Способ получения оптического разряда в газе и устройство для его осуществления



Способ получения оптического разряда в газе и устройство для его осуществления
Способ получения оптического разряда в газе и устройство для его осуществления
Способ получения оптического разряда в газе и устройство для его осуществления

 

H05H1/00 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)

Владельцы патента RU 2548372:

Чивель Юрий Александрович (BY)

Изобретение относится к области лазерных технологий. Способ получения оптического разряда в газе состоит в оптическом пробое газа с образованием поглощающей плазменной области и ее поддержании в луче лазера в течение длительности его воздействия. При этом пробой газа с образованием плазменной области осуществляют путем фокусировки излучения короткоимпульсного лазера, а поддержание плазменной области осуществляют в резонаторе непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса за счет многократного прохождения излучения непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса через оптический разряд. Технический результат заключается в повышении эффективности использования энергии лазера. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области лазерной физики и лазерных технологий и может быть использовано при разработке и создании плазмохимических систем на основе лазеров.

Известен способ [1] получения оптического разряда в газе, состоящий в оптическом пробое газа с образованием поглощающей плазменной области и ее поддержании в луче квазистационарного лазера в течение длительности его воздействия.

Недостатком данного способа являются большие потери лазерного излучения вследствие высокого пропускания лазерного излучения плазмой разряда, 40% и более даже на длине излучения СО2 лазера, что делает затруднительным применение более коротковолновых лазеров.

Наиболее близким к предлагаемому способу является представленный в [2] способ получения непрерывного оптического разряда в газе.

Недостатком данного способа является сложность осуществления, большие потери лазерного излучения вследствие высокого пропускания лазерного излучения плазмой разряда.

Задачей заявляемого изобретения является расширение области применения оптического разряда путем использования компактных лазерных систем ближнего ИК, видимого и УФ диапазона и повышение эффективности использования энергии лазера.

Для решения поставленной задачи предложен способ получения оптического разряда в газе, состоящий в оптическом пробое газа с образованием поглощающей плазменной области и ее поддержании в луче в течение длительности его воздействия.

В заявляемом способе пробой газа с образованием плазменной области осуществляют путем фокусировки излучения короткоимпульсного лазера, а ее поддержание осуществляют в концентрическом резонаторе непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса, предназначенного для поддержания разряда (фиг. 1а). Пробой газа осуществляют путем острой фокусировки объективом 5 излучения короткоимпульсного лазера 4. Благодаря многократному прохождению через плазменную область излучения непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса с активным элементом 1 в концентрическом резонаторе, образованном полностью отражающими лазерное излучение зеркалами 2,6 и линзой 3, вся мощность лазера расходуется только на поддержание оптического разряда в перетяжке резонатора 7 и полностью вкладывается в разряд независимо от длины волны лазерного излучения при добротности резонатора не хуже 105. Ввиду низкого показателя поглощения плазмы оптического разряда влияние плазмы на генерационные характеристики лазера будет незначительно.

Для их уменьшения при необходимости можно использовать трехзеркальный резонатор (фиг. 1б) и располагать область оптического разряда в перетяжке 7 дополнительного концентрического резонатора (фиг. 1б). Для симметризации оптического разряда его поддержание осуществляют в фокальной области сфокусированного конического лазерного пучка (фиг. 2).

Известно устройство [3] для получения оптического разряда в газе, содержащее квазистационарный Nd-лазер, оптически связанный с фокусирующим объективом.

Недостатком данного устройства явлеются малая длина волны излучения лазера и соответственно низкий показатель поглощения плазмы разряда α~λ2~10-2 см-1 (воздух, λ=1,06 мкм) и соответственно большие потери мощности лазерного излучения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство [4] для получения непрерывного оптического разряда в газе, содержащее непрерывный CO2-лазер, оптически связанный с фокусирующим объективом.

Недостатком данного устройства являются большие потери излучения, несмотря на большую длину волны излучения СО2-лазера. В разряде с характерным размером 1 см поглощается около 50% лазерного излучения.

Задачей заявляемого изобретения является создание устройств, обеспечивающих пробой газовой среды для инициирования оптического разряда и обеспечение многократного прохождения излучения лазера, поддерживающего разряд, через плазменную область с целью полного поглощения мощности излучения.

Для решения поставленной задачи предложены новые технические решения.

Устройство для получения оптического разряда в газе содержит лазер, оптически связанный с фокусирующим объективом.

Новым по мнению автора является то, что устройство дополнительно содержит непрерывный лазер или лазер с большой длительностью импульса с концентрическим резонатором, оптически связанным с фокусирующим объективом.

Новым по мнению автора является то, что устройство дополнительно содержит непрерывный лазер или лазер с большой длительностью импульса, оптически связанный с дополнительным концентрическим резонатором, оптически связанным с фокусирующим объективом. Сущность устройств поясняется на фиг 1 а,б.

Устройство на фиг. 1а содержит лазерный активный элемент 1, глухие зеркала 2, 6, а также линзу 3, мощный короткоимпульсный лазер 4 с объективом 5. Перетяжка концентрического резонатора совмещена с фокусом объектива 5.

Устройство на фиг. 1б содержит лазерный активный элемент 1, глухие зеркала 2, 6 и полупрозрачное зеркало 8, а также линзу 3, мощный короткоимпульсный лазер 4 с объективом 5. Перетяжка дополнительного резонатора (фокус линзы 3 и зеркала 6) совмещена с фокусом объектива 5. Устройство работает следующим образом. Коротким мощным импульсом излучения лазера 4 осуществляют оптический пробой газа в фокусе объектива 5. Возникший в фокальной области оптический разряд 7 поддерживается за счет поглощения излучения активного элемента непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса 1 при многократных прохождениях излучения (не менее 105) через оптический разряд.

Новым по мнению автора является то, что устройство дополнительно содержит непрерывный лазер или лазер с большой длительностью импульса, оптически связанный с фокусирующим объективом, системой формирования кольцевого пучка в виде отражательного аксикона и конического зеркала, а также коническое поворотное зеркало, причем угол схождения конического пучка равен 180°.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен общий вид предлагаемого устройства (фиг. 2).

Устройство (фиг. 2) содержит лазерный активный элемент 1, глухое зеркало 2, линзу 3, отражательный аксикон 9, поворотные конические зеркала 10, 11, мощный короткоимпульсный лазер 4, поворотное зеркало 12, объектив 5. Оптическая система из аксикона 9 и поворотных конических зеркал 10, 11 эквивалентна глухому зеркалу резонатора.

Устройство работает следующим образом. Коротким мощным импульсом излучения лазера 4 осуществляют оптический пробой газа в фокусе объектива 5, совпадающем с фокусом линзы 3 в фокальной области конического пучка. Возникший в фокальной области 7 оптический разряд поддерживается за счет поглощения излучения активного элемента лазера 1 при многократных прохождениях излучения (не менее 105) через оптический разряд. В данном устройстве может быть реализована схема 2-зеркального резонатора, так и 3-зеркального резонатора путем установки полупрозрачного зеркала 8.

Таким образом заявляемый способ и устройство позволяют существенно расширить область применения оптического разряда путем использования компактных лазерных систем ближнего ИК, видимого и УФ диапазона и повысить эффективности использования энергии лазера.

Список литературы

1. Ф. Бункин, В. Конов, А. Прохоров // Письма в ЖЭТФ. Т. 9. С. 599. 1964.

2. S. Metev, A. Stephen et al. // Riken Review. №50. pp. 47-52. 2003.

3. И. Буфетов, А. Прохоров, В. Федоров, В. Фомин // Труды ИОФАН. Т. 10. С. 3-70. 1988

4. В.Конов, С.Углов // Кв. электр. Т. 25. С. 291-292. 1998.

1. Способ получения оптического разряда в газе, состоящий в оптическом пробое газа с образованием поглощающей плазменной области и ее поддержании в луче лазера в течение длительности его воздействия, отличающийся тем, что пробой газа с образованием плазменной области осуществляют путем фокусировки излучения короткоимпульсного лазера, а поддержание плазменной области осуществляют в резонаторе непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса за счет многократного прохождения излучения непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса через оптический разряд.

2. Способ по п. 1 отличающийся тем, что в качестве указанного резонатора используется дополнительный концентрический резонатор непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пробой газа с образованием плазменной области и ее поддержание осуществляют в фокальной области сфокусированного конического пучка непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса.

4. Устройство для получения оптического разряда в газе, содержащее лазер, оптически связанный с фокусирующим объективом, отличающееся тем, что дополнительно содержит непрерывный лазер или лазер с большой длительностью импульса с концентрическим резонатором, оптически связанным с фокусирующим объективом, причем в концентрическом резонаторе осуществляется поддержание плазменной области за счет многократного прохождения излучения непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса через оптический разряд.

5. Устройство для получения оптического разряда в газе, содержащее лазер, оптически связанный с фокусирующим объективом, отличающееся тем, что дополнительно содержит непрерывный лазер или лазер с большой длительностью импульса, содержащий трехзеркальный резонатор, включающий концентрический дополнительный резонатор, оптически связанный с фокусирующим объективом, причем в дополнительном концентрическом резонаторе осуществляется поддержание плазменной области за счет многократного прохождения излучения непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса через оптический разряд.

6. Устройство для получения оптического разряда в газе, содержащее лазер, оптически связанный с фокусирующим объективом, отличающееся тем, что дополнительно содержит непрерывный лазер или лазер с большой длительностью импульса, оптически связанный с фокусирующим объективом, системой формирования кольцевого пучка в виде отражательного аксикона и конического зеркала, а также поворотное коническое зеркало, причем угол схождения конического пучка равен 180°.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к плазменной технике, в частности к электроразрядным устройствам типа “плазменный фокус”, и может быть использовано в качестве генератора разовых импульсов рентгеновского и нейтронного излучений для исследовательских и прикладных задач.

Изобретение относится к области плазменной обработки материалов, в частности для нанесения покрытий, и может найти применение в плазмометаллургии, плазмохимии и машиностроительной промышленности.

Изобретение относится к плазменному устройству для химического осаждения покрытия из паровой фазы (CVD) на подложку в виде пленки или листа. Устройство включает вакуумную камеру, пару роликов для напыления, расположенных в вакуумной камере, вокруг которых намотана подложка, которая является мишенью для осаждения, и генерирующую магнитное поле секцию, которая генерирует генерирующее плазму магнитное поле на поверхности роликов для напыления, формируя участок для осаждения, на котором напыляют покрытие на упомянутую подложку.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для растопки пылеугольных котлов и стабилизации горения факела (подсветки), для воспламенения мелкодисперсного твердого топлива с предварительной электротермохимической подготовкой (ЭТХП).

Изобретение относится к технике радиосвязи, в частности к способам создания плазменных антенн. Способ создания импульсной плазменной антенны включает облицовку внутренней поверхности выемки в заряде взрывчатого вещества, инициирование заряда взрывчатого вещества со стороны, противоположной выемке, и метание материала облицовки в окружающее пространство со скоростью, достаточной для ионизации ионизируемого материала при их движении в атмосфере, с формированием плазменной антенны.

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано при стерилизации товаров и/или дезинфекции поверхностей. Устройство генерирования плазмы содержит первый, запитанный, электрод и вторую конструкцию электрода, расположенную напротив первого электрода.

Изобретение относится к плазменной технике и к плазменным технологиям и может использоваться, в частности, в качестве электроракетного двигателя. Катод (1) и два электрически изолированных анода (2, 3) образуют ускорительный канал эрозионного импульсного плазменного ускорителя (ЭИПУ).

Изобретение относится к области преобразования электрической энергии в тепловую посредством дугового разряда в генераторе низкотемпературной плазмы (плазмотроне) и может быть использовано в энергетике для розжига и подсветки пылеугольного факела в топочных устройствах, в металлургической и химической промышленности, для получения ультрадисперсной сажи, которая является сырьем для получения наноструктурированного технического углерода.

Ускоритель плазмы предназначен для получения тяги при перемещении космических объектов и в технологии для получения композитных порошков, напыления и обработки материалов.

Предложен анодный узел вакуумно-дугового источника катодной плазмы. Изобретение может быть использовано в основном в прямолинейных источниках вакуумно-дуговой катодной плазмы с фильтрацией от макрочастиц в комплекте с различными вакуумно-дуговыми испарителями и с плазмоводами для транспортировки плазмы.

Изобретение относится к лазерной технике. Разрядная система высокоэффективного газового лазера содержит расположенные в корпусе лазера протяженные первый и второй электроды, определяющие зону разряда между ними.

Изобретение относится к области лазерной физики и технике формирования мощных импульсов СО2 лазера. Оно обеспечивает генерацию коротких импульсов большой энергии, имеющих минимальную угловую расходимость, что позволяет получать высокоинтенсивные пучки СО2 лазера, предназначенные, в частности, для создания лазерно-плазменного источника ионов. Устройство состоит из одномодового задающего генератора, работающего на линии Р(20) 10-мкм полосы СО2, оптической системы согласования и трехпроходового СО2-усилителя, образованного широкоапертурной активной средой СО2 лазера и резонансно-поглощающей ячейкой SF6+N2 (воздух) атмосферного давления, которые последовательно размещены внутри и на оси конфокального телескопа, включающего большое вогнутое и малое выпуклое зеркала.

Использование: для создания лазеров пикосекундного диапазона (от УФ до ИК области спектра) в устройствах оптоэлектроники, оптической связи, при исследовании быстропротекающих процессов в биологических тканях и в регистрирующих приборах.

Изобретение относится к области генерирования СВЧ колебаний и может использоваться в системе электропитания, связи, телеметрии. Достигаемый технический результат - повышение качества информации, передаваемой по СВЧ трафику, за счет повышения отношения сигнал/шум, увеличение КПД.
Изобретение относится к лазерной технике и технике формирования пучков заряженных частиц и генерации потоков электромагнитного излучения. Изобретение может использоваться, в частности, для разработки и получения источников импульсного (когерентного) электромагнитного ионизирующего излучения в гамма- и рентгеновском диапазонах спектра.

Изобретение относится к лазерной технике. Устройство для формирования объемного самостоятельного разряда содержит герметичный корпус, в котором вдоль оси установлены два протяженных профилированных электрода, гальванически связанных с импульсным источником питания.

Группа изобретений относится к медицинской лазерной технике , а именно к лазерной хирургии биотканей. Используют две длины волн в инфракрасном диапазоне, подводимые к месту рассечения по одному и тому же оптоволокну.

Изобретение относится к области плазмохимии, в частности к способу и реактору для плазмохимического синтеза, и может быть использовано при создании плазмохимических реакторов на основе лазеров.

Изобретение относится к квантовой электронике. Лазерная система содержит шасси, на котором размещены первый и второй идентичные лазерные модули.

Изобретение относится к оптике. Способ оптического усиления лазерного излучения включает разделение исходного излучения по нескольким каналам, усиление излучения в каналах и формирование однонаправленного излучения на выходе из каналов.

Изобретение относится к лазерной технике. Импульсный двухрежимный твердотельный лазер содержит поворотную двухгранную прямоугольную призму для излома оси резонатора, активный элемент (АЭ), выполненный с ВКР-преобразованием, клиновый компенсатор, вторую двухгранную прямоугольную призму, составляющую с выходным зеркалом единый концевой элемент резонатора и лампу накачки. Дополнительно установлены с возможностью ввода/вывода из зоны лучей между АЭ и второй двухгранной призмой две размещенные под углом 90 град. относительно друг друга плоскопараллельные пластины (ПП) и между первой прямоугольной призмой и АЭ - пассивный лазерный затвор (ПЛЗ1). На входные поверхности плоскопараллельных пластин (ПП) и ПЛЗ1 нанесено светоделительное покрытие, минимально отражающее излучение для рабочих длин волн и максимально отражающее излучение для нерабочей длины волны. Пассивный лазерный затвор ПЛЗ1 наклонен относительно торца АЭ на угол α>d/L, где L - расстояние от АЭ до ПЛЗ1, d - диаметр АЭ. Плоскопараллельные пластины и первый пассивный лазерный затвор (ПЛЗ1) выполнены с возможностью вывода из резонатора с одновременным вводом в резонатор второго пассивного лазерного затвора (ПЛЗ2). Технический результат заключается в обеспечении возможности работы лазера как в безопасном для глаз диапазоне волн, так и на длине волны излучения основного перехода. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх