Активный элемент лазера на парах химических элементов

 

АКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ЛАЗЕРА НА ПАРАХ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, содержащий полый катод, анод, выполненный в виде электрически соединенных и расположенных по окружности внутри катода металлических штырей, и рабочее вещество, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности излучения лазера, катод выполнен в виде двух коаксиально расположенных и соединенных через кольцевые прокладки металлических цилиндров , внутр1енний из которых выполнен с продольными щелями, при этом штыри анода расположены во внутреннем цилиндре между щелями, а рабочее вещество размещено в полости между цилиндрами.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 01 S 3/03

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21} 2969721/25 (22) 05.08.80 (46) 07.09.92. Бюл. М 33 (72) В,Б.Беляев (53) 621.375.8 (088.8) (56) Патент США 3Ф 3464025, кл. 331-94.5, 1969.

Патент США М 3.787.781, кл. 331-94,5, 1974.

Rozsa L et al, Noble gas mixture CMI

hollow calhode !азег with internal anode

system. — Opt. Cornmuns, 1977, v.23, М 1, р.15-18. (54)(57) АКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ЛАЗЕРА НА

ПАРАХ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, соИзобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при разработке лазеров на парах химических элементов с полым катодом.

Известен активный элемент лазера с полым катодом, возбуждаемый поперечным разрядом;

В первом варианте известного устройства полый катод изготовлен в виде цилиндра с боковыми отверстиями, в которых расположены штыревые аноды.

Во втором варианте катод выполнен в виде графитового блока, имеющего продольные щели и расположенного междудвумя металлическими пластинами, являющимися анодами, Недостаток этих конструкций заключается в том, что они имеют малые выходные мощности из-за неэффективного охлаждения катода. Перегрев катода приводит к возникновению дугового разряда, ...5U „„936772A1 держащий полый катод, анод, выполненный в виде электрически соединенных и расположенных по окружности внутри катода металлических штырей, и рабочее вещество, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности излучения лазера, катод выполнен в виде двух коаксиально расположенных и соединенных через кольцевые прокладки металлических цилиндров, внутренний из которых выполнен с продольными щелями, при этом штыри анода расположены во внутреннем цилиндре между щелями, а рабочее вещество размещено в полости между цилиндрами. нарушающего условия возникновения инверсии в активной среде и разрушающего катод. Кроме того, недостаточное охлаждение катода приводит к вытеснению паров рабочего вещества из активной эоны, что также вызывает снижение мощности генерации. Известна конструкция активного элемента лазера с полым катодом, доступнымэффективномуохла>кдению. В этой конструкции катод изготовлен в виде массивного металлического блока с расположенной внутри него разрядной камерой.

Недостатками этой конструкции являются сложность изготовления и невысокая мощность генерации, обусловленная малой эффективностью процессов возбуждения в прикатодной области разряда.

Известен активный элемент лазера на парах химических. элементов,. содержащий полый катод, и анод, выполненный в виде электрически соединенных между собой и

936772 расположенных по окружности внутри катода металлических штырей, и рабочее вещество, Эта конструкция активного элемента по технической сущности является наиболее близкой к предложенной.

В известном устройстве активная зона создается в основном катодными частями разряда.

Недостаток такого устройства закл1очается в следующем; наибольшая температура во время работы развивается на оси активной зоны, следовательно, плотность паров рабочего вещества будет наименьшей в приосевой области, которая дает основной вклад в мощность излучения, такое распределение паров рабочего вещества приводит к уменьшению мощности излучения; расстояние между штырями и поверхностью катода должно составлять несколько десятых долей мм, что представляет известные трудности при изготовлении активного элемента, если рабочее вещество заключено в специальные ампулы, например, при использовании щелочно-земельных металлов, то в известной конструкции активного элемента разместить ампулы без нарушения геометрии разрядной области затруднительно.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение мощности излучения лазера и обеспечение возможности использования в качестве рабочего вещества химически активных элементов, эаключенных в ампулы, например, щелочно-земельных металлов.

Указанная цель достигается тем, что в активном элементе лазера на парах химических элементов, содержащем полый. катод, анод, выполненный в виде электрически соединенных между собой и расположенных по окружности внутри катода металлических штырей, и рабочее вещество, катод выполнен в виде двух коаксиально расположенных и разделенных через кольцевые прокладки цилиндров, внутренний из которых выполнен с продольными щелями, при этом штыри анода расположены во внутреннем цилиндре между щелями, а рабочее вещество размещено в полости между цилиндрами.

На фиг.1 дан продольный разрез активного элемента лазера; на фиг.2 — поперечное сечение активного элемента лазера, Катод устройства состоит из цилиндров

1 и 2, расположенных коаксиально и разделенных прокладками 3. В полости, образованной цилиндрами 1 и 2, расположены ампулы 4 с рабочим веществом, например стронцием. Внутренний цилиндр 1 имеет продольные щели 5, через которые полость между цилиндрами сообщается с полостью цилиндра 1, являющейся активной зоной лазера. Анод устройства состоит из штырей б, соединенных между собой электрически и расположенных,по концентрической окружности вблизи внутренней поверхности цилиндра 1 на расстоянии нескольких мм, При этом штыри 6 расположены между щелями

5, Катод и анод заключены в дизлектриче10 скую оболочку 7 с диэлектрическими наконечниками 8 и выходными окнами 9, В качестве буферного газа используется гелий или неон при давлении несколько десятков мм рт.ст, 20

Устройство работает следующим образом.

При подаче напряжения между анодом и катодом зажигается разряд в буферном газе. Разряд через щели 5 проникает в полость между цилиндрами 1 и 2, являющуюся полым катодом. Катодные части разряда будут в основном расположены в полости между цилиндрами. а плазма положительного столба заполняет внутренний объем цилиндра 1, Плазменные потоки проходят через щели 5 и, формируемые анодными штырями, расположенными между щелями, заполняют внутренний обьем цилиндра 1. По мере повышения температуры в результате выделения мощности в разряде вещество в ампулах 4 начинает испаряться и таким образом создаются условия для получения генерации на парах активного вещества. При этом активная зона расположена в приасевой области цилиндра 1, куда пары рабочего вещества устремляются через щели 5, Так как большая часть энергии разряда выделяется в области катодного падения, то температура в полости между цилиндрами будет выше, чем на оси цилиндра 1. Зто способствует тому, что наибольшая концентрация паров рабочего вещества будет на оси активной зоны, что приведет к увеличению мощности генерации.

Следует отметить, что пары рабочего вещества в предложенном устройстве создаются не только в результате испарения, но и катодного распыления, которое наиболее интенсивно в полости между цилиндрами.

За счет этого можно уменьшить температуру катода устройства. Для возбуждения лазерных уровней используется как столкновение нейтральных атомов с электронами, так и каскадное возбуждение в рекомбинирующей плазме. Для осуществления того или иного процесса соответствующим образом подбирается электрический режим работы устройства.

936772

dzzz. /

Составитель

Редактор Е. Гиринская Техред М.Моргентал Корректор С. Пекарь

Заказ 4052 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Таким образом, в предложенном активном элементе лазера на парах химических элементов мощность излучения возрастает вследствие увеличения плотности пара рабочего вещества на оси активной зоны, вызванной повышением температуры в месте 5

его образования. Анодные штыри можно удалить на несколько мм от внутренней поверхности катода, т.к. в устройстве используются положительный столб разряда, а не затрудненный разряд в прикатодной области, Амплитуды с химически активными веществами, например щелочноземельными металлами, можно размещать в кольцевой полости, окружающей активную зону. и, следовательно, можно избежать нарушения геометрии активной зон ы.