ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР Российский патент 1995 года по МПК H01S3/38 

Изобретение относится к лазерной технике, в частности к лазерам на СО, СО₂, Не-Ne и др. газах, и может быть использовано в металлообрабатывающей промышленности, станкостроении, лазерном приборостроении, системах связи и т.д.

Известен мощный многоканальный газовый лазер [1], состоящий из большого числа газоразрядных трубок. Лазер подобной конструкции позволяет получить излучение высокой мощности, поскольку ее значение прямо пропорционально числу активных элементов.

Недостаток этой системы заключается в том, что достаточно сложно обеспечить когерентный режим генерации всех активных элементов, вследствие чего не удается получить высокую интенсивность светового поля в фокальном пятне. Кроме того, конструкция многоканального лазера громоздка, сложна и не технологична из-за наличия большого количества хрупких стеклянных трубок. Разрушение одной из трубок ведет к попаданию охлаждающей жидкости на зеркала резонатора и выводу из строя лазера как целого. Поэтому диапазон такого лазера невелик.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа газовый лазер [2], в котором возбуждение разряда осуществляется между двумя коаксиальными полыми цилиндрическими электродами, соосными оптической оси резонатора и имеющими равную длину. Такая конструкция позволяет получить достаточно высокий уровень мощности излучения, величина которого прямо пропорциональна диаметру активной области возбуждения.

Недостатком устройства является низкая яркость источника излучения. Яркость пропорциональна коэффициенту заполнения площади выходного зеркала резонатора, который определяется отношением площади светящегося кольца к площади круга внутри этого кольца. Небольшой коэффициент заполнения приводит к уменьшению КПД использования излучения. Низкие значения яркости источника, невозможность получения высоких значений интенсивности светового поля в фокальном пятне резко ограничивают диапазон технологических применений лазера.

Сущность изобретения заключается в том, что в газовом лазере, содержащем оптический резонатор, разрядную камеру, включающую два коаксиальных цилиндричесаких электрода, соосных оси резонатора и имеющих одинаковую длину, и систему газообеспечения, между электродами разрядной камеры и коаксиально им дополнительно установлен, по крайней мере один цилиндрический электрод той же длины со сквозной продольной прорезью, параллльной оси резонатора.

При такой конструкции мы имеем несколько разрядных камер по числу электроразрядных промежутков. Благодаря этому можно добиться высоких уровней мощности излучения при относительно малом диаметре внешнего электрода, т. е. создать мощный малогабаритный лазер. Наличие прорезей в металлических электродах-волноводах позволяет получить когерентный режим генерации лазера как единого целого. Излучение в этом случае свободно переходит из одной активной области в другую, благодаря чему устанавливается общий тип колебаний. Наличие автономных электродов позволяет раздельно и произвольно изменять энерговклад в нужной зоне и соответственно регулировать амплитуду светового фронта. Поскольку в предлагаемом устройстве "излучает" не одно "кольцо", а набор соосных "колец", заполнение площади зеркала излучением становится значительным и яркость источника возрастает. Так, для излучателя радиусом R, с числом излучающих колец n, с расстоянием между электродами t и при толщине электрода t суммарная излучающая площадь S равна
S = 2tn[R-(n-1)t] (1)
Коэффициент заполнения площади зеркала К равен
K = n+1/2n (2)
Значение коэффициента К в сотни раз выше по сравнению с прототипом и многоканальными лазерами. Яркость источника пропорциональна К. Следовательно, заявляемый газовый лазер позволяет получить значение яркости излучения, во много раз превышающее то, что получено в прототипе.

Таким образом, сравнение заявляемого устройства с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии его критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявленное решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлена блок-схема газового лазера; на фиг.2 изображена схема сечения разрядной камеры.

Газовый лазер содержит разрядную камеру 1, резонатор, образованный зеркалами 2, систему 3 газообеспечения, блок 4 питания.

Разрядная камера выполнена в виде нескольких (более двух) коаксиальных полых цилиндрических электродов 5, соосных оптической оси резонатора и имеющих равную длину. Во всех электродах, за исключением внутреннего и внешнего, сделаны сквозные продольные прорези. Между электродами образуется n электроразрядных промежутков 6. Толщина каждого электрода и расстояние между ними t. Для дальнейшего изложения введем понятие "единичный активный элемент", под которым понимается объем, поперечное сечение которого определяется требованиями на существование моды ТЕМоо, а длина - длиной возбужденной области. С каждого активного элемента величина достигаемого энергосъема - 30-50 Вт/м. Число активных элементов зависит от диаметра разрядной камеры. Так для камеры диаметром 150 мм, числом электроразрядных промежутков n = = 7, расстоянием между электродами t = 7 мм коэффициент заполнения К равен 60%, а величина полной мощности излучения Р может достигать значений более 5 кВт. Выходное излучение газового лазера в сечении близко к плоской волне, поэтому достигается минимальная расходимость светового пучка.

Таким образом, газовый лазер предлагаемой конструкции по сравнению с известными техническими решениями в данной области техники обладает преимуществами: имеет малогабаритную разрядную камеру и, следовательно, очень компактный автономный излучатель, который обеспечивает получение излучения высокой яркости, большой мощности, с высокой интенсивностью светового поля в фокальном пятне, с минимальной расходимостью светового пучка. Это позволяет существенно расширить область применения устройства, например, становится возможным его использование в бортовых системах и т.д., кроме того, снижается материалоемкость устройства за счет уменьшения габаритов устройства.

Использование: изобретение относится к лазерной технике, в частности к лазерам на CO, CO₂ He-Ne и др. Сущность изобретения: между электродами разрядной камеры газового лазера дополнительно установлен по крайней мере один цилинрический электрод той же длины, со сквозной продольной прорезью, параллельной оптической оси резонатора. 2 ил.

ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР, содержащий оптический резонатор, разрядную камеру, включающую два коаксиальных цилиндрических электрода, соосных с осью резонатора и имеющих одинаковую длину и систему газообеспечения, отличающийся тем, что между электродами разрядной камеры и коаксиально с ними дополнительно установлен по крайней мере один цилиндрический электрод той же длины со сквозной продольной прорезью, параллельной оси резонатора.