ПРОТОЧНЫЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР Российский патент 2006 года по МПК H01S3/22 

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в технологических процессах.

Известен проточный газовый лазер с замкнутой системой циркуляции газа, содержащий размещенные в герметичном корпусе вентилятор, служащий для перемещения рабочего газа по замкнутому контуру, систему электродов для возбуждения газа электрическим разрядом, оптический резонатор и теплообменник [1].

Недостатком известного лазера является наличие в его корпусе громоздкого теплообменника, увеличивающего габариты и усложняющего конструкцию лазера.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является проточный газовый лазер, содержащий герметичный корпус с расположенными в нем средствами для прокачки и теплообмена газа, выполненными в виде ротора с дисками на полом валу, и систему подачи хладагента в теплообменник, а также электроды для поддержания возбуждающего электрического разряда в газе и оптический резонатор для вывода излучения. Причем количество роторов-теплообменников равно количеству электроразрядных камер [2].

Недостатком лазера является низкая степень охлаждения нагретого в камере разряда рабочего газа и, следовательно, низкий уровень генерируемого излучения и низкий КПД лазера.

Задачей изобретения является повышение степени охлаждения газа, повышение КПД лазера и его технологичности.

Поставленная задача достигается благодаря тому, что проточный газовый лазер содержит корпус, газодинамический контур с вентиляторами-теплообменниками, выполненными в виде роторов с дисками на полом валу, газоразрядную камеру и систему подачи хладагента в теплообменники, а также резонаторы и электродвигатели вентиляторов-теплообменников. Газодинамический контур лазера выполнен из двух пар теплообменных каналов-газопроводов с общей газоразрядной камерой с одним анодом и двумя катодами, при этом каждый теплообменный канал-газопровод содержит последовательно расположенные в обечайке вентиляторы-теплообменники, оси которых расположены параллельно аноду, один из которых является нагнетающим газ в газоразрядную камеру и последующие - всасывающим и, например, промежуточные - связаны между собой общим каналом-газопроводом, причем газодинамический контур, резонаторы и электродвигатели вентиляторов-теплообменников помещены в общий вакуумный объем.

Электродвигатели вентиляторов-теплообменников, помещенные в вакууме, снабжены системой принудительного охлаждения.

Использование нескольких теплообменных каналов-газопроводов с вентиляторами-теплообменниками для охлаждения одной (общей) газоразрядной камеры обеспечивает эффективную работу лазера путем ступенчатого снижения температуры потока до уровня, обеспечивающего полное тушение возбужденных уровней оптически активных молекул или атомов.

Для подачи и отвода охлаждающей жидкости к дискам ротора вентиляторов-теплообменников через корпус вакуумного объема на полом валу установлены торцевые уплотнения.

Указанные признаки не выявлены в других технических решениях при изучении уровня данной области техники и, следовательно, решение является новым и имеет изобретательский уровень.

На фиг.1 изображен проточный газовый лазер, на фиг.2 - то же, вид сбоку.

Проточный газовый лазер содержит корпус 1, газодинамический контур 2 с вентиляторами-теплообменниками 3, 4, 5, 6, выполненными в виде роторов с дисками на полом валу, и газоразрядную камеру 7 с анодом 8 и катодами 9 и 10, а также систему подачи хладагента в вентиляторы-теплообменники (не показана). Лазер также имеет резонаторы и электродвигатели вентиляторов-теплообменников с системой охлаждения (не показаны). Газодинамический контур 2 лазера выполнен из двух теплообменных каналов-газопроводов 11 и 12 с общей газоразрядной камерой 7, каждый из каналов-газопроводов содержит последовательно расположенные в обечайках 13 и 14, например, по два вентилятора-теплообменника 3, 4 и 5, 6, оси которых расположены параллельно аноду 8. Один из вентиляторов-теплообменников, в каждой паре теплообменных каналов-газопроводов 11 и 12, является нагнетающим газ 3 и 5 в газоразрядную камеру 7, а последующие 4 и 6 - всасывающие. Для более эффективного понижения температуры потока газа в каналах-газопроводах 11, 12 может быть установлено последовательно друг за другом несколько промежуточных вентиляторов-теплообменников.

В месте расположения газоразрядной камеры 7, каналы-газопроводы 11 и 12 образуют общую часть канала.

Всасывающие вентиляторы-теплообменники 4 и 6 не связаны непосредственно с газоразрядной камерой 7 и являются основными для эффективного охлаждения газового потока. Газодинамический контур, резонаторы и электродвигатели помещены в общий вакуумный корпус 1. Электродвигатели вентиляторов-теплообменников для работы в вакууме снабжены системой водяного охлаждения. Для предотвращения попадания охлаждающей жидкости в вакуумный объем на полых валах вентиляторов-теплообменников установлены торцевые уплотнения. Для вывода лазерного излучения в герметичном корпусе предусмотрено окно 15.

Проточный газовый лазер работает следующим образом. Дисковые вентиляторы-теплообменники 3 и 5 подают охлажденный газовый поток в разрядную камеру 7. Между катодами 9, 10 и анодом 8 зажигают электрический разряд, возбуждая колебательные уровни активной газовой компоненты рабочей смеси. В резонаторе в результате вынужденного излучения возбужденной активной компоненты создают направленное лазерное излучение, которое выводят через окно 15. Нагретый разрядом газовый поток засасывается вентиляторами-теплообменниками 4 и 6 в каждом из своих теплообменных каналов-газопроводов 11 и 12 и охлаждается до некоторой температуры, соответствующей наиболее эффективному режиму работы вентиляторов-теплообменников 4, 6. При этом температура газа может оставаться выше температуры полной дезактивации колебательных уровней газового потока. Если предусмотрено многоступенчатое охлаждение газа, то далее газ подается к следующим промежуточным вентиляторам-теплообменникам, в которых происходит ступенчатое охлаждение газа до температуры полной дезактивации газовой смеси, а затем поступает на вентиляторы-теплообменники 3 и 5, нагнетающие рабочую газовую смесь в разрядную камеру.

Через систему подачи хладагента охлаждающую жидкость подают во вращающиеся полые валы роторов вентиляторов-теплообменников, при этом используют торцевые уплотнения на стенках вакуумного объема.

Данная компоновка лазера технологична, обеспечивает высокую степень охлаждения потока газа в газодинамическом контуре и тем самым позволяет повысить КПД лазера.

Источники информации

1. Патент США №4099143, кл. 33194.5, 1978 г.

2. А.С. SU №1718314, H 01 S 3/22, 1981 г. - прототип.

Проточный газовый лазер содержит корпус, газодинамический контур с вентиляторами-теплообменниками, выполненными в виде роторов с дисками на полом валу, газоразрядную камеру и систему подачи хладагента в теплообменники, а также резонаторы и электродвигатели вентиляторов-теплообменников. Газодинамический контур лазера выполнен из двух пар теплообменных каналов-газопроводов с общей газоразрядной камерой с одним анодом и двумя катодами, при этом каждый теплообменный канал-газопровод содержит последовательно расположенные в обечайке вентиляторы-теплообменники, оси которых расположены параллельно аноду, один из которых является нагнетающим газ в газоразрядную камеру и последующие - всасывающим, причем газодинамический контур, резонаторы и электродвигатели вентиляторов-теплообменников помещены в общий вакуумный объем. Электродвигатели вентиляторов-теплообменников, помещенные в вакууме, снабжены системой принудительного охлаждения. Технический результат - повышение КПД лазера за счет эффективности охлаждения газа и его технологичности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Проточный газовый лазер, содержащий корпус, газодинамический контур с вентиляторами-теплообменниками, выполненными в виде роторов с дисками на полом валу и газоразрядной камерой с анодом и катодом, и систему подачи хладагента в теплообменники, а также резонаторы и электродвигатели вентиляторов-теплообменников, отличающийся тем, что газодинамический контур лазера выполнен из двух теплообменных каналов-газопроводов с общей газоразрядной камерой с дополнительным катодом, при этом каждый теплообменный канал-газопровод содержит последовательно расположенные в обечайке вентиляторы-теплообменники, оси которых расположены параллельно аноду, один из которых является нагнетающим охлажденный газ в газоразрядную камеру, другой - всасывающий горячий газ из газоразрядной камеры, причем газодинамический контур, резонаторы и электродвигатели вентиляторов-теплообменников с принудительным охлаждением помещены в общий вакуумный объем.2. Проточный газовый лазер по п.1, отличающийся тем, что каждый теплообменный канал-газопровод, между всасывающим и нагнетающим вентиляторами-теплообменниками, дополнительно содержат промежуточные вентиляторы-теплообменники, ступенчато понижающие температуру газового потока.