СПОСОБ НАКАЧКИ ФОТОДИССОЦИОННОГО ЛАЗЕРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2004 года по МПК H01S3/03 H01S3/937 

Предлагаемое изобретение относится к области квантовой физики и может быть использовано при изготовлении фотодиссоционных лазеров.

Известен способ накачки фотодиссоционного лазера, основанный на создании ударных волн путем синхронного поджига парных зарядов взрывчатого вещества в виде стержней, установленных в рабочей камере лазера.

Фотодиссоционный лазер для реализации способа содержит рабочую камеру с выходными окнами, переотражатель, парные заряды взрывчатого вещества и устройства поджига зарядов (в виде электродетонаторов) [1].

Наиболее близким техническим решением (прототипом) к предлагаемому изобретению является способ накачки фотодиссоционного лазера, основанный на создании ударных волн путем синхронного поджига парных зарядов взрывчатого вещества в виде стержней, смонтированных в рабочей камере лазера зеркально-симметрично относительно его оптической оси.

Фотодиссоционный лазер для осуществления способа содержит рабочую камеру с выходными окнами и смонтированные в камере друг против друга парные заряды взрывчатого вещества в виде стержней с устройствами их поджига [2].

Недостатком приведенных технических решений является сложная система поджига зарядов и синхронизации подаваемого управляющего сигнала (поджиг зарядов необходимо осуществлять одновременно во множестве точек зарядов, расположенных с интервалом 40-60 мм), что ведет к резкому увеличению стоимости изделия и его обслуживания.

Кроме того, за счет формирования передних фронтов ударных волн пилообразной формы (с шагом, равным шагу расположения детонаторов) увеличивается продолжительность светового импульса, что ведет к резкому снижению лучевой плотности формируемого пучка.

Технический результат от использования предлагаемых технических решений заключается в упрощении и удешевлении системы поджига зарядов для формирования светового импульса, а также в повышении оптических характеристик формируемого излучения.

В соответствии с предлагаемым изобретением, вышеуказанный технический результат достигается тем, что в способе накачки фотодиссоционного лазера, основанном на создании ударных волн путем синхронного поджига парных зарядов взрывчатого вещества в виде стержней, смонтированных в рабочей камере лазера зеркально-симметрично относительно его оптической оси, стержни в рабочей камере монтируют наклонно к оптической оси лазера, а их синхронный поджиг осуществляют в двух, наиболее удаленных от оптической оси лазера областях стержней, при этом угол ″α″ наклона стержней к оптической оси лазера выбирают исходя из условия

где V₁ - скорость распространения ударной волны в рабочей камере лазера;

V₂ - скорость “горения” взрывчатого вещества стержней.

Кроме того, в качестве парных зарядов взрывчатого вещества используют стержни вытянутой формы в сечении, поперечном оптической оси лазера, сужающейся в сторону оптической оси лазера.

Кроме того, сечение стержней выбирают каплеобразной формы.

Кроме того, стержни используют с переменной площадью сечения по их длине, уменьшающейся от области их поджига.

В фотодиссоционном лазере, содержащем рабочую камеру с выходными окнами и смонтированные в камере друг против друга парные заряды взрывчатого вещества в виде стержней с устройствами их поджига, рабочая камера лазера выполнена конической формы, заряды взрывчатого вещества в виде стержней установлены по внутренним образующим рабочей камеры, а устройства поджига стержней размещены со стороны основания конуса рабочей камеры лазера.

Кроме того, рабочая камера лазера выполнена в виде двух усеченных конусов, установленных основаниями друг к другу, а стержни парных зарядов смонтированы из двух половин каждый, закрепленных по образующим усеченных конусов.

Кроме того, половины стержней парных зарядов ортогонально развернуты относительно друг друга.

Кроме того, между основаниями усеченных конусов рабочей камеры лазера предусмотрен цилиндрический поясок.

На фиг.1 представлен фотодиссоционный лазер для реализации предложенного способа с рабочей камерой конусообразной формы (в форме усеченного конуса); на фиг.2 - эпюры распределения переднего фронта ударных волн в его рабочей камере; на фиг.3 - лазер с рабочей камерой в виде двух усеченных конусов; на фиг.4 - соответственно эпюры распределения ударных волн в его рабочей камере; на фиг.5 - возможное сечение стержней взрывчатого вещества в направлении, поперечном оптической оси лазера; на фиг.6 - расположение полустержней взрывчатого вещества в камере лазера, изображенного на фиг.3, при их попарном ортогональном развороте; на фиг.7 - стержень взрывчатого вещества с переменным сечением по своей длине.

Рассмотрим реализацию предлагаемого способа с помощью генератора (лазера), изображенного на фиг.1.

Лазер содержит рабочую камеру (с газообразным рабочим веществом) в виде усеченного конуса 1 с выходными окнами 2, 3. В камере 1 наклонно под углом ″α″ к оптической оси лазера по внутренним образующим конуса зеркально-симметрично размещены заряды взрывчатого вещества в виде стержней 4, 5 с устройствами их поджига (детонаторами) 6, 7, установленными в наиболее удаленных от оптической оси областях (точках) стержней 4, 5 (устройства 6, 7 установлены со стороны основания “А” конуса рабочей камеры 1). Оптимальный угол ″α″ наклона стержней 4, 5 к оптической оси лазера выбирают исходя из условия

где V₁ - скорость распространения ударной волны в рабочей камере лазера;

V₂ - скорость горения взрывчатого вещества стержней.

При синхронной подаче управляющего сигнала “U упр.” на детонаторы 6, 7 стержней 4, 5 осуществляют их поджиг и формируют две ударные волны с передними фронтами I, II (см. фиг.1, фиг.2), параллельными оптической оси лазера и находящимися в общей плоскости с последней. Соблюдение вышеописанных характеристик обеспечивается установкой стержней 4, 5 под углом ″α″ к оптической оси генератора (очевидно, см. фиг.2, что , отсюда ).

Передние фронты I, II ударных волн одновременно достигают оптической оси лазера и, осуществляя резкое сжатие рабочей среды, формируют импульс светового излучения за очень короткий промежуток времени.

При необходимости выходное световое излучение J₁, J₂ может быть суммировано, например, с помощью переотражающей оптики (в графических материалах условно не показано).

Для увеличения кпд лазера могут быть использованы стержни 4, 5 взрывчатого вещества (см. фиг.5) вытянутой формы (например, каплеобразной формы) в сечении, поперечном оптической оси лазера, сужающейся в сторону оптической оси, а с целью уменьшения расхода взрывчатого вещества и обеспечения равномерного сжатия рабочей среды вдоль оптической оси лазера стержни используют с переменной площадью сечения по их длине (см. фиг.7), уменьшающейся от области их поджига к противоположному концу стержня (ввиду разноудаленности концов стержней от оптической оси лазера).

Следует отметить (см. фиг.3), что для уменьшения радиальных габаритов и веса лазера рабочая камера последнего может быть выполнена в виде двух усеченных конусов 8, 9, закрепленных между собой большими основаниями через цилиндрический поясок (перемычку) 10 (для повышения технологичности и упрощения подвода управляющего сигнала), а стержни взрывчатого вещества смонтированы из двух половин 11, 12 каждый и закреплены по внутренним образующим конусов 8, 9 (схема синхронного поджига половин стержней может производится, как показано на фиг.3, так и с помощью лишь двух детонаторов, подключенных сразу к двум близлежащим концам половин стержней).

Эпюры распределения переднего фронта ударных волн после поджига половин стержней взрывчатого вещества изображены на фиг.4.

Формирование импульса светового излучения в лазере, изображенном на фиг.3, производится аналогично формированию излучения, описанному выше согласно фиг.1, фиг.2.

Для уменьшения паразитного воздействия боковых сторон взрывных волн друг на друга половины стержней парных зарядов, расположенных в каждом из усеченных конусов, могут быть развернуты относительно друг друга на угол 90° (см. фиг.6).

Из вышеуказанного следует, что предложенные технические решения имеют преимущества по сравнению с известными, а именно за счет уменьшения длительности импульса светового излучения резко возрастает его лучевая плотность (за счет получения прямолинейного переднего фронта ударных волн, а не пилообразной формы, как в известных технических решениях), кроме того, значительно снижается стоимость изготовления лазера для реализации предложенного способа и его обслуживания за счет упрощения схемы подводки и синхронизации управляющего сигнала.

По материалам заявки в настоящее время проведены теоретические исследования и моделирование физических процессов, подтвердившие достижение вышеуказанного технического результата.

Источники информации

1. В.С. Зуев “Фотодиссоционный лазер с накачкой ударной и тепловыми волнами”, ФИАН, Москва, 1990 г., препринт 161, с. 58, рис.2.

2. Источник тот же, с. 61, рис.9. (прототип).

3. Заявка ФРГ №2140778, МПК H 01 S 3/09, 1979 г.

4. Патент США №3745484, МПК H 01 S 3/09, 1979 г.

Изобретение относится к области квантовой физики и может быть использовано в лазерной технике для получения импульсов светового излучения с повышенной лучевой плотностью. Создают ударные волны путем синхронного поджига парных зарядов взрывчатого вещества в виде стержней, смонтированных в рабочей камере лазера зеркально-симметрично относительно его оптической оси, при этом стержни в рабочей камере монтируют наклонно к оптической оси лазера, а их синхронный поджиг осуществляют в двух наиболее удаленных от оптической оси областях стержней, при этом угол ″α″ наклона стержней к оптической оси генератора выбирают исходя из условия V₁ - скорость распространения ударной волны в рабочей камере лазера; V₂ - скорость “горения” взрывчатого вещества стержней. Фотодиссоционный лазер содержит рабочую камеру с выходными окнами и смонтированные в камере друг против друга парные заряды взрывчатого вещества с устройствами их поджига. Рабочая камера лазера выполнена конической формы, заряды взрывчатого вещества в виде стержней установлены по образующим рабочей камеры, а устройства поджига стержней размещены со стороны основания конуса рабочей камеры лазера. Обеспечено упрощение и удешевление системы поджига, повышение оптических характеристик лазерного излучения. 2 н. и 6 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Способ накачки фотодиссоционного лазера, основанный на создании ударных волн путем синхронного поджига парных зарядов взрывчатого вещества в виде стержней, смонтированных в рабочей камере лазера зеркально-симметрично относительно его оптической оси, отличающийся тем, что стержни в рабочей камере монтируют наклонно к оптической оси лазера, а их синхронный поджиг осуществляют в двух наиболее удаленных от оптической оси лазера областях стержней, при этом угол α наклона стержней к оптической оси лазера выбирает из условия

где V₁ - скорость распространения ударной волны в рабочей камере лазера;

V₂ - скорость горения взрывчатого вещества стержней.