МНОГОТРУБЧАТЫЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР Российский патент 1997 года по МПК H01S3/22 

Изобретение относится к области лазерного оборудования, а точнее к многотрубчатым газовым лазерам.

Известные многотрубчатые газовые лазеры включают в свой состав коробчатый или цилиндрический корпус с торцевыми фланцами, газоразрядные трубы, расположенные внутри корпуса вдоль его оси и вставленные в отверстия в торцевых фланцах корпуса, систему охлаждения с прокачкой охлаждающей жидкости через пространство между внутренними стенками корпуса и внешними станками газоразрядных труб, две крышки, герметично подсоединенные к фланцам корпуса со стороны торцев труб, источник питания и электродную систему для подачи высокого напряжения к газоразрядным трубам и возбуждения в трубах тлеющего разряда, узел вывода излучения, закрепленный на одной из крышек, оптический резонатор, оптические элементы которого представляют собой заднее глухое зеркало в начале хода лазерного излучения, переднюю выводную систему, а также уголковые зеркальные призмы, расположенные у торцев каждой пары газоразрядных труб и обеспечивающие поворот направления выходящего из каждой трубы лазерного излучения на угол 180^o и последовательный обход лазерного излучения по всем трубам от заднего глухого зеркала до узла вывода излучения [1, 2] Недостаток конструкции этих лазеров заключается в том, что при большом количестве труб значительно усложняется система юстировки зеркал из-за большего их количества.

Известен также многотрубчатый газовый лазер, включающий в свой состав все вышеперечисленные элементы, причем газоразрядные трубы в пакете расположены в один ряд на равном расстоянии, а оптические элементы резонатора размещены внутри крышек и представляют собой заднее глухое зеркало в начале хода лазерного излучения, установленное параллельно осям газоразрядных труб, переднюю выводную систему, а также две уголковые зеркальные призмы, установленные возле обеих торцевых поверхностей пакета газоразрядных труб и полностью перекрывающие их торцы, причем плоскости биссектрис углов пересечения зеркал в уголковых зеркальных призмах перпендикулярны плоскости пакета газоразрядных труб, они совмещены с плоскостями симметрии расположения газоразрядных труб по сечению корпуса и параллельно смещены относительно друг друга на расстояние, равное половине расстояния между газоразрядными трубами, что обеспечивает поворот на угол 180^o и ввод его в последующую симметрично расположенную трубу и последовательный обход лазерного излучения по всем трубам от заднего глухого зеркала до узла вывода излучения [3] В этом лазере при достаточно большом количестве газоразрядных труб в пакете упрощается конструкция поворотных и юстировочных узлов, поскольку для всех труб уголковые поворотные призмы общие.

Этот лазер является наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту, т.е. прототипом.

Недостаток прототипа заключается в громоздкости конструкции при большом количестве газоразрядных труб в пакете, что необходимо для увеличения мощности, а также снижение мощности излучения из-за потерь при передаче излучения из труб в трубы, находящиеся на значительном расстоянии друг от друга.

Задачами предполагаемого изобретения являются увеличение мощности лазерного излучения и повышение компактности конструкции. Указанные задачи в представленном многотрубчатом газовом лазере выполняются за счет того, что в нем газоразрядные трубы длиной L расположены в двух плоских пакетах на равном расстоянии a друг от друга, плоскости пакетов расположены параллельно друг другу на расстоянии h, причем трубы в одном пакете расположены под углом θ A/L к трубам в другом пакете, таким образом, что торцы труб в разных пакетах расположены напротив друг друга с небольшим смещением d Излучение между торцами труб, находящихся в разных плоскостях, передается с помощью двух двузеркальных отражателей таким образом, что обеспечивает последовательную передачу лазерного излучения по всем трубам, начиная от трубы, находящейся напротив заднего глухого зеркала, и заканчивая трубой, находящейся около полупрозрачного выводного зеркала.

Согласно предполагаемому изобретению, в многотрубчатом газовом лазере газоразрядные трубы внутри корпуса могут быть удержаны сепараторами, имеющими отверстия для протекания охлаждающей жидкости и одновременно выполняющими роль токоподводов к кольцевым электродным системам на поверхности труб, сепараторы и торцевые фланцы могут быть закреплены на штангах из материала с малым коэффициентом линейного расширения.

Расположение газоразрядных труб в двух плоских пакетах на равном расстоянии друг от друга при смещении труб в разных пакетах относительно друг друга на угол q A/L, позволяет уменьшить максимальное расстояние передачи лазерного излучения вне труб. Уменьшение длины пути вне труб приводит к снижению потерь энергии, поскольку при большой длине пути вне труб часть лазерного луча может не попадать в трубы из-за расходимости излучения.

Поддержка газоразрядных труб внутри корпуса сепараторами, закрепленными вместе с торцевыми фланцами на штангах из материала с малым коэффициентом линейного расширения позволяет уменьшить относительное смещение труб из-за разогрева и снизить потери излучения при передаче его из одной трубы в другую.

Наличие в сепараторах отверстий позволяет повысить эффективность охлаждения газоразрядных труб.

Снижение потерь энергии при передаче лазерного излучения из одной трубы в другую, уменьшение потерь на зеркалах, повышение эффективности охлаждения газоразрядных труб приводит к повышению выходной мощности лазера.

Конструкция предложенного лазера иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан вид лазера сбоку, а на фиг. 2 вид лазера сверху. Вид лазера сбоку на фиг. 1 показан со снятой передней стенкой корпуса при сечении B-B. Лазер состоит из корпуса 1 коробчатой формы, к корпусу 1 прикреплены два торцевых фланца 2. В отверстии фланцев 2 на равном расстоянии друг от друга вставлены газоразрядные трубы 3, торцы которых выходят на наружные стороны фланцев.

Стенки газоразрядных труб 3 герметично соединены с фланцами 2, а торцы труб 3 закрыты двумя крышками 4 и 5, герметично подсоединенными к торцам фланцев 2. К крышкам 4, 5 подсоединена система прокачки 6, обеспечивающая подачу газовой смеси в газоразрядные трубы 3. Через пространство между внутренними стенками корпуса 1 и внешними стенками газоразрядных труб 3 с помощью системы охлаждения 7 прокачивается охлаждающая жидкость.

Газоразрядные трубы 3 удерживаются внутри корпуса 1 с помощью сепараторов 8, которые выполняют одновременно роль токоподводов от источника питания 9 к кольцевым электродам 10 на поверхности труб 3. Сепараторы 7 имеют отверстия 11 для прохождения охлаждающей жидкости. Сепараторы 8, а также фланцы 2 закреплены на штангах 12, изготовленных из материала с малым коэффициентом линейного расширения, например, инвара.

Внутри крышки 4 к ней возле торца газоразрядной трубы 3, находящейся в начале хода лазерного излучения, прикреплено заднее глухое зеркало 13, расположенное перпендикулярно оси трубы. Кроме того, внутри крышки 4 к ней прикреплена уголковая зеркальная призма 14, зеркала которой расположены под углом 45^o к оси газоразрядных труб и под углом 90^o друг к другу.

Внутри крышки 5 к ней возле торца газоразрядной трубы, находящейся в конце хода лазерного излучения, прикреплена передняя выводная система 15. Кроме того, внутри крышки 5 к ней прикреплена также уголковая зеркальная призма 16, зеркала которой расположены под углом 45^o к оси газоразрядных труб и под углом 90^o друг к другу.

Уголковые зеркальные призмы 14 и 16 перекрывают торцы газоразрядных труб 3.

Предложенный многотрубчатый газовый лазер работает следующим образом. С помощью системы прокачки 6 из газового контура, образованного объемом между крышками 4, 5 и фланцами 2, а также внутренней полостью газоразрядных труб 3, откачивается воздух, а затем напускается газовая смесь, представляющая в частности азот, гелий и двуокись углерода (фиг. 1), газовая смесь с помощью системы прокачки 6 перемещается вдоль газоразрядных труб 3 со скоростью до 1 м/с. От источника питания 9 к кольцевым электродам 10 на поверхности труб 3 через сепараторы 8 подается высокое напряжение, зажигающее тлеющий разряд для возбуждения газовой смеси. Охлаждение газовой смеси, нагревающейся в результате ее возбуждения, осуществляется за счет теплоотвода через стенки труб 3, для чего через пространство между внутренними стенками корпуса 1 и внешними стенками труб 3 с помощью системы охлаждения 7 прокачивается охлаждающая жидкость. Для выравнивания температуры охлаждающей жидкости и перетекания жидкости вдоль труб в сепараторах 8 имеются отверстия 11. Сепараторы 8, а также фланцы 2 закреплены на штангах 12, также охлаждаемых при протекании охлаждающей жидкости. Штанги 12 с фланцами 2 выполняют роль каркаса для удержания газоразрядных труб 3, а также одновременно образуют оптическую скамью резонатора.

Лазерное излучение формируется в процессе многократного отражения от заднего глухого зеркала 13, передней выводной системы 15 и уголковых зеркальных призм 14 и 16, это обеспечивает последовательную передачу лазерного излучения по всем трубам, начиная от трубы, находящейся напротив заднего глухого зеркала 13, и заканчивая трубой, находящейся около полупрозрачного выводного зеркала (фиг. 2). Лазерное излучение, прошедшее переднюю выводную систему 15 оптического резонатора, выходит наружу через узел вывода излучения 17.

Использование: предлагаемое изобретение относится к области лазерного оборудования, а точнее к многотрубчатым газовым лазерам с высоким качеством излучения. Сущность. В многотрубчатом газовом лазере газоразрядные трубы расположены в двух параллельных пакетах на равном расстоянии друг от друга, причем газоразрядные трубы длиной L расположены в двух плоских пакетах на равном расстоянии A друг от друга, а плоскости пакетов расположены параллельно, причем трубы в одном пакете расположены под углом θ = A/L относительно труб другого пакета, таким образом, что торцы труб в разных пакетах расположены напротив друг друга с небольшим смещением, а уголковые зеркальные призмы ориентированы таким образом, что их биссектрисы лежат между плоскотями пакетов труб, а их зеркала переводят излучение из торцов труб одного пакета в торцы труб другого пакета, что обеспечивает последовательную передачу лазерного излучения по всем трубам, начиная от трубы, находящейся напротив заднего глухого зеркала, и заканчивая трубой, находящейся около выводного полупрозрачного зеркала. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Многотрубчатый газовый лазер, включающий в свой состав корпус, с торцевыми фланцами, газоразрядные трубы, расположенные внутри корпуса вдоль его оси и вставленные в отверстия в торцевых фланцах корпуса, систему охлаждения с прокачкой охлаждающей жидкости через пространство между внутренними стенками корпуса и внешними стенками газорязрядных труб, две крышки, герметично подсоединенные к фланцам корпуса со стороны торцов труб, источник питания и электродную систему для подачи высокого напряжения к газоразрядным трубам и возбуждения в трубах тлеющего разряда, узел вывода излучения, закрепленный на одной из крышек, оптический резонатор, оптические элементы которого размещены внутри крышек и представляют собой заднее глухое зеркало в начале хода лазерного излучения, переднюю выводную систему, две уголковые зеркальные призмы, установленные возле обеих торцевых поверхностей газоразрядных труб и перекрывающие их торцы, что обеспечивает поворот направления выходящего из каждой трубы лазерного излучения на угол 180^o и ввод его в последующую трубу и последовательный обход лазерного излучения по всем трубам от заднего глухого зеркала до узла вывода излучения, отличающийся тем, что газоразрядные трубы длиной L расположены в двух плоских пакетах на равном расстоянии A друг от друга, а плоскости пакетов расположены параллельно, причем трубы в одном пакете расположены под углом θ = A/L относительно труб другого пакета таким образом, что торцы труб в разных пакетах расположены напротив друг друга с небольшим смещением, а уголковые зеркальные призмы ориентированы таким образом, что их биссектрисы лежат между плоскостями пакетов труб, а их зеркала переводят излучение из торцов труб одного пакета в торцы труб другого пакета, что обеспечивает последовательную передачу лазерного излучения по всем трубам, начиная от трубы, находящейся напротив заднего глухого зеркала, и заканчивая трубой, находящейся около выводного полупрозрачного зеркала. 2. Лазер по п.1, отличающийся тем, что газоразрядные трубы внутри корпуса удерживаются сепараторами, имеющими отверстия для протекания охлаждающей жидкости и одновременно выполняющими роль токопроводов к кольцевым электродным системам на поверхности труб, сепараторы и торцевые фланцы закреплены на штангах из материала с малым коэффициентом линейного расширения.