Газовый лазер

 

1. ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР с активным элементом, содержащим охлаждаемую разрядную трубку, выполненную в виде набора керамических и металлических секций, катодную ножку, охлаждаемую катодную колбу, электрода с токовводами , обводной канал и оптические элементы, отличаю щи и с я Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании мощных ионных газовых лазеров. Известен ионный лазер, активный элемент которого содержит разрядную трубку с секционированными керамическими цшшндрамИо Активный элемент лазера имеет прямонакальный импрегнироваиный катод с молибденомами стержневыми ввода№1И, впаянными в металлическую катодную ножку.через изолирующие керамические втулки. Катодная колба изготовлена из керамики и соединена герметично с одной стороны с к атем , что, с целью повышения мощности излучения при одновременном повышении технологичности изготовления и надежности устройства, металлические секции разрядной трубки выполнены в виде двух соединенных между собой фланцев, токовводы катодной ножки выполнены в виде коаксиальных изолированных металлических труб, между оптическими элементами и электродами установлены ловушки, выполненные в виде соединенных со стороны оптических элементов и коаксиально расположенных цилиндров, внешние из которых соединены с катодной колбой, выполненной из металла. 2. Лазер по п.1, отлич аю (Л щ и и с я тем, что разрядная трубка входит внутрь катодной колбы иа расстояние , не превышающее внешний диаметр трубки. 4 СП тодной ножкой, а с другой - с керамическими секциями из окиси бериллия, спаянными между собой и имеющими центральное отверстие для разряда и ряд отверстий по периферии для выравнивания давления газа. Данный лазер обладает механической прочностью и компактностью, так как активный элемент выполнен целиком металлокерамическимо Недостатком является ограничение тока разряда активного элемента, вызванное наличием стержневых токоотводов катодного узла . Кроме того, наличие обводных каналов в керамических разрядных труб

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) OI) 4500 А 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ОРИ ГКНТ. СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ц) Н 01 8 3/22 (21) 2770383/25 (22) 25.05.79 (46) 23.03.91. Бюл. юг 11. (72) В.Ф.Быковский, Т.П.Саморукова и В.Ф.Москаленко (53) 621. 375. 8 (088. 8) (56 ) Проспекты Le x d argon and krypton ion lasers Moder 95 Jon. Jaser фирма Lexd corp. 1977.

Патент США 11г 3437950, кл.331-94.5, опублик. 1969.

Патент США М 3670262, кл.331-94.5, опублик. 1972. (54)(57) 1 ° 1 АЗОВБЙ ЛАЗЕР с активным элементом, содержащим охлаждаемую разрядную трубку, выполненную в виде набора керамических и металлических секций, катодную ножку, охлаждаемую катодную колбу, электроды с токовводами, обводной канал и оптические элементы, отличающийся

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании мощных ионных газовых лазеров.

Известен ионный лазер, активный элемент которого содержит разрядную трубку с секционированными керамическими цилиндрами. Активный элемент лазера имеет прямонакальный импрегнированный катод с молибденовыми стержневыми вводами, впаянными в металлическую катодную ножку. через изолирующие керамические втулки. Катодная колба изготовлена из керамики и соединена герметично с одной стороны с катем, что, с целью повышения мощности излучения при одновременном повышении технологичности изготовления и надежности устройства, металлические секции разрядной трубки выполнены в виде двух соединенных между собой фпанцев, токовводы катодной ножки выполнены в виде коаксиальных изолированных металлических труб, между оптическими элементами и электродами установлены ловушки, выполненные в виде соединенных со стороны оптических элементов и коаксиально расположенных цилиндров, внешние из которых соединены с катодной колбой, выполненной из металла.

2. Лазер по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что разрядная трубка входит внутрь катодной колбы на расстояние, не превышающее внешний диаметр трубки. тодной ножкой, а с другой — с керамическими секциями из окиси бериллия, спаянными между собой и имеющими центральное отверстие для разряда и ряд отверстий по периферии дпя выравнивания давления газа.

Данный лазер обладает механической прочностью и компактностью, так как активный элемент выполнен целиком металлокерамическим. НедостатксУм является ограничение тока разряда активного элемента, вызванное наличием стержневых токоотводов катодного узла. Кроме того, наличие обводных каналов в керамических разрядных труб4500

3 77 ках приводит к уменьшению надежности и мощности излучения, так как ухудшается теплоотвод sa счет наличия дополнительных каналов в керамике и неэффективно выравнивается перепад давления вдоль разрядной трубки из-за невысокой проводимости обводных каналов при больших температурах керамики. Кроме того, усложняется и удорожается активный элемент из"за сложности изготовления разрядных трубок.

Известен ионный лазер, активный элемент которого содержит цельную керамическую разрядную трубку, на которую плотно насажена металлическая трубка для предохранения керамической трубки от растрескивания и улучшения теплоотвода. K концам керамической разрядной трубки припаяны металлические фланцы, к которым герме тично крепится катодная колба с одной стороны и анод — с другой. Между металлическими фланцами, ограничивающи.ми разрядную трубку, коаксиально к ней размещена рубашка охлаждения со штуцерами для ввода и вывода воды.

Катод размещен в металлической катодной колбе соосно с разрядной трубкой.

Стержневые выводы (токовводы) катода через изоляторы выходят из концевой пластины, снабженной патрубком с оптическим элементом для вывода излучения. Катодная и анодная колбы соединены стеклянным каналом для выравнивания перепада давления по длине активного элемента.

Активный элемент такого лазера имеет полностью металло-керамическую разрядную структуру, что делает его механически прочным и несложным в изготовлении. 11рименение стержневых вводов катода затрудняет их охлаждение при увеличении токосьема, что снижает надежность при больших мощностях излучения лазера. Катодная колба и анод не охлаждаются, что ограничивает потребляемую активным элементом мощность.

Наиболее близок к изобретению по технической сущности и достигаемому результату газовый лазер, активный элемент которого. содержит секционированную охлаждаемую разрядную трубку, керамические секции которой через металлические кольцевые прокладки спаяны по торцам между собой. Для увеличения стабильности разряда обводные каналы керамических секций сообщают5

Z0

55 ся с центральным разрядным каналом только у электродов, а не отдельно в каждой секции. Катодный узел активного элемента лазера представляет собой смонтированный в керамической охлаждаемой колбе прямонакальный спиральный катод, располагаемый аксиально оси разряда. Со стороны оптического элемента катодная колба заканчивается коваровым цилиндром с приваренным к нему оптическим элементом для вывода излучения. Стержневые токовводы катода проходят через катодную колбу и изолированы от нее с помощью стеклянных или керамических бусинок. Такой лазер также имеет значительную механическую прочность.

Недостатками этого лазера являют- ся ограничение мощности излучения, невысокая надежность и нетехнологичность конструкции, обусловленные, во-первых, необходимостью увеличения сечения разрядных керамических секций из-за дополнительных отверстий для образования обводного канала, что приводит к увеличению перепада температур по радиусу разрядной секции во время работы лазера и возникновению значительных напряжений, ограничивающих величину вводимой мощности и, следовательно, мощность излучения, а во-вторых, сложностью обеспечения соосности разрядных и обводных каналов, спаиваемых между собой керамических секций, так как их соединение должно осуществляться в печи с защитной средой или под вакуумом, что в свою очередь существенно усложняет получение длинномерных разрядных трубок активных элементов лазеров, Кроме того, использование стержневых токовводов катода уменьшает надежность лазера за счет их перенагрева при больших плотностях тока, а также усложняет их охлаждение и уменьшает токоотбор с катода. Отсутствие ловушки для предохранения от попадания продуктов разрушения разрядной керамической структуры на оптические элементы приводит к их деградации и уменьшению долговечности (надежности изготовления) и мощности лазера.

Целью изобретения является повышение мощности изчучения при одновременном повьппении технологичности изготовления и надежности устройства, Это достигается. тем, что в газовом лазере с активным элементом, со5

77450 держащим охлаждаемую разрядную трубку, выполненную в виде набора керамических и металлических секций, катодную ножку с охлаждаемой катодной колбой, электроды с токовводами, обводной канал и оптические элементы, металлические секции разрядной трубки выполнены в виде двух соединенных между собой фланцев, токовводы катодной ножки выполнены в виде коаксиальных изолированных металлических труб, между оптическими элементами и электродами установлены ловушки, выполненные в виде соединенных со стороны оптических элементов и коаксиально расположенных цилиндров, внешние из которых соединены с вводами электродов и обводным каналом, а внешняя труба токоввода катодной ножки. через ди- 70 электрик соединена с катодной колбой, выполненной из металла.

Разрядная трубка входит внутрь катодной колбы на расстояние, не превышающее внешний диаметр трубки. 25

На чертеже показан предлагаемый газовый лазер.

Разрядная трубка 1 состоит из нескольких керамических секций 2, 3, которые соединены между собой с помощью металлических втулок 4 с буртиками 5. Втулки предварительно спаяны с наружными металлизированными поверхностями концов керамических секций.

Разрядная трубка с одной стороны гер35 метично спаяна с металлической катодной колбой 6, а с другой — с анодом

7. В катодной колбе расположен прямонакальный спиральный катод 8 с экраном. Катод связан с трубчатыми токо- 4 вводами 9 и 10 катодной ножки. Внутренняя металлическая труба катодной

-ножки соосна с разрядной трубкой активного элемента. Внешний трубчатый токоввод 10 катода электрически раз- 45 вязан от внутреннего токоввода с помощью керамического кольца 11. Для получения надежного спая его с токовводами катода могут применяться дополнительные компенсационные кольца (на чертеже не показаны). Для электрической развязки катода от катодной колбы используется керамическое кольцо 12, металлическая колба 13 рубашки охлаждения 14 крепится к катодной колбе. Разрядная трубка припаяна к аноду, который соединен через сильфон

15 с анодным токовводом lб рубашки охлаждения. Два наконечника с выходныО 6 ми оптическими элементами 7 и 18 соединены с разрядной трубкой через ловушки 19 и 20, к которым приварен обводной канал 21.

Керамические секции разрядной трубки вакуумплотно соединяют с помощью металлических втулок плазменной или аргоно-дуговой сваркой, причем сварку ведут по буртикам 5 металлических втулок. В результате не происходит значительного нагрева паяного соединения металлизированной поверхности керамики с металлическими втулками. При этом можно регулировать соосность керамических секций до получения максимального уровня генерации, так как в них отсутствуют дополнительные каналы, образующие обводной путь. 11овьппаются надежность, технологичность конструкции и мощность излучения лазера.

Конструкция металло-керамической катодной ножки позволяет существенно увеличить надежность и механическую прочность этого узла, механизировать процесс его изготовления, а также повысить его теплостойкость. Цилиндрические (трубчатые) токовводы имеют большую поверхность, которую легко охлаждать с помощью съемных охлаждаемых радиаторов, что позволяет увеличить токоотбор с такого активного элемента и увеличить мощность излучения лазера.

Электрическая развязка катодной ножки от металлической катодной колбы, а также то, что часть керамической разрядной трубки входит внутрь катодной колбы позволяет избежать распыления материала катодной колбы в процессе работы лазера. Максимальный раз мер уч а ст к а p as рядной трубки, помещенного внутрь катодной колбы, не превьппает внешнего диаметра трубки и определяется теплопроводностью материала разрядной трубки и его теплостойкостью.

Для предотвращения от разрушения анода и соединительных втулок вследствие электролиза при охлаждении активного элемента проточной водой используются протекторы (на чертеже не показаны), представляющие собой металлические полоски из нержавеющей

I стали, надежно экранирующие металлические части разрядной оболочки, которые имеют положительный потенциал относительно катодной колбы.

774500

Редактор С.Юркова Техред М.Дидьм . Корректор М. Самборская

Заказ 1059 Тираж 306 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул, Гагарина, При работе, например, аргонового ионного лазера существует интенсивная перекачка газа, поэтому используют выравнивающий перепад давления дополнительный обводной канал. Продукты разложения разрядной, структуры активного элемента, циркулируя по обводному каналу, во время работы .могут загрязнять выходную оптику.Дпя предотвращения этого между оптическими наконечниками и разрядной трубкой размещены ловушки, а обводной канал присоединен к их боковой поверхности перпендикулярно к оси разрядной трубки. Для более эффективной очистки газа от примесей используется геттер (на чертеже не показан), размещенный в обводном канале. Таким образом, рабочий газ, проходя обводной канал, освобождается от примесей, при этом эффективность работы геттера увеличивается.

Дпя компенсации удлинения разрядной керамической трубки so время ра- 25 боты лазера в анодной части активного элемента имеется сильфонный узел.

С целью уменьшения электрической нагрузки на сильфон он снаружи шунтирован несколькими гибкими металличес- 30 кими полосками (на чертеже не показаны), Таким образом, предложенный газовый лазер позволяет увеличить надежность прибора за счет использования металло-керамической конструкции катодной ножки с трубчатыми токоввода-. ми, выполненными из теплопроводного материала, соединения керамических ! разрядных секций с помощью сварки через металлические втулки с буртиками, расположения участка разрядной трубки внутри катодной колбы, а также эффективного охлаждения всей разрядной структуры лазера, осуществляемого с помощью единой металлической (за исключением разрядного участка) рубашки охлаждения, Мощность излучения лазера с активным элементом возрастает за счет увеличения величины разрядного тока.Технологичность предлагаемой конструкций лазера обусловлена возможностью механизации процесса изготовления активного элемента, а также уменьшением брака при соединении разрядных керамических секций.

Высокая механическая прочность связана с созданием паяных и сварных узлов активного элемента. Расположение геттера внутри обводного канала, наличие ловушек для примесей, а также надежное вакуумное соединение узлов активного элемента позволяют существенно увеличить его долговечность, а следовательно, и надежность лазера.