ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ CO ЛАЗЕР Российский патент 2000 года по МПК H01S3/971 

Изобретение относится к устройствам со стимулированным излучением и, в частности, может быть использовано в газоразрядных CO-лазерах высокого давления с дозвуковым потоком рабочего газа.

Известна конструкция газоразрядного CO-лазера [1], содержащего разрядную камеру, выполненную в виде трубки (см. фиг. 1), стенки которой охлаждаются. В этой конструкции отвод тепла из зоны разряда осуществляется за счет диффузии частиц рабочего газа на охлаждаемые стенки. Недостатком конструкции является то, что с увеличением давления (свыше 30 тор) или энерговклада происходит интенсивный нагрев газа, возникает неустойчивость разряда, а уменьшение диаметра трубки приводит к увеличению расходимости излучения.

Известный газоразрядный CO-лазер с раздельной накачкой с дозвуковым потоком рабочего газа [2], выбранный в качестве прототипа, содержит теплообменник, разрядную камеру с разнополярными электродами, подключенными к высоковольтному генератору, электронный ускоритель для предионизации и резонатор, установленный на выходе разрядной камеры. В этом лазере устойчивое горение разряда в CO активной среде высокого давления поддерживается электронным пучком. Охлажденная в теплообменнике рабочая смесь поступает в разрядную камеру (см. фиг.2), где в процессе возбуждения из-за нагрева газа меняется его плотность и в результате в канале с постоянным сечением газового тракта в конце зоны разряда наблюдается рост параметра E/N, где E - напряженность поля, a N - плотность частиц в см³, что существенно ограничивает энерговклад. В прототипе применено раскрытие канала в зоне разряда на 6^o, что позволило несколько увеличить энерговклад и КПД за счет более равномерного и устойчивого горения разряда вдоль всей разрядной зоны.

Однако это решение не уменьшило температуру возбужденной газовой среды и не приводит к смещению энергии в спектре ее излучения в сторону коротких волн.

Техническим результатом предложенного изобретения является повышение КПД CO-лазера высокого давления с дозвуковым потоком газа и смещение энергии в спектре его излучения в сторону коротких волн.

Этот результат достигается путем диффузионного охлаждения активной среды в процессе ее возбуждения за счет конструктивного усовершенствования известного газоразрядного CO-лазера высокого давления с дозвуковым потоком рабочего газа, содержащего теплообменник, разрядную камеру с разнополярными электродами, подключенными к высоковольтному генератору, и резонатор, установленный на выходе разрядной камеры.

Усовершенствование заключается в том, что в качестве электродов использована система проводников, каждый из которых размещен внутри капиллярной диэлектрической трубки, зазор между капиллярными трубками меньше их диаметра, оси трубок перпендикулярны вектору потока рабочего газа, при этом теплообменник совмещен с капиллярными трубками путем их соединения с источником хладагента. В качестве проводника может быть применено проводящее покрытие на внутренней поверхности трубки.

Существо изобретения поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг.3 показан продольный разрез лазера, а на фиг.4 - его поперечный разрез.

Газоразрядный CO-лазер высокого давления с дозвуковым потоком рабочего газа содержит разрядную камеру, размещенную в корпусе 1 и образованную системой электродов, каждый из которых состоит из проводника 2, размещенного в диэлектрической капиллярной трубке 3. Оси капиллярных трубок расположены перпендикулярно вектору потока рабочего газа CO-лазера. Трубки 3 установлены с зазором 4 друг относительно друга, не превышающем их диаметра. Проводники 2 размещены в трубке так, чтобы между ними и стенкой трубки был зазор, в одном из вариантов проводник выполнен в виде проводящего покрытия на внутренней поверхности трубки. Полости трубок 3 соединены с источником хладагента 5 и таким образом выполняют роль теплообменника. В случае нанесенного проводящего покрытия на поверхности трубки 3 в качестве хладагента может быть использован, например, жидкий азот. Подключение проводников к высоковольтному высокочастотному генератору 6 осуществлено таким образом, чтобы как минимум два соседних электрода были разнополярными. Полость трубок и разрядная зона разделены герметичными прокладками 7. Резонатор 8 установлен на выходе разрядной камеры.

Работает газоразрядный CO-лазер следующим образом.

При подаче высоковольтного высокочастотного напряжения на электроды в зазорах 4 между капиллярными диэлектрическими трубками 3 возникает электрический разряд, в котором происходит возбуждение прокачиваемой в камере CO содержащей среды и соответственно ее нагрев. Но в результате малого расстояния между капиллярными трубками (меньше диаметра трубок) тепловая энергия, выделяющаяся при возбуждении рабочего газа, отводится в процессе диффузии частиц на охлаждаемые стенки трубок.

На выходе из такой многоэлектродной разрядной камеры температура возбужденной газовой среды, охлаждаемой в процессе возбуждения, незначительно превышает начальную. В предложенном CO-лазере в зоне резонатора реализована (не достижимая ранее) однородная возбужденная среда с высоким давлением, энергия в которой сосредоточена в основном на низких колебательных уровнях молекул CO, что позволяет получить более коротковолновое излучение или излучение на второй гармонике с более низкой расходимостью.

В результате имеется возможность предельно повысить энерговклад и КПД излучения. Низкая температура возбужденного газа без ощутимых потерь колебательной энергии позволяет транспортировать его с дозвуковой скоростью в зону резонатора и снимать излучение, например, в режиме с модуляцией добротности не только между соседними колебательными уровнями, но и на второй гармонике.

Использованные источники информации:
1. Масычев В.И. О возможности повышения КПД отпаянных лазеров на окиси углерода. Квантовая электроника, - 1979, т. 6, N 10. - с. 2195- 2198.

2. Головин А.С., Гурашвили В.А., Кочетов И.В., Курносов А.К., Напартович А. П. , Туркин Н.Г. "Непрерывный электроионизационный CO-лазер с дозвуковым потоком рабочей смеси", "Квантовая электроника", 23, N 5 (1996).

Использование: изобретение относится к устройствам со стимулированным излучением. Сущность: газоразрядный СО-лазер высокого давления с дозвуковым потоком рабочего газа содержит теплообменник, разрядную камеру с разнополярными электродами, подключенными к высоковольтному генератору, и резонатор, установленный на выходе разрядной камеры, в качестве электродов использована система проводников, каждый из которых размещен внутри капиллярной диэлектрической трубки. Зазор между капиллярными трубками меньше их диаметра. Оси трубок перпендикулярны вектору потока рабочего газа. Теплообменник совмещен с капиллярными трубками путем соединения их полости с источником хладагента, в качестве проводника может быть применено проводящее покрытие на внутренней поверхности трубки. Техническим результатом изобретения является увеличение КПД лазера и достижение смещения энергии в спектре излучения в сторону коротких волн. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Газоразрядный CO-лазер высокого давления с дозвуковым потоком рабочего газа, содержащий теплообменник, разрядную камеру с разнополярными электродами, подключенными к высоковольтному генератору, и резонатор, установленный на выходе разрядной камеры, отличающийся тем, что в качестве электродов использована система проводников, каждый из которых размещен внутри капиллярной диэлектрической трубки, зазор между капиллярными трубками меньше их диаметра, оси трубок перпендикулярны вектору потока рабочего газа, при этом теплообменник совмещен с капиллярными трубками путем соединения их полости с источником хладагента. 2. Газоразрядный CO-лазер по п. 1, отличающийся тем, что в качестве проводника применено проводящее покрытие на внутренней поверхности трубки.