Газовый проточный лазер импульсно-периодического действия

 

ГАЗОВЬЙ ПРОТОЧНЫЙ ЛАЗЕР ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ, содержа1Щ1Й замкнутый контур с разрядной камерой, теплообменником, генератором , акустическим резонатором Гельмгольца, вьшолненньм в виде сосуда с горлом, и диффузором, о тличающийся тем, что, с целью увеличения средней мощности и частоты следования импульсов излучения , разрядная камера совмедена с частью сосуда акустического резонатора, примыкающей к горлу. (П

А (19) (11) 4 (5%) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЩС1ЩМРОТ 4НЫЙ КОМИТЕТ 60СР » »»я » а

1 (23) 2978918/18-25 (22) 19.08.80 (46) 07.01.85. Бюп. 9 1 (72) И.А.Борисова, А.В.Губарев, А.А.Некрасов и О.И.Печенова (53) 621. 375.8(088.8) (56) 1. Губарев А.В. и др. О возможности осуществления самопрокачки газовой смеси в импульсном лазере . перйодического действия. Квантовая электроника т. 5, В 7, 1928, с. 1596-1598.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Ф 2714788!25, кл. Н 01 8 3/22, от 18.01.79 (ирототип). (54) (57) ГАЗОВЫЙ ПРОТОЧНЫЙ ЛАЗЕР

ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ, содержащий замкнутый контур с разрядной камерой, теплообменннком, генератором, акустическим резонатором

Гельмгольца, выполненным в виде сосуда с горлом, и диффуэором, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения средней мощности и частоты следования импульсов излучения, разрядная камера совмещена с частью сосуда акустического резонатора, примыкающей к горлу.

890929

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при разработке газовых лазеров импульсно-периодического действия с самопрокачкой рабочего газа по замкнутому контуру.

Известны газовые проточные лазеры импульсно-периодического действия (!), содержащие разрядную камеру, с одной стороны которой уста- 1О новлена решетка с обратными клапанами, а с другой стороны — акустическая труба, с помощью которой тепловая энергия газового разряда преобразуется в кинетическую энергию направленного t5 движения газового потока по контуру.

В таком лазере акустическая тру1 ба вместе с полостью разрядной каме ры имеет низкую добротность, равную отношению запасенной в трубе энер- 20 гии колебаний и энергии, теряемой в результате высвечивания через выходные сечения акустической трубы. Эта особенность может привести к неполной вентиляции разрядной камеры 25 свежей (охлажденной и химически восстановленной) газовой смесью, и следовательно, к ухудшению качества разряда. Кроме того, использование

I движущихся элементов механического обратного клапана снижает надежность лазера и усложняет его конструкцию. указанные недостатки устранены в известном газовом проточном лазере импульсно-периодического действия, содержащем замкнутый контур с разрядной:камерой, теплообменником, регенератором, акустическим резонатором Гельмгольца, выполненным в виде сосуда с горлом, и диффузором (2) . 40

В указанном лазере разрядная камера расположена в горле резонатора Гельмгольца. В этом случае расширение нагретого разрядом газа частично преобразуется в энергию давления газа в резонаторе, которая, в свою очередь, преобразуется в энергию колебания столба газа в горле резонатора.

В процессе колебаний осуществляется прокачка газа через разрядную камеру

Однако, в таком лазере амплитуда колебания газового столба в горле резонатора, а значит и эффективность вентиляции разрядной камеры зависит от того, какая доля тепловой энергии 55 разряда переходит в энергию давления газа в резонаторе. Так как подвод теп ловой энергии происходит в горле резонатора, т.е. в трубе постоянного сечения одинаково открытой с обеих сторон (у акустического резонатора

Гельмгольца площадь сечения самого сосуда многим больше площади сечения горла), то можно приближенно считать, что энергия давЛения, которая подводится к резонатору после каждого разряда, не превышает полови. ны работы расширения, совершаемой нагретым газом.

Цель изобретения — повышение средней мощности и частоты следования импульсов лазерного излучения.

Эта цель достигается тем, что в известном газовом проточном лазере импульсно-периодического действия, содержащем замкнутый контур с разрядной камерой, теплообменником, регенератором, акустическим резонатором

Гельмгольца, выполненным в виде сосуда с горлом и дффузором, разрядная камера совмещена с частью сосуда акустического резонатора, примыкающей к горлу.

На чертеже представлена принципиальная схема лазера.

Лазер содержит замкнутый контур с разрядной камерой 2, акустическим резонатором Гельмгольца 3, диффузором 4, теплообменником 5 и регенератором 6.

Лазер работает следующим образом.

При помощи специального устройства, инициирующего акустические колебания (на чертеже не показано), газовая среда в акустическом резонаторе 3 в начальный момент приводится в состояние колебаний с частотой собственных колебаний резонатора.

В некоторый момент времени, когда давление колебаний в сосуде акустичес- кого резонатора приближается к своему максимальному значению,. на электроды подается напряжение и осуществляется импульсный разряд. Адиаба тическое расширение газа, нагретого в зоне разряда, приводит к тому, что давление в сосуде резонатора несколько повышается, причей тем больше,чем больше отношение площади сечения сосуда резонатора к площади сечения его горла. Происходит энергетическая подпитка акустической емкости.

В следующий момент времени начинается режим выброса газа из сосуда резонатора, сопровождающийся

890929

Редактор Л.Письман

Техред С. Лег ез а

Корректор Н.Король

Заказ 2/1

Тираж 638 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал HHH "Натент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 понижением давления в последнем до значения, меньшего среднего значения давления в контуре. По прошест" вни времени выброса начинается режим наполнения акустического резонатора, характеризующийся новыаиением в нем давления. Как только давление в сосуде приблизится к своему максимальному значению, на электроды вновь подается напряжение и осу- 1О ществляется импульсный разряд..Процесс повторяется.

Воэможность размещения разрядной камеры в сосуде резонатора с точки зрения ее эффективной вентиляции све- 5 жей газовой смесью объясняется тем, что в этом случае к акустической емкоети резонатора при этом же удельном энерговкладе подводится больше подпитывающей его энергии, чем в ур случае размещения разрядной камеры в горле. Это происходит, во-первых, потому, что sa счет увеличения относительного объема разрядной камеры выцеляется больше тепловой энергии, и, во-вторых, потому, что s сторону сосуда иэ-за различия в сечениях расширяется большая часть массы нагретого разрядом газа, чем в сторону горла, в то время как в извест- ЗО ном устройстве, как было отмечено выme в сосуд расширяется приблизительно половина массы нагретого разрядом газа. Большей подводимой к акустической емкости энергии соответствует и большая амплитуда колебания давления газа в ней-, а значит и большая масса всасываемого и выбрасываемого газа, что позволяет увеличить объем разрядной камеры, а следовательно, и энергию в импульсе. Так как частота следования разрядных импульсов совпадает с собственной частотой резонатора, которая в силу неизменности его геометрических размеров также не изменилась, то средняя мощность лазера, определяемая как . произведение энергии импульса на частоту, увеличивается.

Так как при таком размещении разрядной камеры отпадает необходимость делать в резонаторе сравнительно длинное горло, то, уменьшая длину последнего, можно в известных пределах увеличить частоту следования импульсов, что также позволит увеличить среднюю мощность лазера.

Данное решение, благодаря увеличению энергии в импульсе при неизменной частоте и уменьшению длины горла резонатора, позволит повысить среднюю мощность излучения и увеличить частоту следования импульсов.