий диэлектрик (ленту) с закрепленными поперек его длины электродами, ведущий и ведомый валы, зарядное и токосъемное устройства [1], в котором использован аналогичный способ перемещения зарядов. Недостатком устройства является наличие двух валов в конструкции, приводящее к ее усложнению, увеличению размеров устройства и снижению надежности функционирования.

Известно устройство, принятое в качестве прототипа, содержащее вращающийся полый диэлектрический цилиндр с экраном и металлизированной диэлектрической пленкой, вдоль которого с некоторым зазором установлены коронирующий и токосъемный электроды ножевой формы, соединенные с источником высокого напряжения, патент МКИ №2030046 H01S, 3/0977 [2]. В зоне коронирующего электрода ножевой формы устройства формируется устойчивый объемный разряд в газовой среде атмосферного давления, величина тока которого ограничивается скоростью движения диэлектрика V, поверхностной плотностью нанесенных зарядов и длиной коронирующего электрода ножевой формы. При фиксированных значениях габаритных размеров: радиуса ротора R и длины коронирующего электрода ножевой формы, мощность разряда определяется угловой скоростью вращения ротора ω, т.к. V=ωR, и емкостью диэлектрической пленки.

Адсорбция зарядов на поверхности диэлектрической пленки и транспортировка их к токосъемному электроду ножевой формы в устройстве осуществляется благодаря возникновению индуцированного поля в диэлектрике, вследствие его поляризации электрическим полем в системе: коронирующий электрод ножевой формы - экран (последний выполняет функцию вспомогательного электрода). При прекращении воздействия внешнего поля, диэлектрик через некоторый интервал времени (τ_p.- время релаксации) возвращается в исходное состояние. Для дипольной поляризации это время может достигать ~10^-2 сек [3]. В течение этого времени в диэлектрике существует поле, удерживающее заряды на поверхности. Этот факт накладывает определенные ограничения на величину допустимой скорости вращения ротора устройства-прототипа, а следовательно, ограничивает возможности увеличения мощности разряда.

В качестве недостатков известного устройства можно указать следующее:

- невозможность обеспечения полного стекания поверхностных зарядов на токосъемном электроде ножевой формы при вращении с угловой скоростью выше критического значения: ,

где L - длина дуги между коронирующим и токосъемным электродами ножевой формы; ввиду наличия остаточного индуцированного поля в диэлектрическом слое при прохождении зоны токосъемного электрода ножевой формы. Это приводит к потерям в мощности разряда;

- снижение эффективности процесса осаждения пространственных зарядов на пленку в зоне горения коронного разряда, ввиду наличия остаточных зарядов на ее поверхности при скорости вращения ротора выше следующего значения:

Последний фактор приводит к периодическому срыву устойчивого режима горения, так как в зоне коронного разряда накапливается избыточный пространственный заряд.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании устройства, обеспечивающего увеличение мощности непрерывного объемного газового разряда в плотных средах, во всем диапазоне конструктивно допустимых скоростей вращения ротора.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве, содержащем источник высокого напряжения, соединенный с протяженными коронирующим и токосъемным электродами ножевой формы, установленными вдоль диэлектрического цилиндра, выполненного с возможностью вращения, на внешней поверхности которого расположены электропроводящий экран и диэлектрическая пленка, экран выполнен в виде нескольких протяженных вдоль цилиндра секций, электрически изолированных друг от друга.

Причем отдельные секции экрана в определенных позициях посредством скользящих контактов включены в электрическую цепь источника напряжения. Секция экрана, проходящая в процессе вращения зону коронирующего электрода ножевой формы, соединяется с заземленным полюсом источника, а секция экрана, проходящая зону токосъемного электрода ножевой формы соединяется с потенциальным полюсом источника.

При этом величина потенциала на секции экрана регулируется, например, потенциометром и т.д. Это позволяет оптимизировать величину напряженности поля в зоне токосъемного электрода ножевой формы для эффективного стекания поверхностных зарядов.

Изобретение поясняется двумя иллюстрациями, где на фиг.1 изображена схема устройства: сечение А-А (Фиг.2) и электрическая схема подключения, а на фиг.2 - вид по Б (Фиг.1).

Устройство состоит из источника высокого напряжения 1, коронирующего электрода 2 ножевой формы, токосъемного электрода ножевой формы 3 и цилиндрической оболочки, состоящей из диэлектрического цилиндра 4, на поверхности которого расположены: экран 5, выполненный из электропроводящего материала, и диэлектрическая пленка 6, фиг.1. Экран разделен на две и более секции 5, протяженных вдоль цилиндра, электрически изолированных друг от друга, фиг.1, 2. Цилиндрическая оболочка закреплена на валу вращения 7, образуя ротор. Включение секций экрана в электрическую цепь источника напряжения в соответствующих позициях осуществляется через скользящие контакты 8, 9 роликового или иного типа, за счет касания внутренней поверхности секций, выступающих относительно тела диэлектрического цилиндра. Потенциал секции, проходящей зону токосъемного электрода ножевой формы, может задаваться регулятором 10, например потенциометром. Количество секций и их ширина (по дуге) задаются параметрами конструкции конкретного устройства, а именно: диаметром ротора и расположением токосъемного электрода ножевой формы относительно коронирующего электрода ножевой формы. При этом ширина секции (длина дуги сегмента) должна быть меньше длины наименьшей дуги, соединяющей зоны коронирующего и токосъемного электродов по внешней поверхности ротора, кроме того, секция не должна замыкать скользящие контакты. Для предотвращения поверхностного пробоя между потенциальной секцией экрана и заземленной, целесообразно реализовать такое конструктивное исполнение, чтобы между ними располагалась хотя бы одна секция без коммутации в электрическую цепь.

Работает устройство следующим образом.

При вращении ротора от источника высокого напряжения 1 на коронирующий электрод ножевой формы 2 подается высокое напряжение и обеспечивается зажигание коронного разряда. Полюс источника с нулевым потенциалом заземлен и соединен с токосъемным электродом ножевой формы 3. Секция экрана, которая проходит зону коронирующего электрода ножевой формы, посредством скользящего контакта 8 соединяется с заземленным полюсом. Тем самым обеспечивается развитие коронного разряда барьерного типа, а в диэлектрической пленке 6 в результате поляризации индуцируется компенсационное поле, которое обеспечивает адсорбцию зарядов на поверхность пленки. При перемещении заряженного участка поверхности в зону токосъемного электрода ножевой формы 3 соответствующая секция экрана сначала отрывается от земли, а затем посредством аналогичного скользящего контакта 9 подключается к потенциальному полюсу источника высокого напряжения. В результате чего происходит переполяризация диэлектрика. Вновь индуцированное поле в слое имеет обратную направленность и носит отталкивающий характер по отношению к зарядам, адсорбированным на поверхности пленки. Кроме того, поле в системе: потенциальный экран - заземленный токосъемный электрод ножевой формы, является постоянно действующим и ускоряющим движение зарядов к токосъемному электроду ножевой формы, поскольку скорость дрейфа ионов в газе:

V_др.=К·Е,

где К- подвижность ионов;

Е - напряженность электрического поля.

Таким образом, создается условие для полного стекания зарядов на токосъемный электрод ножевой формы. Потенциал на экране может быть равным значению потенциала на коронирующем электроде ножевой формы, либо изменяться регулятором 10 (например, потенциометром и т.д.) до оптимального значения. В процессе дальнейшего смещения диэлектрического слоя в область разряда приходит полностью разряженная пленка не зависимо от скорости вращения. Это обеспечивает максимальную эффективность процесса адсорбции пространственных зарядов диэлектрической пленкой устройства. Лимитирующим фактором роста мощности разряда будет только емкость диэлектрического слоя.

Литература

[1]. Новиков М.Т. Электростатический генератор. // Заявка: 4936018/25 от 1991.05.14. RU (11) 2027298 (13) С1, (51) 6 H02N1/08.

[2]. Журавлев О.А. Устройство возбуждения объемного разряда в плотных газах. // Патент 2030046 МКИ H01 S3/0977. -№4842699/25. Бюл. №6 от 21.02.1995 г.

[3]. Физические величины: Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина,

A.M. Братковский и др.; Под. ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. - М., Энергоатомиздат, 1991.

Устройство возбуждения объемного разряда в плотных газах, содержащее источник высокого напряжения, соединенный с протяженными коронирующим и токосъемным электродами ножевой формы, установленными вдоль диэлектрического цилиндра, выполненного с возможностью вращения, на внешней поверхности которого расположены электропроводящий экран и диэлектрическая пленка, причем коронирующий электрод установлен вдоль радиуса цилиндра с зазором относительно цилиндра, отличающееся тем, что экран выполнен в виде двух и более секций, протяженных вдоль цилиндра и электрически изолированных друг от друга, при этом секция, проходящая зону коронирующего электрода ножевой формы, соединена скользящим контактом с заземленным полюсом источника, а секция, проходящая зону токосъемного электрода ножевой формы, соединена скользящим контактом с потенциальным полюсом источника, кроме того, потенциал, подаваемый на секцию экрана, может регулироваться, например, потенциометром.

Изобретение относится к лазерной технике. Газоразрядный лазер включает в себя: лазерную камеру (1), состоящую из керамического материала и заполненную газовой смесью, протяженные электроды (2, 3), определяющие область разряда (4), блок предыонизации (5); систему циркуляции газа (9, 10, 11, 12, 13); набор конденсаторов (14), расположенных вне лазерной камеры (1) и соединенных с первым и вторым электродами (2, 3) через электрические вводы (17, 18) лазерной камеры (1) и газопроницаемые обратные токопроводы (19), расположенные в лазерной камере по обе стороны электродов; источник питания, подключенный к конденсаторам, и резонатор.

Газоразрядный лазер // 2510110

Изобретение относится к лазерной технике. Газоразрядный лазер включает в себя: заполненную газовой смесью лазерную камеру, состоящую из керамического материала и имеющую отстоящие друг от друга протяженные первый и второй электроды, определяющие область разряда между ними, протяженный блок предыонизации и систему циркуляции газа.

Газоразрядный лазер и способ генерации излучения // 2510109

Изобретение относится к лазерной технике. Газоразрядный лазер включает в себя: лазерную камеру, имеющую отстоящие друг от друга протяженные электроды, протяженный блок предыонизации; систему циркуляции газа; набор конденсаторов, размещенных в керамических контейнерах, установленных вблизи первого электрода, указанные конденсаторы подключены к электродам через токовводы керамических контейнеров и через токопроводы, расположенные по обе стороны электродов.

Газоразрядный лазер, лазерная система и способ генерации излучения // 2507654

Изобретение относится к лазерной технике. В газоразрядном лазере конденсаторы (11), малоиндуктивно подключенные к электродам (2, 3) лазера, размещены вблизи первого электрода (2) в керамических контейнерах (10) и малоиндуктивно соединены с импульсным источником питания (15) через токовводы (12, 13) каждого контейнера, высоковольтные токовводы (21) металлической лазерной камеры (1) и протяженные заземленные токопроводы (23), расположенные по обе стороны керамических контейнеров (10).

Газоразрядный лазер // 2507653

Изобретение относится к лазерной технике. Газоразрядный лазер включает в себя: заполненную газовой смесью лазерную камеру, имеющую отстоящие друг от друга протяженные первый и второй электроды, блок предыонизации, систему циркуляции газа, набор конденсаторов, расположенных вне лазерной камеры и соединенных с электродами через электрические вводы лазерной камеры и газопроницаемые обратные токопроводы, расположенные в лазерной камере по обе стороны электродов, источник питания, подключенный к конденсаторам и предназначенный для их импульсной зарядки до напряжения пробоя, и резонатор для генерации луча лазера.

Газоразрядный лазер и способ генерации излучения // 2506671

Изобретение относится к лазерной технике. Лазер, преимущественно эксимерный, включает в себя лазерную камеру, состоящую из керамического материала и имеющую протяженные первый и второй электроды, первый из которых расположен вблизи внутренней поверхности лазерной камеры, блок предыонизации; систему циркуляции газа; набор конденсаторов, расположенных вне лазерной камеры, и источник питания, подключенный к конденсаторам.

Газоразрядный лазер // 2503104

Изобретение относится к лазерной технике. В газоразрядном лазере конденсаторы, малоиндуктивно подключенные к электродам лазера, размещены вблизи первого электрода в керамических контейнерах и малоиндуктивно соединены с импульсным источником питания через токовводы каждого контейнера, высоковольтные токовводы металлической лазерной камеры и протяженные заземленные токопроводы, расположенные по обе стороны контейнеров.

Мобильный боевой лазерный комплекс // 2496078

Комплекс содержит боевую машину с лазером и вспомогательные машины в виде заправщиков окислителя и горючего на многоколесном шасси. Боевая машина выполнена на гусеничной ходовой части.

Способ позиционирования зеркал трехосного лазерного гирометра, в частности, при запуске лазерного гирометра // 2493642

Способ позиционирования трех передвижных зеркал в лазерном гирометре, содержащем три кольцевых лазерных резонатора, осуществляется при запуске гирометра. Каждый из резонаторов содержит среду, возбуждаемую для генерирования световых волн.

Орбитальная космическая система // 2488527

Изобретение относится к системам космических объектов (КО) с передачей между ними энергии и импульса посредством лазерного излучения и может быть использовано для КО, на борту которых создаются условия микрогравитации на уровне ~10-7 10-8 ускорения на поверхности Земли.

Устройство для формирования объемного самостоятельного разряда // 2517796

Изобретение относится к квантовой электронике. Устройство для формирования объемного самостоятельного разряда (ОСР) содержит разрядную камеру, в которой установлены подключенные к источнику накачки три электродные пары, каждая из которых состоит из пластинчатых профилированных электродов.

Газовый лазер с двухкоординатным внутрирезонаторным сканированием излучения // 2477913

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании лазерных систем локации. .

Способ стабилизации объемного разряда в hf/df импульсно-периодическом химическом лазере // 2465697

Изобретение относится к лазерной технике и связано с разработкой образцов HF/DF импульсно-периодических химических лазеров (HF/DF-ИПХЛ). .

Импульсно-периодический те-лазер // 2419933

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.

Эксимерный лазер // 2249282

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в медицине при лечении внутриполостных инфекций, в микроэлектронике, лазерной химии и в технологических процессах, требующих мощные УФ-излучения.

Способ получения лазерного излучения и устройство для его реализации // 2244990

Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к способу получения лазерного излучения и устройству для его реализации. .

Волноводный co2 лазер с вч-возбуждением // 2244367

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при производстве волноводных одноканальных СО 2 лазеров с ВЧ-возбуждением. .

Волноводный co2 лазер с вч-возбуждением // 2237956

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке и производстве волноводных СО2-лазеров, возбуждаемых высокочастотным полем и имеющих складной двухканальный резонатор.

Активный элемент лазера на парах металлов // 2236075

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке лазеров на парах металлов и их соединений для целей медицины, микроэлектронных технологий, навигации, научных исследований, зондирования атмосферы.

Однополостная двухэлектродная разрядная камера и эксимерный лазер // 2592065

Изобретение относится к области лазерной техники, в частности к однополостной двухэлектродной разрядной камере для фотолитографии и к эксимерному лазеру, включающему в себя такую разрядную камеру. Разрядная камера может содержать корпус камеры и два набора главных разрядных электродов. Корпус камеры может содержать левый отсек и правый отсек, расположенные так, что образуют симметричную камеру с двумя отсеками. Каждый из отсеков может иметь поперечное сечение, которое является относительно малым на верхней стороне, но относительно большим на нижней стороне, образуя "грушевидную" форму. Левый и правый отсеки могут иметь границу раздела и сообщаться друг с другом в плоскости симметрии всей разрядной камеры. Два набора главных разрядных электродов могут быть расположены соответственно в левом и в правом отсеках на верхней стороне. Однополостная конфигурация может использоваться для обеспечения функций конфигураций с двумя камерами, таких как, например, конфигурации типа MOPA, MOPO и MOPRA. Технический результат - упрощение устройства и синхронизация разряда в разрядной камере. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 11 ил.