УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ РАЗРЯДА В ГАЗОВОМ ЛАЗЕРЕ Российский патент 1994 года по МПК H01S3/977 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в мощных газовых лазерах с накачкой комбинированным разрядом.

Известно устройство газового лазера, которое состоит из цилиндрической диэлектрической трубки, заполненной газовой смесью СO₂-лазера, внутри которой с помощью системы электродов создается газоразрядная плазма. По торцам разрядной трубки размещаются зеркала резонатора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство, где в цилиндрической трубке предыонизация газа осуществляется периодической последовательностью высоковольтных импульсов с помощью без- электронного импульсного поперечного пробоя рабочей смеси СО₂-лазера. CO₂-лазер состоит из цилиндрической диэлектрической трубки и оптического резонатора, выполненного из двух зеркал, установленных в торцах трубки, источника питания и генератора высоковольтных импульсов.

Недостатками прототипа являются низкая мощность излучения, большая расходимость, неоднородность энерговыделения.

Целью изобретения является повышение мощности и уменьшение расходимости излучения лазера за счет уменьшения неоднородности энеpговклада.

Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем цилиндрическую трубку, внутри которой расположены основные электроды, подключенные к основному источнику электропитания, и электроды предыонизации, выполненные в виде двух токопроводящих полосок, нанесенных на внешнюю поверхность трубки симметрично относительно ее оси, и подключенные к генератору высоковольтных импульсов, причем электроды предыонизации выполнены, так, что их ширина b удовлетворяет соотношению
0,4d < l < 0,6 l, где d - внутренний диаметр диэлектрической трубки. Кроме того, электроды предыонизации выполнены в виде двойной спирали с осью, совпадающей с осью диэлектрической трубки.
Оптимизация размера электрода пре-дыонизации позволяет обеспечить более однородную накачку активной среды лазера. Поэтому улучшается расходимость излучения, поскольку выравнивается распределение мощности света по выходной апертуре и увеличивается выходная мощность, т. е. ее величина ограничена посредством газа в неоднородной области с большим энерговкладом.

Оптимальный размер l подбирался экспериментально. Изготовлено несколько трубок с различным соотношением l/d. Неоднородность светового пучка регистрировалась по потемнению бумаги, расположенной в дальней зоне излучателя. В диапазоне 0,4 < l/d < 0,6 неоднородность cветового пучка составила по оценкам не более 20 % . При l/d = 0,35 и l/d = 0,7 неоднородность светового пучка была более 50 % .

Неоднородность предыонизации уменьшается за счет использования спиралеобразных электродов, поскольку области повышенного и пониженного энерговклада чередуются вдоль по оси трубки, что выравнивает интенсивность светового пучка.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1.

Устройство содержит газоразрядную цилиндрическую трубку 1, выполненную из диэлектрика, электроды 2, электроды 3 предыонизации, резонатор, состоящий из зеркал 4, 5, источник 6 питания, генератор 7 высоковольтных импульсов.

Устройство работает следующим образом. Генератор 7 высоковольтных импульсов генерирует последовательность импульсов с периодом между импульсами, меньшим характерного времени рекомбинации плазмы. Емкостный разряд, возникающий в газовой среде лазера, под действием электрических импульсов, приложенных к электродам 3 предыонизации, поддерживает высокую проводимость среды за счет таунсендовской ионизации газа. Электрический разряд, который горит в трубке 1 между электродами 2, возбуждает газовую смесь CO₂-лазера. Питание разряда осуществляется источником 6, подключенным к электродам 2. Генерация света осуществляется при достаточно высокой степени возбуждения с помощью резонатора, состоящего из зеркал 3, 4 (одно из которых полупрозрачное).

Положительный эффект (увеличение мощности излучения лазера и уменьшение расходимости) достигнут за счет улучшения однородности возбуждения активной среды.

П р и м е р . В разрядном устройстве использовались стеклянные трубки. В лазере осуществлялась прокачка газа. Газовый контур использовался от установки "Латус-31", электроды предыонизации выполнены из фольги, наклеенной на внешнюю поверхность стеклянных трубок. Электроды основного разряда выполнены из меди. Газовая смесь - CO₂ : H₂ : He. Одно из зеркал глухое с коэффициентом отражения 0,98, второе - полупрозрачное с коэффициентом пропускания 0,5. Напряжение источника питания основного разряда 12 кВ. Генератор импульсов генерировал пачки импульсов с частотой повторения 20 кГц. Максимальная средняя выходная мощность излучения составила 1,8 кВт при расходимости 0,5 ˙ 10^-3 рад. Отношение l = 0,5 ˙ d = = 2,35 см.

Мощность выходного излучения повысилась на 20 % , а расходимость уменьшилась в 2 раза, что свидетельствует о достижении положительного эффекта. (56) Голубев В. С. , Лебедев Ф. В. Инженерные основы создания технологических лазеров. М. : Высшая школа, 1988, с. 35-38.

Использование: в электротехнике, в частности в газовых лазерах. Сущность изобретения: устройство включает газоразрядную цилиндрическую трубку, выполненную из диэлектрика с металлическими электродами, расположенными внутри трубки и подключенными к источникам питания электродами предионизации, расположенными на внешней поверхности трубки и подключенными к генератору высоковольтных импульсов. Поперечный размер электродов предионизации выбран не более 0,6 и не менее 0,4 диаметра трубки. Электроды предионизации могут быть выполнены в виде двойной спирали с осью, совпадающей с осью трубки. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ РАЗРЯДА В ГАЗОВОМ ЛАЗЕРЕ, содержащее цилиндрическую диэлектрическую трубку, внутри которой расположены основные электроды, подключенные к основному источнику электропитания, и электроды предыонизации, выполненные в виде двух токопроводящих полосок, нанесенных на внешнюю поверхность трубки симметрично относительно ее оси и подключенные к генератору высоковольтных импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения мощности и уменьшения расходимости излучения лазера, электроды предыонизации выполнены так, что их ширина l удовлетворяет соотношению
04d < l < 0,6l,
где d - внутренний диаметр диэлектрической трубки. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электроды предыонизации выполнены в виде двойной спирали с осью, совпадающей с осью диэлектрической трубки.