Импульсный газоразрядный лазер

 

1 . ИМПУЛЬСНЫЙ ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ ЛАЗЕР на парах химических элементов, содержащий излучатель с оптическим резонатором, закрепленным на стержнях , и активным элементом, размещенным в секционном электронагревателе, и устройство возбуждения, включающее импульсный трансформатор, конденсаторы и коммутатор, отличающийся тем, что,с целью повышения стабильности мощности и временных характеристик излучения, в излучатель введены устройство возбуждения и дополнительно система термостабилизации , терморегуляторы которой закреплены на опорах со стороны глухого зеркала резонатора и электрически связаны с термодатчиками, расположенными в каждой секции электрос Э нагревателя. 4 09 сд го 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.SU„„743528 (51) 4 Н 01 $3/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ нагревателя.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2607227/18-25 (22) 21.04. 78 (46) 07.06.88. Бюл. №- 21 (72) Б.В.Киселев, В.Ф.Москаленко, В.И.Пшеничников, В.С.Скоз и Н.А.Шекланов (53) 621.375.8(088.8) (56) Патент CIA ¹ 3947781, кл. 331—

945, опублик. 1976.

Патент США 3934211, кл. 331-945, опублик. 1976. (54)(57) 1 . ИМПУЛЬСНЫЙ ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ

ЛАЗЕР на парах химических элементов, содержащий излучатель с оптическим резонатором, закрепленным на стержнях, и активным элементом, размещенным в секционном электронагревателе, и устройство возбуждения, включающее импульсный трансформатор, конденсаторы и коммутатор, о т л и ч а ю шийся тем, что,с целью повышения стабильности мощности и времен— ных характеристик излучения, в излучатель введены устройство возбуждения и дополнительно система термостабилизации, терморегуляторы которой закреплены на опорах со стороны глухого зеркала резонатора и электрически связаны с термодатчиками, расположенными .в каждой секции электро743528

2. Импульсный газоразрядный лазер по п.1, отличающийся тем, что опоры терморегуляторов выполнены в виде стержней, соединенных с помо-щью фланцев с основными стержнями резонатора и имеют с ними соизмеримый диаметр.

3. Импульсный газоразрядный лазер по пп.1,2, отличающийся тем, что,с целью повышения эффективности возбуждения, в устройстве возбуждения первичная обмотка импульсного трансформатора выполнена в виде секций, соединенных с зарядными конденсаторами параллельно коммутатору, чапример, таситрону, а вторичная об1

Изобретение относится к области квантовой электроники, а более конкретно. — к устройству импульсных газоразрядных лазеров на парах металлов, предназначенных для применения в сис- 5 темах со стабильными временными процессами.

Известен газоразрядный лазер на парах металлов, содержащий излучатель с оптическим резонатором и электронагревателем, внутри которого распо" лагается центральная часть активного элемента, в которой образуются пары металла при нагреве и возбуждается электрический разряд от источника или устройства возбуждения, находящегося вне лазера.

Выходные окна активного элемента в этой конструкции лазера находятся вне нагревателя, что приводит к ин- 2О тенсивной конденсации на них паров металла и, вследствии этого, к сокращению долговечности.

Указанный недостаток устраняется в конструкции импульсного лазера на парах галогенидов металлов, являющегося наиболее близким по технической сущности к предлагаемой конструкции.

Известный лазер содержит излучатель с оптическим резонатором, закрепленным на стержнях и активным элементом, помещенным в секционный электронагреватель, в котором температура мотка трансформатора и электроды активного элемента зашунтированы конденсатором, емкость которого на порядок величины меньше суммарной емкос.— ти зарядных конденсаторов.

4. Импульсный газоразрядный лазер по пп.1,2,3, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что,с целью оперативного контроля уровня мощности при дистанционном управлении, в излучатель со стороны глухого зеркала резонатора введена и закреплена на опорах система сигнализации, выполненная в виде фотодатчика, электрически связанного с усилителем постоянного тока и исполнительным механизмом, например реле.

2 крайних секций, где размещены оптические окна, выше температуры средней секции, где размещен разрядный канал активного элемента. Источник возбуждения расположен вне лазера и включает в себя импульсный трансформатор, конденсаторы и коммутатор.

В рассматриваемом лазере отсутст- вуют средства для стабилизации температуры секций электронагревателя, мощности импульсов генерации, временных характеристик излучения, т.е. не стабилизированы время возникновения импульса генерации относительно времени прихода импульса запуска и длительности импульса генерации; велики общие габариты лазера (вместе с источником возбуждения); отсутствуют средства для оперативного контроля мощности генерации при дистанционном управлении работой лазера; мала эффективность возбуждения из-за размещения устройства возбуждения вне излучателя лазера.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, повышение стабильности, мощности и временных характеристик излучения, а также повышение эффективности возбуждения.

Указанная цель достигается тем, что в излучатель введены устройство возбуждения и дополнительно система термостабилизации, терморегуляторы

743528 которой закреплены на опорах со стороны глухого зеркала резонатора и электрически связаны с термодатчиками, расположенными в каждой секции электронагревателя, также тем, что опоры терморегуляторов выполнены в виде стержней, которые с помощью фланцев соединены со стержнями оптического резонатора и имеют с ними 10 соизмеримый диаметр; также тем, что в устройстве возбуждения первичная обмотка импульсного трансформатора выполнена в виде секций, соединенных с зарядными конденсаторами параллель- 15 но коммутатору, например, таситрону, а вторичная обмотка трансформатора и электроды активного элемента зашунтированы конденсатором, емкость которого на порядок величины меньше сум- 20 марной емкости зарядных конденсаторов; кроме того, в излучатель введена и закреплена на опорах система сигнализации, выполненная в виде фо— тодатчика, электрически связанного с усилителем постоянного тока и исполнительным механизмом, например, реле, Система терморегулирования с датчиками температуры в каждой секции обеспечивает повышенную температуру,30 на окнах активного элемента по сравнению с температурой в средней части и постоянство этих температур во время работы, что в свою очередь позволяет поддерживать постоянное давление паров металла, например ртути.

Постоянство давления паров обеспечивает долговременную стабильность средней мощности генерации лазера.

Долговременная стабильность сред- 40 ней мощности генерации обеспечивается также конструкцией резонатора излучателя с дополнительными опорами, создающими жесткость пространствен-. ной фермы, которая в свою очередь 45 обеспечивает жесткость и стабильность юстировки оптического резонатора.

Стабильность импульсной мощности и временных характеристик генерации достигается за счет размещения схемы 50 возбуждения в излучателе и выполнения устройства возбуждения с секционированной первичной обмоткой импульсного трансформатора и параллельным коммутатору соединением секций с зарядными конденсаторами и выбором в качестве коммутатора таситрона.

Эффективность возбуждения достигается за счет снижения индуктивности всех цепей устройства возбуждения при его размещении внутри излучателя и шунтирования вторичной обмотки трансформатора конденсатором, емкость которого на порядок величины меиьше суммарной емкости зарядных конденсаторов.

На приведенном чертеже изображено устройство предложенного импульсного газоразрядного лазера на парах химических элементов.

Лазер содержит активный элемент 1, который помещен в электронагреватель

2, образующий три секции — 3,4 и 5.

Внутри каждой секции электронагревателя размещаются датчики температуры (термодатчики) 6, электрически соединенные с регуляторами температуры (терморегуляторы) 7, периодически включающими электронагреватель таким образом, чтобы температура секций 3 и 5 постоянно превышала температуруру секции 4.

Электронагреватель с активным элементом размещается в оптическом резонаторе, образованном тремя опорными стержнями 8 и юстировочными головками 9, закрепленными на фланцах

10. Между опорными стержнями резонатора расположены три дополнительных стержня 11, закрепленные во фланцах.

Дополнительные стержни продолжаются за резонатор со стороны глухого зеркала и образуют пространственную ферму для крепления терморегуляторов и элементов устройства возбуждения активного элемента, которое состоит из импульсного трансформатора 12, коммутатора 13 и накопительных или зарядных конденсаторов 14.

Для снижения индуктивности схемы импульсный трансформатор, выполненный на ферритовых кольцах, содержит несколько первичных обмоток (например, 4), включаемых параллельно. Кроме того, накопительная емкость схемы (зарядные конденсаторы) разбивается на группы по числу первичных обмоток трансформатора, которые конструктивно располагаются вокруг коммутатора, в качестве которого применяется таситрон. Вторичная обмотка импульсного конденсатором 15 (обостряющая емкость), емкость которого на порядок величины меньше суммарной емкости зарядных конденсаторов.

За глухим зеркалом резонатора, на юстировочной головке размещается фо743528 механизмом может служить реле, с помощью которого включается автоматическая система управления выходной мощностью, Составитель Н.Берлин

Редактор Н.Сильнягина Техред А.Кравчук Корректор И. Муска

Заказ 3393

Тираж 632 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r Ужгород, ул, Проектная, 4 тодатчик 16 (например фоторезистор) системы контроля выходной мощности, соединенный электрически с усилителем постоянно..о тока 17 и исполни5 тельным механизмом, например реле.

Лазер работает следующим образом.

Вначале включаются все секции электронагревателя 2 и температура активного элемента начинает повьппать-10 ся. При достижении н :обходимой температуры в секции 4, например, 80

100 С, регулятор температуры отключает электронагреватель только этой секции. Температура в секциях 3 и 5 15 продолжает повышаться до заданной температуры, например, 130-150 С, после чего нагреватели этих секций также отключаются.

В дальнейшем температура средней 20 секции, а также заданный перепад температур между секцией 4 и секциями

3,5 поддерживаются автоматически с заданной точностью, путем периодического включения отдельных секций элек- 25 тронагревателя, позволяет поддерживать оптимальное давление паров химического элемента и тем самым стабилизировать выходную мощность и длительность импульса генерации в заданных 30 пределах. Благоцаря тому, что температура крайних секций электронагревателя поддЕрживается всегда вьппе температуры средней секции, предотвращается оседание паров химического элемента на окнах разрядной трубки.

Накопительная емкость зарядных конденсаторов в устройстве возбуждения заряжается от внешнего источника высокого напряжения. При подаче под- <0 жигающего импульса на сетку таситрона конденсаторы разряжаются через секции первичной обмотки импульсного трансформатора и коммутатор. Возникающий на вторичной обмотке трансфор- 45 матора импульс тока заряжает шунтирующую электроды активного элемента емкость до напряжения, которая определяется временем запаздывания пробоя в активном элементе. Так как давление паров металла стабилизировано, оказывается стабилизированным и время запаздывания пробоя.

Уменьшение индуктивности первичной цепи устройства возбуждения увеличивает крутизну импульса напряжения на вторичной обмотке трансформатора, величина которой на порядок величины меньше суммарной емкости зарядных конденсаторов, что дает возможность увеличить энергию, запасенную в обостряющей емкости за время запаздывания пробоя активного элемента. Тем самым повьппается выходная мощность генерации, а применение в качестве коммутатора таситрона, имеющего высокую стабильность задержки анодного тока относительно тока сетки, позволяет увеличить стабильность выходной импульсной мощности генерации, так как (саморазвивающийся) разряд зарядных конденсаторов первичной цепи за счет утечки стабилизируется, и, следовательно, стабилизируется энергия, передаваемая во вторичную цепь трансформатора. Кроме того применение та-, ситрона снижает общую нестабильность возникновения импульса генерации относительно импульса запуска.

Лазерное излучение, выходящее через заднее глухое зеркало, попадает на фотоприемник, с которого электрический сигнал, пропорциональный средней выходной мощности, подается на усилитель постоянного тока и исполнительный механизм. Исполнительным