РАЗРЯДНАЯ ТРУБКА ЛАЗЕРА НА ПАРАХ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 1996 года по МПК H01S3/03 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке активных элементов лазеров на парах химических элементов, нагреваемых разрядом.

Известна конструкция разрядной трубки лазера на парах химических элементов, нагреваемой разрядом, содержащая керамический разрядный канал, в котором кусочки рабочего вещества располагаются на некотором расстоянии от зоны разряда в пазах между керамическими сегментами разрядного канала [Латуш Е. Л. и др. Газоразрядные рекомбинационные лазеры на парах стронция и кальция. Оптика и спектроскопия, т.72, вып.5, 1992, с. 1218, рис.3г] В такой конструкции необходимое для генерации давление паров металла достигается за счет нагрева разрядного канала разрядным током.

Недостатком известной конструкции является горение разряда на кусочки рабочего металла, приводящее к неконтролируемому его испарению (и, как следствие, к нестабильности генерации лазера), локальному перегреву близлежащих участков разрядного канала, его растрескиванию, приводящему к снижению надежности разрядной трубки лазера. Другим недостатком данной конструкции является уменьшение мощности генерации, связанное с паразитным рассеиванием лазерного излучения на пылевидной окиси рабочего вещества (например, щелочно-земельных металлов стронция и кальция), неизбежно появляющейся в процессе тренировки разрядной трубки и свободно поступающей из пазов в зону разряда. Другим недостатком известной конструкции является увеличение поперечного сечения разряда в области пазов (и, следовательно, уменьшение плотности тока в этих участках), приводящее к ухудшению условий возбуждения активной среды и к уменьшению мощности генерации разрядной трубки.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является разрядная трубка лазера на парах стронция, в которой поступление паров рабочего вещества в зону разряда осуществляется за счет прокачки инертного газа (гелия) через специальный, независимо нагреваемый резервуар с рабочим веществом, расположенный вне разрядного канала [D.G. Loveland et al. Design of a 1, 7W stable long-lived strontium vapour laser.-Meas. Sci. Technol. v.2, 1991, р. 1084, Fig.2]
Недостатками известной конструкции являются:
во-первых, малый срок службы разрядной трубки, связанный с повышенным расходом рабочего вещества при принудительной прокачке инертного газа через разрядный канал;
во-вторых, невозможность работы разрядной трубки в отпаянном режиме, предпочтительном для большинства практических применений;
в-третьих, сложность и низкая надежность конструкции, связанные с наличием отдельно нагреваемого резервуара с рабочим веществом и необходимостью использования системы прокачки инертного газа через разрядную трубку.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи увеличения срока службы и надежности разрядной трубки, а также упрощения ее конструкции и процесса эксплуатации.

Поставленная задача возникает при разработке и эксплуатации газовых лазеров на парах химических элементов, использующих эффект саморазогрева.

Cущность изобретения состоит в том, что внешняя поверхность внутренней диэлектрической трубки, помещенной плотно во внешнюю, имеет распределенную по всей поверхности систему каналов, выполненную, например, в виде сообщающихся продольно-кольцевых пазов, содержащих в верхней части трубки группу резервуаров с рабочим веществом, например, в виде прямоугольных пазов, а в нижней сквозные отверстия, соединяющие внутренний объем каналов с зоной разряда.

Cущность изобретения поясняется фиг.1, где показаны конструкция предлагаемой разрядной трубки (а) и вариант организации системы каналов на внешней поверхности внутренней диэлектрической трубки (б).

Разрядная трубка содержит диэлектрическую трубку (например, из окиси бериллия) разрядного канала 1, имеющую на внешней поверхности распределенную по всей поверхности систему каналов 2 для подачи паров рабочего вещества в зону разряда; внешнюю диэлектрическую трубку 3 (например, из окиси бериллия), в которую плотно (без зазора) помещена трубка 1; ограничительные диэлектрические шайбы 4, анод и катод 5, являющиеся элементами вакуумно-плотного соединения между трубкой 3 и кольцевыми стеклянными участками 6, скошенными под углом Брюстера.

Cистема каналов 2, расположенных на внешней поверхности трубки 1, может быть выполнена, например, в виде набора кольцевых пазов, размещенных с заданным шагом по длине трубки и сообщающихся с помощью продольных пазов. При этом каждый n-й кольцевой паз (где n 1,3,5.) содержит в верхней части трубки 1 прямоугольные резервуары (полости) 7 для размещения рабочего вещества 8, а в нижней части каждого (n+1)-го кольцевого паза имеются сквозные отверстия 9, обеспечивающие сообщение внутреннего объема системы каналов 2 с зоной разряда трубки 1. Количество n кольцевых пазов и шаг между ними определяются внутренним диаметром разрядного канала 1, его длиной и рабочим веществом.

Разрядная трубка работает следующим образом. При подключении источника напряжения к электродам 5 происходит зажигание разряда и разогрев разрядного канала 1 разрядным током. Далее, за счет высокой теплопроводности материала трубки 1, происходит нагрев внешней ее поверхности с расположенными на ней резервуарами с рабочим веществом 8, что вызывает интенсивное испарение последнего. Пары рабочего вещества 8 по системе каналов 2 поступают через отверстия 9 во внутренний объем разрядной трубки 1, создавая в зоне разряда необходимое для генерации оптимальное давление паров рабочего вещества. Пылевидная окись рабочего вещества (стронция или кальция), образующаяся при нагреве и тренировке разрядной трубки, концентрируется в нижней части "n"-ых кольцевых пазов из-за более высокой плотности и давления насыщенных паров. Последнее предотвращает ее попадание в зону разряда, увеличивая, тем самым, мощность излучения лазера.

Равномерное поступление паров рабочего вещества в активный объем разрядной трубки через систему отверстий 9 исключает необходимость прокачки газа для этой же цели, исключает принудительный вынос рабочего вещества, увеличивая, тем самым, срок службы разрядной трубки; существенно снижает чувствительность давления паров в зоне разряда к изменению вводимой мощности, существенно упрощает процесс эксплуатации разрядной трубки, повышает ее надежность.

Cущественному увеличению срока службы способствует также возможность создания значительного запаса рабочего вещества в резервуарах 7 за счет увеличения их размеров.

Использование: квантовая электроника, в частности при разработке активных элементов лазеров на парах химических элементов, нагреваемых разрядом. Сущность изобретения: внешняя поверхность внутренней диэлектрической трубки, помещенной без зазора во внешнюю, имеет распределенную по всей поверхности систему каналов, выполненную, например, в виде сообщающихся продольно-кольцевых пазов, содержащих в верхней части трубки группу резервуаров с рабочим веществом, а в нижней - сквозные отверстия, связывающие внутренний объем каналов с зоной разряда. 1 ил.

Разрядная трубка лазера на парах химических элементов, нагреваемая разрядом, содержащая разрядный канал, состоящий из двух коаксиально расположенных диэлектрических трубок с резервуарами для рабочего вещества, отличающаяся тем, что внешняя поверхность внутренней диэлектрической трубки, помещенной без зазора во внешнюю, имеет распределенную по всей поверхности систему каналов, выполненную, например, в виде сообщающихся продольно-кольцевых пазов, содержащих в верхней части трубки группу резервуаров с рабочим веществом, а в нижней сквозные отверстия, связывающие внутренний объем каналов с зоной разряда.