Газоразрядная трубка для отпаянного лазера

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 01 S 3/227

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ.

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТРРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2610738/25 (22) 04.05.78 (46) 07.12.92. Бюл. N 45 (71) Институт оптики .атмосферы СО АН

СССР (72) С,С.Монастырев (56) Бохан П.А. и др. Ионный гелий-европиевый гаэоразрядный лазер со средней мощностью 2 Вт. Письма ЖТФ, 1977, т. 3, вып. 9, с. 410-413.

Авторское свидетельство СССР

М 283442, кл, Н 01 S 3/22, 1968. (54Х57) 1. ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ТРУБКА ДЛЯ

ОТПАЯННОГО ЛАЗЕРА, преимущественно на парах металлов, содержащая резервный баллон, разделенный подвижной диафрагмой на две части, одна из которых соединеИзобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании газоразрядных трубок оптических квантовых генераторов с активной средой на парах металлов.

Известна газоразрядная трубка лазера на парах металла, в которой испарение металла осуществляется за счет энергии разряда в так называемом режиме

"саморазогрева".

Газоразрядная трубка состоит из кварцевой оболочки, керамической трубки-вкладыша, предохраняющей оболочку от воздействия паров металла, вакуумной рубашки, электродов, выходных окон. Используемый металл равномерно размещается кусочками вдоль трубки-вкладыша, заполненной буферным инертным газом при исходном давлении 15-30 мм рт.ст. По мере разогрева активной среды постепенно до 1 730244 Al на с рабочей полостью трубки, и рубашку охлаждения, соединенную с источником охлаждающей жидкости, о тл ич а ю ща я с я тем, что, с целью обеспечения работы трубки при высоких температурах и давлениях газоразрядной среды, резервный баллон выполнен в виде цилиндра, расположенного на рубашке охлаждения коаксиально трубке, при этом другая часть резервного баллона соединена с рубашкой охлаждения и через ниппельный клапан с дополнитель. но введенным компенсирующим объемом, соединенным с источником охлаждающей жидкости и снабженным нагревателем.

2, Трубка по и. 1, отличающаяся тем, что диафрагма выполнена в виде шайбы с эластичными гофоами. бавляется в трубку буферный газ вплоть до давления порядка 1 атм.

Недостаток подобной конструкции в том, что при каждом новом включении лазера необходимо откачивать газоразрядную трубку до низкого давления и вновь наполнять до оптимального высокого давления.

Наиболее близкой по технической сущности является газоразрядная трубка для отпаянного лазера, содержащая резервный баллон, разделенный подвижной диафрагмой на две части, одна из которых соединена с рабочей полостью трубки, и рубашку охлаждения, соединенную с источником охлаждающейй жидкости.

К другой части баллона подсоединен генератор вспомогательного газа, например водорода, питаемый от цепи накала. Генератор вспомогательного газа поддерживает в этой части баллона независимо от ее обь730244 ема постоянное давление, В лазерах на ионизированных инертных газах, для которых предлагалось использовать эту диафрагму, типичное рабочее давление газа составляет доли миллиметра ртутного столба, В этих пределах осуществляли плавное двустороннее регулирование и стабилизация давления рабочего газа следующим образом. Перед началом работы устройства в разрядном канале в объеме с зарезервированным газом и объеме над генератором водорода устанавливается равновесное давление, Давление вспомогательного газа в соответствующей части дополнительного объема практически не зависит от величины этого объема, а определяется напря>кением накала генератора водорода. Так как в этой части дополнительного обьема давление постоянное, то и в части, соединенной с рабочим объемом, будет автоматически поддерживаться постоянное давление.

Ограниченность применения подобной конструкции в том, что в случае использования в лазерах на парах металлов, работающих при давлении буферного газа порядка

1 атм, диафрагма будет подвержена воздействию высоких температур как со стороны активной среды лазера, так и генератора водорода, нагревающегося при выделении газа до температуры порядка 400-1000 С, т.е. тем большей, чем большее давление газа генерируется, Как известно, под воздействием таких температур, например, наиболее удобный для использования вакуумный материал тефлон разлагается с выделением агрессивного фтора, Поэтому необходимо охлаждать баллон с диафрагмой. К тому же водород характеризуется большой проникающей способностью через .различные материалы, а присутствие его в качестве даже небольшой примеси в плазме газового разряда во многих случаях нежелательйо, все это ведет к исчезновению генерации лазерного излучения.

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности и обеспечение работы трубки при высоких температурах и давлениях газораэрядной среды вплоть до атмосферного.

Поставленная цель достигается тем, что резервный баллон выполнен в виде цилиндра, расположенного на рубашке охлаждения коаксиально трубке, при этом другая часть резервного баллона соединена с рубашкой охлаждения и через ниппельный клапан с дополнительно введенным резервным объемом; снабженным нагревателем; так же тем, что диафрагма выполнена в виде шайбы с эластичными гофрами. ной мембраны, автоматически изменяет до

40 необходимого оптимального, например, атмосферного, давление буферного газа.

На чертеже изображен общий вид предложенной газоразрядной трубки с мембранным компрессором — регулятором давления

45 буферного газа в разрядном канале.

В кварцевую трубку 1 с электродами 2 вставляется керамическая (например, из окиси бериллия) трубка — вкладыш 3, вдоль которого равномерно размещены кусочки используемого в лазере металла (например, европия) 4. Коаксиально с рубашкой охлаждения 5 выполнен, например, из кварца. корпус 6 мембранного компрессора с уплотняющими втулками 7 с резьбовой нарезкой

55 (одна из втулок установлена с помощью высокотемпературного вакуумного клея на кварцевой оболочке рубашки охлаждения) и металлическими фланцами 8.Полость компрессора разделяет на две части 9 и 10 мембрана в виде шайбы 11 с эластичными

В предложенной газоразрядной трубке резервный баллон выполнен в виде цилиндра, расположенного коаксиально с газоразрядным каналом трубки. Цилиндр разделен диафрагмой, выполненной в виде шайбы с эластичными гофрами, которая перемещается вдоль цилиндра, выполняющего роль мембранного компрессора— регулятора давления буферного газа в разрядном канале, под действием давления паров неагрессивной диэлектрической жидкости, используемой для охлаждения.

Рубашка охлаждения рабочей области трубки соединена с одной из полостей коаксиального цилиндра. На паропроводе, который соединяет эту же полость с баллоном, компенсирующим избыточное давление пара, установлен ниппельный клапан для сбрасывания избыточного давления паров. В компенсирующем баллоне установлен нагреватель с терморегулятором для задания нужной температуры, а следовательно, давления паров. Компенсирующий баллон также соединен с баллоном с охлаждающей жидкостью, уровень ее в баллоне по отношению к рубашке охлаждения устанавливается посредством эластичной трубки, которая соединяет рубашку охлаждения и баллон с охлаждающей неагрессивной диэлектрической жидкостью. Таким образом обеспечивается циркуляция определенного количества жидкости. Это позволяет легко включать разряд при малых исходных давлениях буферного газа в рабочем канале трубки, используя традиционные технические средства формирования импульсов возбуждения, обеспечивает нормальный температурный режим работы разделитель730244 гофрами 12 и служащими для вакуумного уплотнения прокладками 13. Мембрана может быть сформирована под давлением из тефлона при температуре порядка 250300 С. Корпус компрессора с помощью клеевого вакуумного уплотнения 14 укрепляется на кожухе рубашки охлаждения 5, в которую охлаждающая жидкость поступает из баллона 15. Избыточное давление пара через ниппельный клапан 16 сбрасывается в компенсирующий объем в баллоне 17 с жидкостью и нагревателем, поддерживающим заданное давление пара.

Откачка объема при вакуумных испытаниях осуществляется через эластичные вакуумпроводы 18.

Устройство работает следующим образом. После предварительных вакуумных испытаний и других технологических операций трубка 1 и часть 10 наполняются буферным газом до 15-30 мм рт,ст., и газоразрядная трубка отпаивается. После включения разряда, что надежно обеспечивается при таких давлениях используемыми обычно техническими средствами, и предварительного нагрева газа в разрядном канале в системе охлаждения подается охлаждающая жидкость, например, дистиллированная вода, давление ее паров в вакуумной рубашке охлаждения 5 и в связанной с ней частью 9 дополнительного объема сравнимо при температуре 18-30 С с укаэанными выше величинами давления буферного газа.

Энергия разряда выделяется в канале трубки вкладыша 3, подогревает охлаждающую жидкость, и давление образующегося при этом пара повышается. В результате воздействия его на шайбу 11 и гофры 12 мембрана эа счет своего передвижения в корпусе б компрессора уменьшает объем зарезервированного инертного газа, и давление его плавно увеличивается до необходимого значения. Требуемая величина давления пара устанавливается, например, посредством регулирования скорости прокачки охлаждающей жидкости либо с помощью ниппельного клапана 16. Последний действует так: избыточное давление пара в части 9 полости компрессора растягивает эластичную резиновую трубочку ниппеля, пар поступает в вакуумированный предварительно баллон

17 с этой жидкостью, температура которой (и, следовательно, необходимое давление пара над ней) задается нагревателем и контролируется, например, терморегулятором.

Для используемой обычно трубки с длиной рабочей части разрядного канала 40-50 см и внутренним каналом трубки — вкладыша 1 см в диаметре необходимая величина дополнительного объема буферного газа (при исходном давлении порядка 25 мм рт.ст. и температуре 25-30 С) около 2 л вполне обеспечивается заданием диаметра

10 внешнего цилиндра компрессора 5-6 см при поперечине кожуха рубашки охлаждения 3 см, Таким образом, устройство позволяет изменять и регулировать в широком диапа15 зоне как давление буферного газа, так и (за счет эффекта охлаждения) давление пара используемого в лазере металла и, кроме того, что также важно при проведении исследований, косвенно дает воэможность сво20 боднее варьировать электрическими параметрами разряда. Устройство может быть использовано при создании отпаянных газоразрядных лазеров на парах металлов. работающих при атмосферном

25 давлении буферного газа.

Предложенная газоразрядная трубка лазера на парах металлов, работающего при атмосферном давлении буферного газа, ного газа оперативно проводить исследования физических процессов в газораэрядной плазме в зависимости от ее параметров, При этом экономно расходуется буферный инертный газ. Эта конструкция позволяет

35 ускорить выход лазера на рабочий режим эа счет непрерывного, плавного и автономного наполнения гаэоразрядного канала буферным газом. Пар охлаждающей жидкости

40 предохраняет подвижную тефлоновую мембрану от воздействия высоких температур со стороны нагретой среды трубки. Исполнение дополнительного баллона в форме коаксиального с газоразрядной трубкой цилиндра позволяет сделать конструкцию лазерной трубки более компактной. а непосредственный контакт баллона с нагретым рабочим участком трубки устраняет возможность конденсации пара в баллоне. Заполнение разрядного канала трубки до заранее заданного(давлением пара в компенсирующем объеме) давления буферного газа происходит автоматически, т.е. без вмешательства оператора.

30 позволяет при однократном напуске буфер730244

Составитель С.Монастырев

Редактор Т.Шарганова Техред М,Моргентал Корректор С.Юско

Закаэ 560 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101