Газоразрядная трубка газового лазера

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ X

РЕСПУЬЛИН

„., 5Ц „„649273 А1 (1) Н 01 S 3/038

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A ВТОРСИОМ,Ф СВйДЕТЕЛЬОТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕП=НИЯ»>1 И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 2427373/25 (22) 10.12.76 (46) 30>08.92. Бюл, Г 32 (72) А,Н.Власов> В.А.Перебякин и Г,Т,Тимошенко (53) 621,375.8 (088,Р) (56) Патент Японии r! 47-41793, кл, 100 D О, 1972.

Мартынов В,Ф,, Рязанцев Е.Н, Оптимизация геометрических размеров холодного катода для гелийнеонового лазера. "(вантовая электроника", 1973, Г 6, с, 48-52.

Патент СНА l," 3396301, кл. 313-210, 1968, Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при производстве газовых лазеров с поперечным разрядом, Известна конструкция газового лазера с активным элементом, в кото" ром для обеспечения равномерной эмис" сии с поверхности катода последний выполнен секционированным и составлен через изоляторы иэ нескольких последовательно расположенных цилинд" ров одинакового диаметра, подключенных через разные сопротивления к источнику питания, Такая конструкция активного элемента с холодным катодом имеет недостатки, которые не позволяют при" менять ее в стабильных газовых лазерах как с продольнь|м, так и с попе2 (54)(57) 1, ГАЗОРАЗРЯДНАЯ TPYCKA ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА с поперечным разрядом, содержащая разрядный канал с актив" ной средой и расположенные вдолЬ разрядного канала анод и катод, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения стабильности разряда, на рабочую поверхность анода нанесена полупроводящая пленка с удельным сог.ротивлением, большим, чем удельное динамическое сопротивление рабочего плазменного столба в разрядном канале, 2, Трубка по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что полупроводящая пленка на рабочей поверхности анода выполнена из двуокиси магния, речным тлеющим разрядом, Увеличение числа элементов снижает надежность работы прибора, усложняет технологию изготовления и эксплуатацию конструкции, что не дает положительного эффекта пс увеличению ресурса работы, зависящего от долговременной стабильности разряда, Если в начальный момент работы активного элемента и обеспечивается однородный по всей длине катода тлеющий разряд, то в результате того, что им покрыта вся поверхность катода, стационарность разряда вследствие внешних воздействий будет нарушена, и разряд постепенно сконцентрируется на небольшом участке катода.

Известна также газоразрядная труб ка газового лазера с пог еречным раз649

273 рядом, содержащая разрядный канал с активной средой и расположенные вдоль разрядного канала анод и катод, в которой тлеющий разрял в газовой смеси осуществляется поперечным полем межqy холодным полым продолговатым ка" тодом и проволочным анодом, помещенным в продольную щель катода по всей ее длине параллельно оси разрядной трубки на расстоянии от катода, равном era внутреннему радиусу, В данной конструкции даже при применении специального профиля продолговатого катода так же, как и в предыдущей конструкции, не может быть осуществлен долговременный стабильный разряд. Рля получения долговременного стационарного разряда в такой конструкции необходимо обеспечить нормальный тлеющий разряд. Действительно, как следует из закона Геля, если вследствие большого внешнего сопротивления сила тока в тлеющем разряде невелика, то рабочая поверхность катода пропорциональна силе тока, т,е °

° = I — величина постоянная

1 где j — плотность тока, А/см2, I — рабочий ток, А;

S — площадь эмитирующей поверхности катода, см2.

Тогда катодное падение напряжения

Бка,„ будет также величиной постоянной. В этом случае зарядная нейтральность стационарного разряда обеспечивается тем, что нескомпенсированный объемный заряд создает дополнительное электрическое поле, которое выравнивает зарядность до динамического равновесия, При слабом поле, действующем в стационарном разряде, ускоряемые им электроны вскоре теряют заметную долю составляющей направленного движения вследствие непрерывного столкновения между собой и с атомами газа. В аномальном тлеющем разряде, когда поверхность холодного катода вся покрывается свечением, Ugg растет пропорционально току, В этом случае разряд равномерно покрывает поверхность катода в какой-то определенный промежуток времени. Затем, когда вследствие внешних воздействий, например радиоактивной ионизации, плотность тока в какой-то точке катода окажется больше, чем в окружающей!

О

4О среде, разряд становится неустойчивым, так как условие стационарности в этой точке может быть выполнено при меньшем катодном падении, чем в других точках, Но так как напряжение еще велико для поддержания большого катодного падения в окружающей среде, где пространственный заряд

cr.атее, то в этой точке образуется больше ионов, чем их необходимо для обеспечения стационарного разряда, т,е, ток в этой точке растет, Одновременно растет общий ток разряда, так как в рассматриваемой точке растет число образующихся и переносимых к электродам заряженнь х частиц. С ростом тока увеличивается и внешнее падение потенциала, а потенциал разрядного промежутка уменьшается. Поэтому приложенное к электродам напряжение становится недостаточным для поддержания условия стационарности в окружающем точку пространстве, В нем образуется все меньше ионов, чем нужно для сохра" нения плотности стационарного заряда, и она прогрессирующе уменьшается, Меньшая плотность тем более не может остаться стационарной, Разряд кон" центрируется, т.е. на некоторых участках поверхности катода плотность тока увеличивается до величины, соответствующей установившемуся минимальному напряжению, а на других участках уменьшается до нуля, а это приводит к интенсивному распылению катода и изменению параметров рабочей среды, Цель изобретения - повышение . стабильности разряда.

Это достигается тем, что на рабочую поверхность анода нанесена полупроводящая пленка с удельным сопроI тивлением, большим, чем удельное динамическое сопротивление рабочего плазменного столба в разрядном кана" ле, а также тем., что полупроводящая пленка на рабочей поверхности анода выполнена из двуокиси магния, Увеличение стабильности выходных параметров непрерывного излучения предлагаемого газового лазера с поперечным разрядом достигается за счет увеличения стабильности разряда в рабочем канале егo активного элемента.

5 649273

На чертеже изображена предлагаемая гаэоразрядная трубка, общий вид (один из вариантов), Газоразрядная трубка содержит выходные оптические узлы 1 (выходные окна или отражатели), расположенные вдоль разрядного канала 2 напротив друг друга, катод 3 и анод

4, на который нанесена стабилизирую- 10 щая разряд полупроводящая пленка 5, выполненная, например, из двуокиси магния, Протяженные электроды (катод 3 и анод 4), между которыми возникает разряд, разделены боковыми стенками 6 разрядно о канала.

Благодаря нанесению на анод полупроводящей пленки, удельное сопротивление которой больше, чем удельное динамическое сопротивление рабочего 20 плазменного столба, осуществляется стабилизация активного разряда. Возможность "шнурования" разряда здесь устраняется, так как> если в какой-то момент его стационарность случайно и 25 нарушается, зарядная нейтральность разряда сразу же и восстанавливается вследствие перераспределения носителей в активной среде вдоль рабочей поверхности анода. Кроме того, в данном устройстве в связи с наличием на аноде полупроводящей пленки не требуется включения в цепь питания активного элемента балластных сопротивлений, следовательно релаксационные электрические колебания в устройстве и возможность их появления сводятся практически к минимуму, т,е. разряд еще более стабилизируется. 40

Границы разряда в таком устройстве могут быть ограничены для достижения еще большей стабильности разряда, не показанной íà чертеже сеткой, на поверхность которой нанесена полупроводящая пленка с удельной проводимос гью, меньшей удельной динамической проводимости охватывающего ее газового разряда..Сетке располагается между анодом и катодом, Оболочкой активного элемента газового лазера могут быть при определенном конструктивном сочетании анод, катод и разделяющие их стенки разрядного канала. Возможно и самостоятельное конструктивное выполнение оболочки, поэтому на чертеже не показана, При применении в данном устройстве накального катода оно пригодно как для активных элементов тлеющего разряда, так и дугового разряда, При использовании холодного катода оно применимо для активных элементов тлеющего разряда, при ем для подпержания стационарности этого разряда необходимо демпфировать случайные колебания плотности тока и на поверхности катода. для этого вдоль рабочей поверхности катода необходимо создать (в зависимости от конструкции) одну или несколько зон, обладающих несколько большим сопротивлением распространению газового разряда, чем его растекание по этой поверхности, для того, чтобы не вся поверхность катода была бы покрыта разрядом, т.е. чтобы разряд не концентрировался на отдельных . .частках катода, Эти зоны могут быть образованы, например, при снабжении катода диэлектрическими экранами или при выполнении рабочей поверхности катода в виде гофры, При этом оптимальную конструкцию катодного узла надежнее всего определять экспериментально методом моделирования, Устройство применимо также и для газовых лазеров с СВ закачкой, Предложенная конструкция газоразрядной трубки непрерывного действия с поперечным разрядом на постоянном токе со стабильными выходными параметрами излучения открывает возможность широкого использования поперечного разряда при разработках газовых лазеров, Вследствие того, что в предложенной конструкции возможно обеспечение стабильного рабочего разряда при расположении электродов активного элемента вдоль всего разрядного канала напротив друг друга, в этом случае внутри него при температурных изменениях окружающей среды нестационарность разряда сводится к минимуму, т,е, предлагаемое устройство позволяет облегчить разработку устойчивых к климатическим воздействиям газовых лазеров, Использование поперечного разряда по сравнению с продольным позволяет снизить напряжение накачки до величины порядка десятков вольт, т,е, значительно упростить разработку и изготовление источников питания газовых лазеров, В пре,ложенном устройстве практически отсутствует продольный дрейф

649273

° °

Ф

Составитель

ТехРед М,МоРгентал КоРРектоР Н, Соколова

Редактор F.Гиринская

Заказ 347" Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета .по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, iK-35, Раушская наб,, д. ч/5

Производственно-издательский комбинат Патент", r .Óæãîðîä, ул . Гагарина„ 101 носителей, что делает такие элементы удобными для использования в кольцевых газовых лазерах, Но особенно данное устройство перспективно для создания стабильных мощных газовых лазеров.