БЛОК ГЕНЕРАЦИИ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА С ПОПЕРЕЧНОЙ ПРОКАЧКОЙ ГАЗОВОГО ПОТОКА Российский патент 1998 года по МПК H01S3/97 

Изобретение относится к лазерной технике, а точнее к блокам генерации излучения лазера с поперечной прокачкой газового потока.

Известные блоки генерации излучения лазеров с поперечной прокачкой газового потока включают в свой состав цилиндрический корпус с герметично подсоединенными двумя торцевыми крышками и расположенные внутри корпуса диаметральный вентилятор, газоразрядную камеру с электродной системой для создания тлеющего разряда поперек газового потока, теплообменник, размещенный по газовому потоку между диаметральным вентилятором и газоразрядной камерой, профилированную перегородку между корпусом и диаметральным вентилятором, оптический резонатор, ось которого перпендикулярна направлению газового потока и поля тлеющего разряда [1, 2] Недостатки этих блоков генерации излучения заключается в сложности термостабилизации оптической скамьи резонатора и использование для нее дефицитных материалов, в частности графитопласта.

Известен также блок генерации излучения лазера с поперечной прокачкой газового потока модели ТЛ-1,5, в котором зеркала оптического резонатора закреплены на передней и задней плитах, соединенных между собой тремя водоохлаждаемыми штангами из сплава с низким коэффициентом линейного расширения, образующими в поперечном сечении треугольник, одна из сторон которого расположена вертикально, а противоположная этой стороне вершина направлена в сторону оси корпуса [3]
В данной конструкции условия термостабилизации оптической скамьи резонатора улучшены, а используемые для нее конструктивные материалы менее дефицитны. Это техническое решение наиболее близко к предлагаемому, т.е. является прототипом.

Недостатки прототипа заключаются в громоздкости конструкции и в ухудшении качества работы из-за возникновения завихрений газового потока в оптической скамье резонатора.

Задачами предлагаемого технического решения являются повышение компактности конструкции и улучшение качества работы.

Указанные задачи в предложенном блоке генерации излучения лазера с поперечной прокачкой газовою потока реализуются за счет того, что штанги в поперечном сечении расположены в вершинах равностороннего треугольника, боковые поверхности теплообменника расположены перпендикулярно верхней стороне треугольника с пересечением вертикальной диаметральной плоскости корпуса под углом 30^o, штанги по периметру треугольника закрыты листом из теплопроводящего материала, между диаметральным вентилятором и штангами имеется перегородка для направления газового потока, а внутри корпуса имеется пространственная ферма с боковыми фланцами возле торцевых крышек корпуса, предназначенная для крепления в ней диаметрального вентилятора, теплообменника, электродной системы и оптического резонатора, а также профилированных перегородок.

Кроме того, устройства для охлаждения штанг могут представлять собой продольные трубки с прокачиваемой охлаждающей жидкостью, соприкасающиеся с поверхностью штанг и заключенные в общий цилиндрический кожух, соприкасающийся с листом из теплопроводящего материала.

Расположение стягивающих штанг в вершинах равностороннего треугольника позволяет снизить долю поперечных деформаций оптического резонатора вследствие симметричности конструкции при термических или динамических воздействиях. Закрытие штанг по периметру треугольника листом из теплопроводящего материала, а также контакт продольных трубок с прокачиваемой охлаждающей жидкостью с поверхностью штанг, а через общий цилиндрический кожух с листом из теплопроводящего материала приводит к повышению эффективности термостабилизации оптического резонатора. Эти конструктивные меры обусловливают повышение стабильности оптического резонатора.

Закрытие штанг по периметру листовым материалом, а также наличие между диаметральным вентилятором и штангами оптического резонатора перегородки для направления газового потока предотвращает формирование завихрений и способствует повышению однородности газового потока.

Расположение теплообменника с пересечением вертикальной диаметральной плоскости корпуса под углом 30^o приводит к увеличению площади теплообменника и повышению эффективности охлаждения газового потока.

Закрепление диаметрального вентилятора, теплообменника, электродной системы, оптического резонатора и профилированных перегородок в пространственной ферме с боковыми фланцами повышает точность взаимного расположения этих узлов при работе.

Повышение стабильности оптического резонатора, однородности газового потока и эффективности его охлаждения, а также точности взаимного расположения узлов приводит к улучшению качества работы блока генерации излучения лазера с поперечной прокачкой газового потока.

Расположение стягивающих штанг в вершинах равностороннего треугольника, а боковых поверхностей теплообменника перпендикулярно верхней стороне этого треугольника позволяет повысить компактность конструкции, поскольку в этом случае обе боковые поверхности теплообменника находятся на минимальном и одинаковом расстоянии от стягивающих штанг.

На фиг. 1 показано поперечное сечение блока генерации; на фиг. 2 - продольное сечение по диаметральной плоскости. Блок генерации состоит из цилиндрического корпуса 1 к которому герметично подсоединены торцевые крышки 2. Внутри корпуса 1 расположены узлы, образующие газовый контур: диаметральный вентилятор 3, имеющий форму беличьего колеса, ось которого параллельна оси корпуса 1, и газоразрядная камера 4 с электродной системой для создания тлеющего разряда поперек газового потока V_г, состоящий из катода 5 и анода 6. Катод 5 может представлять собой водоохлаждаемую трубу, расположенную параллельно оси корпуса 1, а анод 6 может быть выполнен в виде плоской водоохлаждаемой плиты, расположенной параллельно катоду 5. По ходу газового потока между диаметральным вентилятором 3 и газоразрядной камерой 4 размещен теплообменник 7, обычно представляющий собой систему водоохлаждаемых оребренных труб. Между диаметральным вентилятором 3 и корпусом 1 имеется профилированная перегородка 8 для направления газового потока. Внутри корпуса 1 также находится оптический резонатор, состоящий из системы зеркал 9, закрепленных на двух параллельных плитах 10. Плиты 10 соединены между собой штангами 11 из материала с низким коэффициентом линейного расширения, например, инвара. Штанги 11 в поперечном сечении размещены в вершинах равностороннего треугольника, одна из сторон которого расположена вертикально, а противоположная вершина направлена в сторону оси корпуса 1. Боковые поверхности теплообменника 7 расположены перпендикулярно верхней стороне треугольника с пересечением вертикальной диаметральной плоскости корпуса 1 под углом 30^o.

Штанги 11 по периметру треугольника закрыты листом из теплопроводящего материала 12, например, из меди. Между диаметральным вентилятором 3 и штангами 11 имеется профилированная перегородка 13 для направления газового потока.

Диаметральный вентилятор 3, теплообменник 7, катод 5, оптический резонатор со штангами 11 и плитами 10. а также профилированные перегородки 8 и 13 закреплены в пространственной ферме с боковыми торцами 14.

На фиг. 3 показана конструкция устройств для охлаждения штанг 11 оптического резонатора. Устройства представляют собой продольные трубки 15 с прокачиваемой охлаждающей жидкостью, заключенные в общий цилиндрический кожух 16. Трубки 15 соприкасаются с поверхностью кожуха 16, а кожух 16 с поверхностью листа из теплопроводящего материала 12.

Предложенный блок генерации излучения лазера с поперечной прокачкой газового потока работает следующим образом. Внутри корпуса 1 с герметично подсоединенными торцевыми крышками 2 при включении диаметрального вентилятора 3 создается газовый поток V_г, проходящий через газоразрядную камеру 4 с электродной системой, состоящей из катода 5 и анода 6 (фиг. 1, 2). На катод 5 и анод 6 подают высокое напряжение, вследствие чего между ними зажигается тлеющий разряд поперек газового потока. Образующиеся в результате вынужденных квантовых переходов в газовой смеси (обычно CO_2-, N_2-, He) кванты многократно отражаются от системы зеркал 9, закрепленных на плитах 10 оптического резонатора, и формируют лазерное излучение, выходящее через одно из зеркал. Стабильность оптического резонатора обеспечивается жестким скреплением плит 10 штангами 11, которые охлаждаются за счет контакта с водоохлаждаемыми трубками 15 (фиг. 3). Охлаждение листа из теплопроводящего материала 12 происходит за счет контакта с кожухом 16, соприкасающимся с водоохлаждаемыми трубками 15.

Нагретая в тлеющем разряде газовая смесь уносится из газоразрядной камеры 4 к теплообменнику 7, закрепленному в боковых фланцах пространственной фермы 14, где смесь охлаждается. После теплообменника 7 газовый поток направляется к диаметральному вентилятору 3 с помощью профилированных перегородок 8 и 13, закрепленных в пространственной ферме 14, предотвращающих возникновение завихрений газового потока и создающих оптимальные условия для захвата газа диаметральным вентилятором 3 и перемещения его по замкнутому контуру.

Источники информации
1. Патент США, кл. H 01 S 3/097 (331/94,5 РЕ, 331/94,5 D, 313/218). Заявл. 14.01.77, зарегистрировано 20.06.78 Foster J.D. Altos L. Apparatus' for producing an electric glow discharge in A flowing gas.

2. Технологические лазеры: Справочник: в 2 т. Т 1: Расчет, проектирование и эксплуатация Г.А. Абильсиитов, В.С. Голубев, В.Г. Гонтарь и др. Под общ. ред. Г.А. Абильсиитова. М. Машиностроение, 1991.-432 с. рис. 72.

3. Технологические лазеры: Справочник: в 2 т. Т 1: Расчет, проектирование и эксплуатация Г.А. Абильсиитов, В.С. Голубев, В.Г. Гонтарь и др. Под общ. ред. Г.А. Абильсиитова. М. Машиностроение, 1991.-432 с. рис. 100.

Изобретение относится к лазерной технике, а точнее к блокам генерации излучения лазера с поперечной прокачкой газового потока. Предложенный блок генерации включает в свой состав цилиндрический корпус с герметически подсоединенными торцевыми крышками, диаметральный вентилятор, газоразрядную камеру, теплообменник, оптический резонатор, зеркала которого закреплены на двух параллельных плитах, стянутых тремя штангами. Отличия предложенного блока генерации заключаются в том, что штанги в поперечном сечении расположены в вершинах равностороннего треугольника, боковые поверхности теплообменника перпендикулярны верхней стороне треугольника и пересекают вертикальную диаметральную плоскость корпуса под углом 30^o, штанги по периметру треугольника закрыты листом из теплопроводящего материала, между диаметральным вентилятором и штангами имеется перегородка для направления газового потока, а внутри корпуса имеется пространственная ферма с боковыми фланцами для крепления узлов блока генерации. Устройство для охлаждения штанг могут быть выполнены в виде продольных водоохлаждаемых труб, заключенных в цилиндрический кожух, соприкасающийся с листом из теплопроводящего материала. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Блок генерации излучения лазера с поперечной прокачкой газового потока, включающий в свой состав цилиндрический корпус с герметично подсоединенными торцевыми крышками и расположенные внутри корпуса диаметральный вентилятор, газоразрядную камеру с электродной системой для создания тлеющего разряда поперек газового потока, теплообменник, размещенный по газовому потоку между диаметральным вентилятором и газоразрядной камерой, профилированную перегородку между корпусом и диаметральным вентилятором, оптический резонатор, зеркала которого закреплены на передних и задних плитах, соединенных между собой штангами из материала с низким коэффициентом линейного расширения, имеющими устройства для охлаждения и образующими в поперечном сечении треугольник, одна из сторон которого расположена вертикально, а противоположная этой стороне вершина направлена в сторону оси корпуса, отличающийся тем, что штанги в поперечном сечении расположены в вершинах равностороннего треугольника, боковые поверхности теплообменника расположены перпендикулярно верхней стороне треугольника с пересечением вертикальной диаметральной плоскости корпуса под углом 30^o, штанги по периметру треугольника закрыты листом из теплопроводящего материала, между диаметральным вентилятором и штангами оптического резонатора имеется перегородка для направления газового потока, а внутри корпуса имеется пространственная форма с боковыми фланцами возле торцевых крышек корпуса, предназначенная для крепления в ней диаметрального вентилятора, теплообменника, электродной системы и оптического резонатора, а также профилированных перегородок. 2. Блок по п. 1, отличающийся тем, что устройства для охлаждения штанг представляют собой продольные трубки с прокачиваемой охлаждающей жидкостью, соприкасающиеся с поверхностью штанг и заключенные в общий цилиндрический корпус, соприкасающийся с листом из теплопроводящего материала.