Способ работы активного элемента лазера на парах меди Российский патент 2023 года по МПК H01S3/227 

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к активным элементам (АЭ) лазеров на парах металлов, и может быть использовано при их конструировании с целью повышения стабильности мощности излучения и долговечности без усложнения конструкции.

Отличительной особенностью данного класса лазеров является наличие паров активного вещества-металла: меди, золота, свинца, бария в плазме газового разряда. При включении газового разряда активное вещество в разрядном канале АЭ нагревается до плавления и часть его переходит в пар и участвует в процессах образования лазерной энергии.

Известен способ повышения мощности излучения АЭ лазера на парах меди путем добавления молекулярного водорода в газовую среду неона [Григорьянц А.Г., Казарян М.А., Лябин Н.А. Лазерная прецизионная микрообработка материалов. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2017. – гл. 3 с.146-151 Рис.3.39 и 3.42]. Добавка водорода повышает среднюю мощность излучения лазера на парах меди.

Однако постепенно, со временем концентрация водорода в газовой смеси уменьшается. Водород поглощается элементами конструкции, преимущественно мелкодисперсным теплоизолятором с большой эффективной поверхностью, это снижает стабильность мощности излучения и ограничивает долговечность АЭ.

Наиболее близким техническим решением является способ работы АЭ лазера на парах меди с водородным резервуаром [Патент №2787554 H01S 3/227]. Резервуар заполняют молекулярным водородом и размещают его в концевой секции АЭ, после термотренировки по обезгаживанию АЭ заполняют буферным газом неоном. Проводят отпайку АЭ, разогревают разрядный канал и резервуар до рабочих температур.

Однако заполнение резервуара водородом недостаточное для обеспечения длительной (до несколько тысяч часов) стабильности мощности излучения.

Техническим результатом является повышение стабильности мощности излучения и как следствие повышение долговечности АЭ.

Технический результат достигается тем, что способ работы активного элемента лазера на парах меди, содержащего резервуар, заполненный водородом, включает заполнение активного элемента буферным газом неоном, отпайку активного элемента, разогрев разрядного канала и резервуара до рабочих температур. В буферный газ добавляют водород до парциального давления соответствующего максимальной мощности излучения, резервуар заполняют водородом до давления, определяемого из следующего выражения где внутренний объем активного элемента, объем резервуара.

Добавление водорода в буферный газ до парциального давления увеличивает мощность излучения в 1,4…1,5 раза.

Водород из резервуара, заполненного до давления, определяемого из указанного выражения, диффундирует в газовый объем АЭ и компенсирует падение начального парциального давление водорода Обеспечивается высокая стабильность мощности излучения при длительной наработке лазера.

Пример

Промышленный саморазогревной АЭ лазера на парах меди модели ГЛ-206И [КРПГ 433757.004-007 ТУ] с объёмом активной среды заполнен буферным газом неоном до давления 220 мм рт. ст. и водородом до парциального давления Резервуар, заполненный молекулярным водородом, выполнен в форме двустенного полого цилиндра с герметически запаянными торцами и окном, выполненном из никелевой фольги. Объем резервуара Давление водорода в резервуаре, в соответствии с расчетом, равно АЭ отпаивают через стеклянный штенгель. Разрядный канал с активным веществом-медью нагревают до рабочей температуры ~ 1600°С, резервуар, заполненный водородом - до ~200°С Стабильность мощности излучения АЭ сохранялась в течение более 2500часов наработки, что больше чем у прототипа в 2 раза. И, как следствие, повышается долговечность АЭ.

Предлагаемый способ работы АЭ лазера на парах меди осуществляют следующим образом.

Резервуар заполняют молекулярным водородом до расчетного давления и устанавливают в концевой секции АЭ со стороны анода. АЭ наполняют буферным газом неоном и добавляют водород с парциальным давлением АЭ отпаивают, подают напряжение на электроды и разогревают разрядный канал с активным веществом-медью и резервуар с водородом до рабочих температур. Медь превращается в жидкость, в результате испарения и диффузии атомы металла заполняют все пространство газоразрядного промежутка – разрядного канала. Водород из резервуара диффундирует через металлическую фольгу в газовый объем АЭ, компенсируя падение начального парциального давления водорода и, соответственно, поддерживает высокую стабильность мощности излучения при длительной наработке лазера. Химическое воздействие водорода на поверхность испарения расплавленной меди непрерывно поддерживает ее высокую чистоту и обеспечивает эффективные условия накачки, что повышает стабильность генерации лазерного излучения и, как следствие, минимальную наработку АЭ лазера.

Обеспечение давления молекулярного водорода по предлагаемому способу работы АЭ позволило увеличить стабильность мощности излучения лазера по сравнению с аналогом в 2 раза при увеличенной наработке.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к активным элементам (АЭ) лазера на парах металлов. Способ работы активного элемента лазера на парах меди, содержащего резервуар, заполненный водородом, включает заполнение активного элемента буферным газом неоном, отпайку активного элемента, разогрев разрядного канала и резервуара до рабочих температур. В буферный газ добавляют водород до парциального давления , соответствующего максимальной мощности излучения, резервуар заполняют водородом до давления, определяемого из следующего выражения , где V_АЭ – внутренний объем активного элемента, V_рез – объем резервуара. Технический результат - повышение стабильности мощности излучения и как следствие повышение долговечности активного элемента.

Способ работы активного элемента лазера на парах меди, содержащего резервуар, заполненный водородом, включает заполнение активного элемента буферным газом неоном, отпайку активного элемента, разогрев разрядного канала и резервуара до рабочих температур, отличающийся тем, что в буферный газ добавляют водород до парциального давления , соответствующего максимальной мощности излучения, резервуар заполняют водородом до давления, определяемого из следующего выражения , где – внутренний объем активного элемента, – объем резервуара.