Газоразрядная трубка лазера на парах металлов

 

1. ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ТРУБКА ЛАЗЕРА НА ПАРАХ МЕТАЛЛОВ, содержащая вакуумированный корпус с выходными окнами на торцах, расположенные внутри корпуса оболочку газоразрядного канала с рабочим веществом и электроды, отличающаяся тем, что, с целью увеличения средней мощности генерации и КПД лазера^ рабочее вещество размещено на держателе, расположенном внутри оболочки коаксиально ей.2.Трубка поп,1 отличающаяся тем, что держатель выполнен из бериллиевой керамики в виде стержня или трубки с отверстиями.3.Трубка по П.1, отличающ а я с я тем, чтг, с целью повышения однородности разряда, держатель выполнен из берил:п1ево[1 керамики в виде набора киаксиально расположенных трубок.I(ЛI>&

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИК (19) (И) А (д Н 01 5 3/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2638610/18-25 (22) 06.07.78 (46) 30.03.84. Бюл.112 (72) А.E.Кирилов, !О.П.Полунин и А.Н. Солдатов (71) Специальное конструкторское бюро научного приборостроения "Оптика" СО AH СССР (53) 621.375.8(088.8) (56) 1. Приборы и техника эксперимента. 1974, N -1, с.160 †1.

2. Вохан П.A. и др. Отпаянный лазер на парах меди. "Квантовая электроника", 1975, с.2, N -1, с.159162(прототип). (54) (57) 1. ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ТРУЬКА

ЛАЗЕРА НА ПАРАХ МЕТАЛЛОВ, содержащая вакуумированный корпус с выходными окнами на торцах, расположенные внутри корпуса оболочку газоразрядного канала с рабочим веществом и электроды, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью увеличения средней мощности генерации и КПД лазера рабочее вещество разJ мещено на держателе, расположенном внутри оболочки коаксиально ей.

2. Трубка по и, 1 о т л и ч а ющ а я с я тем, что держатель выполнен из бериллиевой керамики в виде стержня или трубки с отверстиями.

3. Трубка по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, чтг, с целью повыа шения однородности разряда, держатель выполнен иэ бериллиевой керамики в виде набора коаксиально расположенных трубок.

С:

711986

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть ,использовано при создании лазеров на парах металлов с повьппенной средней мощностью и большой апертурой газоразрядного канала.

Известна конструкция .газоразрядной трубки на парах металлов 1 ), состоящая из керамической трубки иэ окиси бериллия, трубки-вкладьппа внут- 1О ри которой на концах расположены цилиндрические электроды из тантала, и коваровых переходов, к которым вакуумно-плотно припаяны стеклянные патрубки с выходньичи окнами. Рабочее 15 вещество помещается в ванночках-испарителях на внутренней стенки трубкивкладыша.

Известна газоразрядная трубка лазера на парах металлов, содержащая рО вакуумированный корпус с выходными окнами на торцах, расположенные внутри корпуса оболочку газоразрядного канала с рабочим веществом и электроды t 23. В известной конструкции 25 разогрев рабочего объема до температуры испарения металла осуществляется за счет диссипации энергии разряда.

Однако, для увеличения средней мощности и КПД лазеров на парах металлов необходимо увеличивать объем газоразрядных трубок за счет увеличе, ния диаметра разрядного канала, а также увеличить энерговклад в единицу активного объема лазера.

В известных конструкциях лазеров на парах металлов увеличение диаметра разрядного канала и энерговклада разряда в активный объем приводит к сильному увеличению градиента температуры по диаметру, к неоднородному поперечному распределению концентрации электронов, к неоднородному предимпульсному заселению нижних лазерных уровней. Следствием этого являются 4

45 сильные радиальные неоднородности в мощности генерации лазера по сечению пучка и малоэффективное использование активного объема лазера.

Цель изобретения — увеличение

50 средней мощности и КПД лазеров на парах металлов, в том числе с большой апертурой, а также повышение однородности разряда, Это достигается тем, что в известной конструкции лазера на парах ме55 таллов рабочее вещество размещено на держателе, расположенном внутри оболочки газоразрядного канапа коаксиально ей, также тем, что держатель выполнен из бериллиевой керамики в виде стержня или трубки с отверстиями, также тем, что держатель выполнен в виде набора коаксиально расположенных трубок из бериллиевой керамики.

Таким образом, в предложенной конструкции испарители рабочего металла размещены в наиболее горячих зонах газоразрядного канала, а также в зонах с определенной температурой.

При этом за счет диффузного потока паров рабочего металла из зоны с наибольшей температурой (вблизи испарителей} в зону с меньшей температурой, а также за счет внесения дополнительных поверхностей внутрь газоразрядного канала (держатели, испарители), создается более однородное распределение концентрации невозбужденных атомов рабочего металла, что позволяет создать значительно более однородное распределение мощности генерации по поперечному сечению и наиболее эффективно использовать весь активный объем лазера при больших апертурах канала.

Стержень и коаксиально расположенные трубки-держатели могут быть выполнены из керамики на основе окиси бериллия, как материала с высокой теплопроводностью, малой электропроводностью при температурах до 2000 К и стойкого к термоударам.

На фиг. 1 и 2 приведены предлагаемые конструкции газоразрядных трубок лазеров на парах металлов.

Газоразрядные трубки содержат вакуумированный корпус 1, оболочку газоразрядного канала 2, выходные окна 3, рабочие электроды 4, стержень-держатель с испарителями 5, набор коаксиально расположенных трубок-держателей с испарителями 6.

Устройство работает следующим образом.

Газоразрядная трубка вакуумируется, заполняется буферным газом, например, неоном до необходимого рабочего давления и отпаивается.

На электроды подаются импульсы напряжения от высоковольтного генератора импульсных напряжений с высокой частотой повторения (10-100 кГц).

В зонах газоразрядного канала, вдоль стержня-держателя с испарителями

5 и в зазорах коаксиально расположенных в газоразрядном канале трубок

7119

Заказ 2403/3

Подписное

ВНИИПИ

Тираж 591

Фит 2

6 развивается импульсный электрический разряд. За счет выделения энергии при разряде газ во всех зонах газоразрядного канала, а затем и стенки стержня, трубок-держателей и канала разогреваются до температур, необходимых для испарения рабочих металлов из испарителей. В результате за счет естественного градиента температуры, так как коаксиально располо- 10 женные трубки-держатели работают как экраны и конструкция выполнена. так, что толщина стенок трубок и величина зазоров обеспечивают определенное распределение температур по зонам, 15 в различных по температуре зонах разрядного канала реализуется оптимальная концентрация атомов соответствующего рабочего металла. Возбуждение электронами плазмы атомов рабочих 20 металлов приводит к возникновению инверсии и генерации. Излучение выводится через выходные окна 3 газоразрядной трубки.

Помещение испарител и рабочего 25 вещества с помощью специальных держателей в наиболее горячие зоны газораэрядного канала позволяет получать необходимые концентрации атомов рабочего вещества при меньших темпера- З0 турах стенок газоразрядного канала, 86

4 что увеличивает надежность и долговечность конструкции. Кроме того, введение дополнительных поверхностей обеспечивает,большую однородность параметров импульсной плазмы, таких как газовая температура, концентрация атомов рабочего металла, концентрация электронов, уменьшает неоднородности в скоростях элементарных процессов, обеспечивающих генерацию (рекомбинация, заселение и разрушение рабочих уровней и т.д.) Все это позволяет вводить в гаэораэрядные трубки большие мощности накачки без ухудшения распределения мощности генерации по сечению пучка, работать с большими апертурами газоразрядных каналов, и, соответственно, реализовать болЬшие средние и импульсные мощности излучения лазеров и КПД.

Дополнительные поверхности уменьшают время диффузии к поверхности рабочих частиц в метастабильном состоянии, ускоряя процесс разрушения метастабилей, что понижает температурный порог генерации и позволяет повысить предельно возможную частоту следования импульсов накачки и генерации, что также способствует увеличе-. нию средней мощности и эффективности лазеров на парах металлов. филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4