Лампа оптической накачки лазеров

 

(. А Н И E ЗЗ

Союз Советских

Социалистических

Р1е;-. убгик

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Заявлено 19,Х1.1969 (№ 1377544, 26-25) с присоединением заявки №вЂ”

Приоритст—

Опубликовано 26.Х.1973. Бюллетень ¹ 43

Дата опубликования описания 11.11.1974

М. Кл. Н 01s 3 09

Н 011 61!10

Государственный номнтет

Сонета Мнннстрое СССР по делам изобретеннй и аткеытий

УДК 621.375.8(088.8) Авторы изобретения

Н. И. Середа, В. В. Сысун, Б. В. Скворцов, В. ll,. Фишер и A. В. Толстошев

Заявитель

ЛАМПА ОПТИЧЕСКОЙ НАКАЧКИ ЛАЗЕРОВ

Изобретение относится к разрядным осветительным лампам, наполненным газами или парами, и совершенствует конструкцию экранов или паправляюших, служащих для воздействия на разряд.

Изобретение относится также к устройствам для возбуждения (оптической накачки) оптических квантовых генераторов (лазеров) и предназначено для получения многократных интенсивных световых вспышек с использованием газодинамических свойств образующейся в лампе светящейся среды.

Известен газодинамический импульсный разрядный источник света, применяемый для пакачки лазеров, выполненпый в виде T-образной кварцевой колбы, покрытой светоотра>кающим слоем и наполненной ксепоном, в которой с яоптировапы электродные узлы с совпадающей продольной осью симметрии, располо>кенные симметрично относительно трубчатого отростка колбы. Внутри этого отростка коаксиально располо>кена цилиндрическая полость меньшего диаметра, предназначенная для размещения активного тела лазера. Образовавшаяся в приборе в процессе импульсного разряда газоразрядная плазма под действием гысокого давления с большой скоростью выплескивается в трубчатый отросток, создавая перед собой ударную волну, ионизирующую газ в колбе. Для оптической накачки исполь. зуется излучение плазменного сгустка и ударных волн, движущихся в отростке колбы, Известны также газоразрядные устройства полостного типа, представляющие собой наполненную рабочим I Bço>il цилиндрическуlo каii1cpf со светоотража1ощими стенка>1н, вну.три которой коаксиально расположена цилиндри. ческая полость, ограниченная TpyoKQA H3 oiITHчески прозрачного материала, предназначен10 ная для размещения активного тела. В таких устройствах разряд осуществляют в разрядном промежутке, образованном электродными узлами, смонтированными на концах камеры, а излучающая газоразрядная плазма стабилизи15 рована степками коакспально расположенных трубок, ограничивающих цилиндрическую разрядку ю полосгь.

Источники оптической накачки Т-образного типа имеют ограниченное применение из-за

0 ого, что они, во-первых, работают эффективно только на коротких длительностях вспышки (до 20 лксгк), а во-вторых, обладают низким к.п.д. пребразования подводимой энергии в световое излучение, поскольку при накачке активного вещества лазера, размещенного в полости отростка колбы, используется преимущественно излучение дви>кущейся в отростке плазмы и ударных волн, а излучение плазмы разрядного промежутка затенено элементами

30 конструкции лампы.

333882 .

Газоразрядное устройство полостного типа имеет низкие предельную энергию и к. п. д. излучения, примерно па 30% меньше по сравнению с обычными трубчатыми источниками света, из-за повышенной плотпости излучения, приходящегося на внутреннюю трубку лампы„ ограничивающую и стабилизируюшу1о плазму, и ухудшенного теплоотвода от пее; а также низкие срок службы и надежность.

В импульсных газоразоядных лампах трубчатого тига возникающий в процессе разряда столо плазмы быстро расширяется до тех пор, пока оп почти полностью не заполнит объем разрядного промежутка. Скорость подобного расширения зависит от скорости нарастания разрядного тока и других параметров, достигая нескольких сотен м/сек. В течение нескольких мксек после начала развития канала фронт возникшей ударной волны и газоразрядной плазмы доходит почти до противоположных стенок колбы, прижимая к ним область частично ионизованного газа, сжатого до высокого давления. Взаимодействие ударных волн, порожденных расширяющимся плазменным столбом, со стенками трубчатой разрядной колбы в процессе работы импульсного газоразрядного устройства наряду с термическим ударом определяет предельные энергии указанных приборов, срок слу.кбы и т, д.

Цель изобретения-создание компактного газодинамического импульсного разрядного устройства для оптической накачки лазеров, обладающего говышенной эффективностью накачки, увеличенным к. п. д. использования энергии, подводимой к разряду, повышенной предельной энергией вспышки и сроком службы.

Для этого внутри наполненной рабочим газом цилиндрической камеры устройства, стенки которой обладают светоотражающими свойствами, аксиально смонтированы один или более автономных разрядных промежутка, каждый из которых частично ограничен оптически прозрачной трубкой с разрезом по образующей,. выполненным в ней со стороны полости для размещения активного вещества лазера и предназначенным для выплескивания газоразрядной плазмы в процессе работы устройства.

Еще одной отличительной особенностью гредлагаемого устройства является то, что, с целью улучшения стабильности характеристик разряда прозрачная трубка имеет П-образную форму и по всей длине излучающей части ее выполнен разрез, шириной не превышающий /з величины внутреннего диаметра колбы.

Предлагаемое газодинамическое разрядное устройство основано на известном представлении о расширении канала мощного импульсного разряда, как о гидродинамическом процессе. В нем использовано явление образования частично ограниченной в трубке движущейся плазмы и цилиндрических ударных волн, распространяющихся со сверхзвуковыми скоростями в радиальном направлении в процессе импульсного разряда, 4

Предлагаемое устройство лишено недостатков источников света Т-образного типа и трубчатых коаксиальных ламп оптической накачки лазеров, сохраняя их преимущества.

Кроме того, предложенный источник накачки активных сред лазеров обеспечивает повышенную эффективность и к. п.д. использования мощности, подводимой к разряду, за счет использования излучения газоразрядпой плазмы разрядного промежутка и плазмы, выплеснутой из него, а также увеличеш ую предельную энергию вспышки (примерно в 4 раза) и повышенный срок службы за счет того, что частично ограничивающая разрядный промежуток трубчатая колба устройства работает преимущественно в условиях воздействия па пее касательных механичсских напряжений.

Изобретение позволяет уменьшить гаоариты осветителя.

Эти преимущества достигаются за счет описанного выше усовершенствования конструкции устройства, создающего условия для использования в процессе его эксплуатации газодинамических явлений, вызванных ударными волнами и движущейся плазмой. Частич25 ное ограничение разрядного промежутка стенками кварцевой цилиндрической оболочки с разрезом по образующей уменьшает разрушающее действие на стенки колбы ударных волн, возникающих в процессе импульсного разряда, обеспечивает возможность выплескивания части излучающей газоразрядной плазмы расширяющегося столба в объем цилиндрической камеры, в сторону полости для активного тела лазера, и использования излучения движущейся плазмы. Кроме того, облегчаются условия работы электродных узлов устройства в жестком режиме за счет увеличенной диссигации энергии плазмы частично ограниченного разрядного промежутка.

На чертеже изображен один из вариантов предлагаемой лампы, вид сбоку, частично с продольным разрезом, и разрез по А — А.

Лампа содержит наполненную ксеноном до давления 300 — 600 мм рт. ст. цилиндрическую камеру 1 из плавленного кварца, покрытую снаружи или изнутри диффузно отражающим слоем 2 двуокиси кремния, спеченной до нулевой пористости, либо слоем зеркального отражателя. Внутри указанной камеры эксцент50 рично на расстоянии 4 — 6 мм одна от другой смонтированы цилиндрическая полость 8 диаметром 16 мм, ограниченная оптически прозрачной колбой, в частности, из плавленного

NBBtpUB, предназначенная для размещения активного вещества лазера, и излучающая часть П-образной трубки 4 или нескольких трубок, автономный разрядный промежуток

5 которой длиной 130 мм лараллелен полости

8 и ограничен торцевыми стенками б.

В ограни вливающей разрядный промежуток 5 кварцевой трубке постоянного сечения по всей ее длине вдоль образующей выполнен продольный разрез 7 шириной, не превышающей /> величины внутреннего диаметра трубки, в

,àñòíîñòè 2 — 3 мм, расположенный в плоско333882 сти, соединяющей продольные оси трубки и полости 8, со стороны последней. Этот разрез соединяет внутренние объемы разрядной трубки 4 и цилиндрической камеры 1 и предназначен для пропускания рабочего газа и выплескивания газоразрядной плазмы в процессе работы устройства в сторону полости для размещения активного вещества лазера.

Кварцевые ножки 8 П-образной разрядной трубки герметично сочленены с оболочкой цилиндрической камеры 1 и выступают из нее.

Б ножках собраны аналогичные по конструкции электродные узлы, каждый из которых содержит электрод 9 из торированного вольфрама, запрессованный в полый коваровый держатель 10, снабженный кольцевым выступом, на котором размещен титановый цилиндр 11, образующий кольцевой зазор с ножкой 8 кварцевой трубки, заполняемый в процессе герметизации припоем на основе олова.

Электродные узлы устройства смоптирозаны в ножках трубки таким образом, что рабочая поверхность каждого электрода, имеющего диаметр, близкий к внутреннему диаметру сечения ножки, выставлена на уровень объема разрядного промежутка в непосредственной близости от торцевых стенок колбы.

Лампу целесообразно подключать в разрядную цепь с последовательным поджигом, исключающим необходимосгь размещения электрода поджига непосредственно на стенках разрядной трубки лампы и обеспечивающим более симметричное возникновение и развитие канала разряда.

Предмет изобретения

1п 1. Лампа оптической накачки ",àçåðîâ, со держащая наполненную рабочим газом каме ру со светоотражающими стенками, цилиндрическую оптически прозрачную колбу, расположенную внутри камеры и предназначенную для размещения в ней активного тела лазера, и электродные узлы, расположенные на противоположных концах камеры, отличающаяся чем, что, с целью более эффективного использования подводимой энергии, внутри камеры аксиально с колбой помещена по крайней мере одна оптически прозрачная трубка, имеющая направленный к колое разрез по образующей.

2. Лампа по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью улучшения стабильности характеристик разряда, прозрачная трубка выполнена в П-образной форме, а центральная излучающая часть e= имеет разрез с шириной, не превышающей /3 величины ее внутреннего диаметра,