Способ и устройство зажигания и поддержания разряда постоянного тока в кольцевом газовом лазере с двумя газоразрядными промежутками Российский патент 2023 года по МПК H01S3/32 H01S3/83 G01C19/64 

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к кольцевым газоразрядным лазерам.

Известны способ и устройство для зажигания и поддержания разряда в кольцевом газовом лазере с одним газоразрядным промежутком [1]. В них для зажигания и поддержания разряда постоянного тока в газоразрядном промежутке используется источник постоянного тока с регулируемым напряжением. Источник формирует напряжения, необходимые для зажигания и поддержания разряда. Напряжение положительного знака подается на анод, напряжение отрицательного знака подается на катод.

Недостатком этого способа и устройства является то, что они не могут быть применены в современных кольцевых лазерах, где используются лазеры с двумя газоразрядными промежутками.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемым способу и устройству является способ и устройство зажигания и поддержания разряда [2].

В этом способе в кольцевом лазере с двумя газоразрядными промежутками, имеются общий катод и раздельные аноды, электрод поджига и заземленный штенгель для заполнения резонатора активной средой. Для зажигания тока разряда, необходимого для накачки лазера, происходит подача импульсного положительного напряжения на электрод поджига, установление положительного напряжения на аноды и отрицательного напряжения на катод.

Недостатком известного способа является то, что его нельзя использовать при термовакуумной обработке лазера по перспективной технологии с присоединением штенгеля к вакуумному посту с использованием металлического трубопровода [3], поскольку в этом случае имеется опасность возникновения разряда между штенгелем и катодом и утечки тока разряда через штенгель.

Известное устройство зажигания и поддержания разряда в кольцевом лазере с двумя газоразрядными промежутками включает в себя источник питания постоянного напряжения положительной полярности анодов, балластные резисторы анодов, схему зажигания разряда. Положительный вывод источника питания постоянного напряжения через балластные резисторы подключается к анодам, а отрицательный вывод - к катоду.

С помощью схемы зажигания разряда подается импульсное положительное напряжение на электрод поджига в результате чего зажигается разряд и поддерживается ток разряда необходимый для накачки лазера.

Недостатком известного устройства является то, что оно не может обеспечить распределение напряжений на катоде, штенгеле и анодах, необходимое для исключения возможности пробоя между катодом и штенгелем, а также исключения тока утечки из разряда на штенгель, при соединении кольцевого газового лазера с термовакуумным постом металлическим трубопроводом.

Задачей предлагаемого изобретения является исключение возможности пробоя между катодом и штенгелем и утечки тока разряда через штенгель при соединении кольцевого газового лазера с термовакуумным постом металлическим трубопроводом для термовакуумной обработки по перспективной технологии.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе зажигания и поддержания разряда постоянного тока в кольцевом газовом лазере с двумя газоразрядными промежутками, имеющими общий катод и раздельные аноды, электрод поджига и заземленный штенгель для заполнения резонатора активной средой, включающего подачу импульсного положительного напряжения зажигания разряда на электрод поджига, установку положительного напряжения на аноды и отрицательного напряжения на катод для поддержания постоянного тока разряда, на аноды подают напряжение положительной полярности относительно заземления, а на катод подают напряжение отрицательной полярности относительно заземления, меньшее потенциала зажигания разряда на штенгель, и регулированием напряжения на катоде устраняют утечку разрядного тока через штенгель на заземление.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве зажигания и поддержания разряда постоянного тока в кольцевом газовом лазере с двумя газоразрядными промежутками, включающем источник питания постоянного напряжения положительной полярности анодов, балластные резисторы анодов, схему зажигания разряда, отрицательный вывод источника питания анодов заземлен, а отрицательное напряжение на катод подает отдельно регулируемый источник питания с заземленным положительным выводом.

Суть предлагаемого способа заключается в том, что для зажигания и поддержания устойчивого горения разряда в кольцевом газовом лазере с заземленным штенгелем без утечки разрядного тока на штенгель, на аноды подают напряжение положительной полярности относительно заземления, а на катод подают напряжение отрицательной полярности относительно заземления меньшее потенциала зажигания разряда на штенгель и регулированием напряжения на катоде устраняют утечку разрядного тока через штенгель на заземление.

Предложенное устройство поясняется чертежом. Катод 1 соединен с отрицательным контактом заземленного источника питания постоянного напряжения катода 2 и аноды 3 соединены через балластные резисторы 4 с положительным контактом заземленного источника питания постоянного напряжения анодов 5, при этом поджиговый электрод 6 соединен с положительным контактом блока поджига 7, штенгель 8 заземлен. Газовая среда 9, заполняет каналы корпуса резонатора лазера 10.

Предлагаемое устройство зажигания и поддержания разряда в кольцевом лазере с двумя газоразрядными промежутками, на аноды 5 через балластные резисторы 4 падает напряжение с положительного вывода источника питания 3, а отрицательный вывод этого источника заземляется, на катод 1 подается отрицательное напряжение с помощью дополнительного регулируемого источника питания 2, положительный вывод которого заземлен. Поджиговый электрод 3 получает кратковременный импульс с блока поджига 7 для ионизации активной среды 9 в районе катода. Регулированием напряжения на катоде устраняется утечка тока из газового разряда через штенгель 8 на заземление, вследствие того, что потенциал разрядного столба вблизи штенгеля становится равным нулю.

Эффективность предложенного способа и работоспособность представленного устройства подтверждена испытанием на He-Ne лазере с соотношением газов 14:1, с одним изотопом неона ²⁰Ne с длиной волны 632,8 нм, с давлением активной среды 700 Па. Балластные резисторы в анодных цепях имели номинал 100 кОм, напряжение на катоде относительно земли составило -125 В, а напряжение на аноде относительно земли составило +673 В, при таких условиях ток через штенгель не шел и его потенциал был равен нулю.

Также эффективность предложенного способа и работоспособность представленного устройства подтверждена испытанием при заполнении лазера кислородном с давлением 170 Па, с балластными резисторами в анодных цепях номиналом 100 кОм, напряжением на катоде относительно земли -360 В, напряжением на аноде относительно земли +750 В. При таких условиях ток через штенгель не шел и его потенциал был равен нулю.

Таким образом, показано, что используя предложенные способ и устройство можно исключить утечку тока через штенгель на землю. Это позволяет использовать приложенные способ и устройство для зажигания и поддержания разряда в газовом лазере при термовакуумной обработке по перспективной технологии с присоединением штенгеля к вакуумному посту с использованием металлического трубопровода.

Источники информации

1. Авт. Св. 968865 Союз Советских Социалистических Республик, H01J 17/00. Устройство для получения разряда постоянного тока / Швилкин Б.Н., Савченко И.А., Мискинова Н.А.; Заявители Московский ордена Ленина, оредна Октябрьской Революции и орлена Трудового Красного Знамени государственный университет им. М.В. Ломоносова и Московский электротехнический институт связи. - 3244490/18-21; заявл. 10.02.81; опубл. 25.10.82, Бюл. №39. - 4 с.; 1 ил.

2. ЕР 082823 BlEuropeanPatentOffice, International publication number: WO 94/18729 (18.08.1994 Gazette 1994/19). Ring laser discharge starting concept / Podgorski, Theodore, J.; Proprietor: Honeywell inc. - Date of filing: 04.02.1994; Date of publication and mention of the grant of the patent: 25.09.1996, 10 p.: 3 fig.

3. Пат. 203211 Российская Федерация, МПК Н05Н 1/00. Устройство подсоединения вакуумного газоразрядного прибора с медным штенгелем к вакуумному посту / Ануфриева Н.А., Голяев Ю.Д., Босов В.С, Котов В.С, Савельев И.И., Цупко Ю.К.; заявитель и патентообладатель Акционерное общество "Научно исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха". - Заявка№2020139110; заявл. 30.11.20; опубл. 25.03.21, Бюл. №9. - 7 с.: 3 ил.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к кольцевым газоразрядным лазерам. Группа изобретений представляет способ и устройство зажигания и поддержания разряда в кольцевом газовом лазере с одним катодом и раздельными анодами, электродом поджига и заземленным штенгелем для заполнения резонатора активной средой. Импульсное положительное напряжение зажигания разряда подается на электрод поджига, установление положительного напряжения на аноды и отрицательного напряжения на катод для поддержания тока разряда, необходимого для накачки лазера, при этом на аноды подают напряжение положительной полярности относительно земли, а на катод подают напряжение отрицательной полярности относительно земли, меньшее потенциала зажигания разряда на штенгель, и регулированием напряжения на катоде устраняют утечку разрядного тока через штенгель на заземление. Технический результат - исключение пробоя между катодом и штенгелем и утечки тока разряда через штенгель. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ зажигания и поддержания разряда постоянного тока в кольцевом газовом лазере с двумя газоразрядными промежутками, имеющими общий катод и раздельные аноды, электрод поджига и заземленный штенгель для заполнения резонатора активной средой, включающий подачу импульсного положительного напряжения зажигания разряда на электрод поджига, установку положительного напряжения на аноды и отрицательного напряжения на катод для поддержания постоянного тока разряда, отличающийся тем, что на аноды подают напряжение положительной полярности относительно заземления, на катод подают напряжение отрицательной полярности относительно заземления, меньшее потенциала зажигания разряда на штенгель, и регулированием напряжения на катоде устраняют утечку разрядного тока через штенгель на заземление.

2. Устройство зажигания и поддержания разряда постоянного тока в кольцевом газовом лазере с двумя газоразрядными промежутками, имеющее общий катод и раздельные аноды, включающее источник питания постоянного напряжения положительной полярности анодов, балластные резисторы анодов, схему зажигания разряда, отличающееся тем, что отрицательный вывод источника питания анодов заземлен, а катод подсоединен к дополнительному регулируемому источнику питания с заземленным положительным выводом.