ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР Российский патент 1998 года по МПК H01S3/09 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании компактных газовых лазеров с повышенной удельной объемной мощностью излучения.

Известен лазер [1], содержащий высокочастотный (ВЧ) генератор накачки, излучатель с параллельными каналами генерации излучения, образованный щелевыми зазорами между ребрами двух вставленных друг в друга металлических электродов типа "гребенок", и оптический резонатор.

Недостатком лазера является несинфазная генерация излучения в каналах и низкое качество выходного излучения.

Известен лазер-прототип [2] , содержащий генератор накачки, многоканальный излучатель с дифракционной связью каналов по оптическому полю, образованный двумя металлическими электродами типа "гребенок", вставленными друг в друга ребрами навстречу, и оптический резонатор из двух плоских зеркал.

Недостатком лазера являются трудность пробоя и возбуждения активной среды лазера при ее повышенном давлении; сложность согласования излучателя с ВЧ-генератором накачки; неизбежность создания радиопомех в пространстве вокруг излучателя.

Указанные недостатки лазера-прототипа обусловлены открытым (в электромагнитном смысле) и нерезонансным характером конструкции излучателя. По этой причине пробой и запуск лазера при повышенном давлении активной среды (более 100 мм рт. ст.) затруднены тем, что требуют высокого значения напряженности поля накачки. Сложность согласования излучателя с ВЧ-генератором накачки вызвана большим реактивным (емкостным) сопротивлением излучателя. Радиопомехи, создаваемые лазером в окружающем пространстве, обусловлены открытым характером устройства возбуждения активной среды в излучателе, благодаря чему ВЧ-поле накачки неэкранировано и поэтому частично выходит за пределы излучателя.

Недостатки лазера-прототипа являются неизбежным следствием конструкции излучателя.

Предлагаемое изобретение направлено на облегчение запуска лазера при повышенном давлении активной среды, на упрощение согласования излучателя с ВЧ-генератором накачки, на устранение радиопомех и наводок на частоте накачки в пространстве вокруг лазера.

Это достигается тем, что в многоканальном излучателе один из электродов имеет в поперечном сечении вид замкнутой на крайние ребра металлической структуры, а другой электрод с числом ребер на одно меньше вставлен внутрь первого и вместе с ним образует закрытый резонатор, настроенный на частоту возбуждения лазера, причем первый (внешний) электрод заземлен, а к второму (внутреннему) подводится высокочастотная энергия накачки.

На фиг.1 показан общий вид лазера, на фиг. 2 - поперечное сечение, а на фиг. 3 - продольное сечение лазера.

Лазер (фиг. 1) состоит из высокочастотного генератора накачки 1, коаксиального кабеля 2, многоканального излучателя, образованного парой металлических электродов типа "гребенок": внешнего 3 и внутреннего 4, оптического резонатора из двух плоских зеркал 5.

Лазер действует следующим образом. Высокочастотная энергия накачки вырабатывается генератором 1 и по коаксиальному кабелю 2 подводится к многоканальному излучателю, образованному двумя электродами. У одного из них (3) крайние ребра соединены друг с другом так, что в поперечном сечении этот электрод имеет вид замкнутой коробчатой структуры с внутренними ребрами. Данный электрод является в излучателе внешним и одновременно выполняет функцию электромагнитного экрана. Второй электрод (4) - внутренний. Он размещается внутри электрода 3. Число ребер электрода 3 на одно меньше, и они ориентированы навстречу ребрам внешнего электрода 3. Совокупность электродов 3 и 4 образует квазистационарный резонатор, настроенный на частоту колебаний, вырабатываемых генератором 1. Внутренний объем излучателя заполняется рабочей смесью лазера. Центральный проводник кабеля 2 подключается к внутреннему электроду 4, а оплетка кабеля 2 - к внешнему электроду 3. При добротности резонатора, образованного электродами 3 и 4, равной Q, высокочастотное напряжение на емкостных зазорах - они же являются стенками отдельных рабочих каналов генерации индуцированного излучения в многоканальном излучателе - в Q раз больше напряжения на входе излучателя. Это способствует пробою рабочего газа и возбуждению активной среды при повышенных давлениях последней. Входное сопротивление излучателя в режиме резонансной настройки имеет чисто активный характер и поэтому легко согласовывается с выходным сопротивлением ВЧ-генератора накачки.

Подбором состава рабочего газа, его давления, частоты и мощности накачки достигается активное состояние газа. При помещении излучателя в оптический резонатор, образованный плоскими зеркалами 5 с подобранными коэффициентами отражения, возникает генерация индуцированного излучения. Если толщина ребер электродов 3 и 4 мала, то рабочие каналы лазера, заключенные между любой парой ребер, дифракционно связаны между собой, и генерация индуцированного излучения во всех каналах развивается синхронно, а колебания оптического поля в них синфазны. Закрытый характер конструкции излучателя приводит к тому, что вся энергия ВЧ-поля накачки, значение которой велико (десятки-сотни ватт), сосредоточена внутри излучателя и отсутствует вне его, благодаря чему устраняются радиопомехи со стороны излучателя для любых электронных устройств, обслуживающих лазер, или входящих в состав радиоэлектронной аппаратуры, находящейся вблизи лазера и на удалении от него.

Таким образом, в предлагаемом лазере устраняются все недостатки лазера-прототипа. Предлагаемый лазер может быть собран на основе отечественной элементной базы и не содержит никаких дефицитных материалов.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании компактных газовых лазеров с повышенной удельной объемной мощностью излучения. Сущность: в лазере, содержащем генератор накачки, многоканальный излучатель с дифракционной связью каналов по оптическому полю, образованный двумя металлическими электродами типа "гребенок", вставленными друг в друга ребрами навстречу, и оптический резонатор из двух плоских зеркал, в многоканальном излучателе один из электродов имеет в поперечном сечении вид замкнутой на крайние ребра металлической структуры, а другой электрод с числом ребер на одно меньше вставлен внутрь первого и вместе с ним образует закрытый резонатор, настроенный на частоту возбуждения лазера, причем первый электрод заземлен, а к второму подводится высокочастотная энергия накачки. В лазере достигается высокочастотное возбуждение активной среды при более высоком давлении ее, обеспечивается импедансное согласование излучателя с генератором накачки и решается проблема электромагнитной совместимости в составе сложных радиоэлектронных и оптико-электронных систем. 3 ил.

Газовый лазер с высокочастотным возбуждением активной среды, содержащий генератор накачки, многоканальный излучатель с дифракционной связью каналов по оптическому полю, образованный двумя металлическими электродами типа "гребенок", вставленными друг в друга ребрами навстречу, и оптический резонатор из двух плоских зеркал, отличающийся тем, что в многоканальном излучателе один из электродов имеет в поперечном сечении вид замкнутой по крайние ребра металлической структуры, а другой электрод с числом ребер на одно меньше вставлен внутрь первого и вместе с ним образует закрытый резонатор, настроенный на частоту возбуждения лазера, причем первый электрод заземлен, а к второму подводится высокочастотная энергия накачки.