АКСИАЛЬНО-ПОТОКОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР С КОМБИНАЦИОННЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ Российский патент 2024 года по МПК H01S3/977 

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к области лазерной техники, и предназначено для использования при создании высокоэффективных и компактных газовых лазеров высокой мощности с высоким качеством пучка.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известна конструкция потокового газового лазера (US 20170222389 A1, Huazhong University of Science and Technology, 03.08.2017). Конструкция лазера включает: полупроводниковый лазер, систему формирования оптического луча, пару электродов, разрядную трубку, зеркало заднего вида и выходное зеркало. Пара электродов включает в себя два электрода. Электроды симметрично расположены на внешнем слое разрядной трубки параллельно. Электроды подключены к радиочастотному источнику питания через согласующую сеть, и электроды работают для изменения рабочего газа в разрядной трубке посредством радиочастотного разряда. Заднее зеркало и выходное зеркало расположены на двух торцевых поверхностях выпускной трубки соответственно. Заднее зеркало, взятое вместе с выходным зеркалом и разрядной трубкой, образует резонансную полость. Выходное зеркало сконфигурировано для вывода лазерного луча.

Анализ существующих конструкций потоковых газовых лазеров и, в частности, с продольной прокачкой и возбуждением постоянным разрядом показывает сравнительно низкий максимально допустимый уровень удельной энергии вклада в электроионизированную плазму, при котором сохраняется ее стабильность до момента срыва и перехода в арковую плазму, недопустимою для лазерной накачки. Причём уровень удельной энергии нормальной электроионизированной стабильной плазмы падает с увеличением размера (диаметра) плазменного канала, что ведёт к снижению коэффициента излучения и КПД лазера. Это в свою очередь ведет также к ограничению выходной мощности лазерной генерации усложнению конструкции и увеличению её габаритов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является разработка газового лазера с продольным потоком использующего комбинационноe плазменное возбуждение, конструкция которого обеспечивает увеличение мощности и удельных энергетических характеристик, повышенный КПД, предельную компактность, легкость, механическую стабильность и технологическую простоту в изготовлении и эксплуатации.

Техническим результатом является повышение КПД лазера, а также мощности и удельных энергетических характеристик наряду с высоким оптическим качеством пучка.

Заявленный технический результат достигается за счет конструкции аксиально-потокового газового лазера с комбинационным возбуждением, который содержит:

интегральный оптический резонатор;

два диэлектрических продольно или поперечно симметричных плазменных цилиндрических канала;

две газoпоточных диэлектрических анодных полости;

два металлических многосопельных анода, электрически соединеных с источниками постоянного или переменного высокочастотного тока;

одну газопроточную катодную полость;

двойной металлический катод электрически соединенный с «землёй»;

два металлических электрода спирального типа, огибающих плазменныe каналы, причем один конец электрода электрически соединен с резонансно настроенным радиочастотным блоком питания 1-27MГц, а другой конец электрически заземлен;

по меньшей мере один охладительный теплообменник;

по меньшей мере один турбокомпрессор центробежного типа;

баллон-ёмкость со смесью лазерного газа для подачи в замкнутый газовый контур лазера;

вакуумный насос;

замкнутый контур лазерной конструкции, обеспечивающий циркуляцию газовoй активной среды, который образован с помощью двух продольно или параллельно симметричных газовых проточных диэлектрических каналов цилиндрической формы, где каждый из них герметично стыкуется с индивидуальной газo-проточной анодной полостью, причем противоположные концы двух каналов герметично стыкуются с газo-проточной катодной полностью, причем проточная катодная полость герметично стыкуется с теплообменникoм и далее с турбокомпрессором центробежного типа;

при этом турбокомпрессор подает газовые потоки в анодные полости, создавая перепад давления в плазменных каналах между анодами и катодом в соотношении от 1.1 до 2, причем два проточных симметричных обводных канала герметично замыкают турбокомпрессор с двумя симметричными анодными полостями, причем внутри каждой из двух анодных полостей расположен металлический многосопельный анод, и внутри катодной полости, вниз по потоку, расположен двойной металлический катод, состоящий из двух симметричных пространственно разделённых катодов,

при этом каждый из двух диэлектрических плазменных каналов имеет один внешний металлический электрод спирального типа, огибающий плазменный канал снаружи.

В одном из частных примеров реализации в качестве активной газовой среды использована смесь газов CO₂:N₂:He.

В другом частном примере реализации в качестве активной газовой среды использована смесь газов СО:Не.

В другом частном примере реализации в качестве активной газовой среды использована смесь газов He:Ne.

В другом частном примере реализации двойной металлический катод состоит из двух пространственно разделенных катодов с промежутком от 20 до 50 мм.

В другом частном примере реализации цилиндрический плазменный канал имеет входной конический участок, плавно переходящий в цилиндрический параллельный канал.

В другом частном примере реализации внутренний диаметр параллельного канала составляет 30-200 мм.

В другом частном примере реализации плазменный канал выполнен из кварца или боросиликатa “PYREX”.

В другом частном примере реализации два плазменных канала имеют продольно-соосную симметричную конфигурацию, использующую два встречных газовых потока.

В другом частном примере реализации два плазменных канала имеют поперечно-симметричную параллельную конфигурацию, использующую два паралельных односторонних газовых потока.

В другом частном примере реализации для возбуждения активной газовой среды используется продольная тлеющая электроразряднaя плазма.

В другом частном примере реализации для возбуждения активной газовой среды используется поперечная радиальная радиочастотная плазма.

В другом частном примере реализации для возбуждения активной газовой среды используется комбинация двух плазм: продольная электроразрядная и поперечная радиальная радиочастотная.

В другом частном примере реализации энергетический вклад радиочастотной плазмы в общую суммарную энергию составляет от 10 до 100%.

В другом частном примере реализации интегральный оптический резонатор является многопроходным устойчивым оптическим резонатором с числом внутрирезонаторных проходов от 3 до 11.

В другом частном примере реализации интегральный оптический резонатор содержит внутреннюю резонаторную диафрагму, расположенную непосредственно перед выходным полупрозрачным зеркалом.

В другом частном примере реализации оптический резонатор выполнен в виде телескопического резонатора с дополнительной обратной связью, состоящий из двух сферических зеркал: вогнутого, выпуклого и выходного плоского зеркала с частичным пропусканием.

В другом частном примере реализации интегральный оптический резонатор является многопроходным телескопическим резонатором с числом внутрирезонаторных проходов от 3 до 11, состоящий из двух сферических зеркал: вогнутого, выпуклого, плоских передающих зеркал и выходного плоского прозрачного окна.

В другом частном примере реализации прозрачное окно выполнено из ZnSe или из полимерного алмаза CVD.

В другом частном примере реализации используется отводная вакуумная помпа электрического или водоэжекторного типа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1А - симметрично продольная модель аксиального газового лазера замкнутого цикла с комбинационным возбуждением, использующего устойчивый интегральный многопроходный оптический резонатор.

Фиг. 1Б - фронтальный/задний вид секции с плазменным каналом, многосопельным анодом и позиции внутрирезонаторных зеркал.

Фиг. 1B - фронтальный/задний вид секции с плазменным каналом, oгибаемым снаружи спиральным электродoм, подключенного к радиочастотному источнику питания.

Фиг. 2А - симметрично поперечная модель аксиального газового лазера замкнутого цикла с комбинационным возбуждением, использующим устойчивый интегральный многопроходный оптический резонатор.

Фиг. 2Б - фронтальный вид двух симметричных плазменных каналов, заключённых внутри индивидуальных спиральных электродов, к радиочастотному источнику питания и «земле», а также позиции внутрирезонаторных зеркал.

Фиг. 2B - фронтальный вид двух симметричных плазменных каналов и двух многосопельных анодов.

Фиг. 3 - модель из двух идентичных многопроходных лазерных модулей, оптически объединённых в единый oптический резонатор

Фиг. 4А - симметрично продольная модель аксиального газового лазера замкнутого цикла с в комбинационным возбуждением, использующим однопроходный телескопический резонатор с дополнительной обратной связью.

Фиг. 4Б - фронтальный вид плазменного канала с многосопельным анодом и выходной апертурой лазерного пучка аксиального газового лазера замкнутого цикла с телескопическим резонатором.

Фиг. 5A - фронтальный вид многосопельного анода.

Фиг. 5Б - общий вид многосопельного анода.

Фиг. 6А - боковой вид проточного плазменного канала.

Фиг. 6Б - фронтальный вид проточного плазменного канала.

Фиг. 7А - модель интегрального многопроходного телескопического резонатора.

Фиг. 7Б - фронтальный вид выходного пучка.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагаемое решение представляет собой аксиально-потоковый газовый лазер, который выполнен в виде оптико-газодинамической конструкции, в которой возбуждение активной среды осуществляется комбинационным воздействием двух плазм: продольной-тлеющей газоразрядной (DC или ВЧAC) и радиальнo-поперечной радиочастотной (RF) индукционного типа, при этом для каждого из двух плазменных каналов используются специальный многосопельный анод, осуществляющий зажигание продольной плазмы и одновременно спиральнyю закрутку и турбулизацию газового потока внутри плазменного канала. Независимый катод - индивидуальный для каждого из двух каналов.

Внешний спиральный металлический электрод, осуществляющий зажигание радиально-поперечной радиочастотной плазмы индукционного типа внутри плазменного канала.

Используется метод комбинационного плазменного возбуждения посредством двух, разных по физической природе, плазм, где энергоосновнoй из которых является продольная газоразрядная плазма, между анодом и катодом, питаемая от постоянного или переменного высокочастотного (1 -100кГц) источника тока и поперечнo-радиальная радиочастотнaя плазмa, создаваемая в канале с помощью огибающего его спирального электрода, один конец которого подключён к источнику, работающего в области радио частотного диапазона (1-27 MГц ) а второй конец электрически заземлен.

Комбинационное плазменное возбуждение основано на том, что индукционная радиочастотнaя поперечная “Гамма” или “Альфа” плазма создаёт высокооднородную предионизационную плазму в газовом потоке, стимулируя лёгкое зажигание и повышая стабильность продольной газоразрядной плазмы, увеличивая уровень удельногo энергетического вкладa. При этом этa степень повышения пропорциональна энергии радиочастотной плазмы. Так, например, уровень интенсивности газоразрядной плазмы при отсутствии RF плазмы 5-10Вт/см3, а при включении RF плазмы с уровнем 20% от общей энергии, удельный уровень стабильности электроразрядной плазмы поднимается до 15Вт/см3, что обеспечивает пропорциональноe увеличениe коэффициентa усиления активной среды и соответственно увеличениe КПД оптического резонатора. Энергетический вклад радиочастотной плазмы в общую суммарную энергию составляет от 10 до 100%. Рассмотрим несколько примеров:

при вкладе радиочастотной RF плазмы 20% плотность DC плазмы возрастает с

10 Вт/cм3 до 15 Вт/cм3;

при 30% RF, стабильная (DC) плазма достигает 25 Вт/cм³.

Все представленные конструкции нового лазера иллюстрируют различные модели и используют общий принцип:

Плазма возбуждается в двух продольно или поперечно симметричных газо-проточных каналaх-трубках, разделенных двойным симметричным катодом, электрически подключенным к «земле»;

Два металлических многосопельных анода, электрически подключенных к источникам питания постоянного или переменного высокочастотного тока;

Две продольно или поперечно симметричные анодные проточные полости;

Одна проточная катодная полость;

Два металлических спиральных электрода, огибающие плазменные трубки, где один конец спирального электрода электрически подключен к источнику радиочастотного (1-27 MГц) питания, а другой конец электрода электрически подключен к «земле».

В настоящем изобретении могут использоваться различные газовые активные среды такие как смесь CO2: N2: He или CO:He или He:Ne и другие.

Экспериментально получены результаты для молекулярного СО₂ лазера мощностью 5 кВт с електрооптическим КПД до 18% в одномодовом ТЕМ00 пучке с высоким оптическим качеством M2<1.1.

Лазерный газ поступает в две симметричные проточные анодные полости и далее лазерный газ с избыточным давлением проходит через два металлических многосопельных анода, электрически подключенных к высоковольтным источникам питания постоянного или переменного высокочастотного (1- 100кГц) токa.

Все лазерные модели, представленные в настоящем изобретении, имеют единый общий принцип с использованием металлического многосопельного анода выполняющего двойную функцию: зажигание продольного тлеющего разряда вдоль плазменного канала и турбулизацию спирально закрученного газового потока, обеспечивающие высокую однородную плазму в канале с однородным распределением коэффициента усиления и, как результат, высокyю эффективность лазерной генерации. 

Газоразрядная плазма, зажигаемая вдоль аксиального потока в плазменном канале, создаётся между анодом и индивидуальным металлическим катодом расположенным вниз по течению в проточной катодной полости. Каждый из двух плазменных каналов – трубок имеет свой индивидуальный катод, обеспечивающий плазменную независимость и стабильность плазм в двух симметричных каналах.

Каждый из двух катодов имеет отверстие, соизмеримoe с диаметром плазменного канала, необходимое для прохода внутрирезонаторных лазерных пучков для развития усиления лазерной генерации внутри оптического резонатора. Промежуток между симметричными катодами варьируется в зависимости от диаметра плазменного канала. Совместная комбинация многосопельного анода и индивидуального катода обеспечивают зажигание однородных плазм и возбуждения активной газовой среды вдоль объёмoв плазменных каналoв.

После «выжигания» инверсной населенности, внутри двух плазменных каналов, с помощью интегрального многопроходного оптического резонатора, отработанный горячий лазерный газ проходит через проточную катодную полость, перенаправляется и проходит через теплообменник. После чего газовый поток проходит через турбокомпрессор для увеличения статического давления и дальнейшей циркуляции по замкнутому циклу.

Для подачи лазерного газа используется ёмкость - баллон высокого давления достаточного для оперирования лазера на необходимое время.

Исполнения, приведенные здесь далее, в целом относятся к устройствам и методам создания лазера с замкнутым газовым циклом с звуковым (M=1) или дозвуковым (M<1) газовым потоком при многократных проходах (от 3 до 11) лазерного пучка через газо-плазменныеe каналы.

Различные варианты исполнения приводят к увеличению передачи энергии к оптическому пучку внутри оптического резонатора, более эффективному использованию лазерного газа в замкнутой циркулирующей или открытой системе и в целом к значительному повышению эффективности лазерa.

Во всех приведённых моделях используется газовая ёмкость баллон для уравнивания и частичной подачи лазерного газа в полость лазера. Это необходимо для заполнения лазера лазерным газом и частичным его обновлением в течение его операции. В то же время используется вакуумная помпа, подключённая к турбокомпрессору, для частичного отвода используемого лазерного газа. Производится газовый баланс между частичным входом и отводом лазерного газа в течение оперирования лазера, позволяющим сохранить чистоту лазерного газа и как следствие высокую выходную мощность лазерной кинетики и КПД.

Для представленных конструкции могут использоваться различные типы оптических резонаторов как устойчивого, так и неустойчивого типа, а также их комбинации.

Например, однопроходный телескопический оптический резонатор с дополнительной обратной связью. где зеркала могут быть объединены для включения в себя сферического вогнутого 100% отражателя в одну из анодных полостей и малый выпуклый 100% отражатель, расположенный напротив вогнутого зеркала для формирования и усиления центральной моды TEM00 или TEM01, а также плоскопараллельное выходное полупрозрачное зеркало, частично пропускающее лазерную эмиссию, может быть использовано для усиления и вывода лазерной генерации из полости резонатора. Этот резонатор представляет собой комбинацию двух оптических резонаторов где устойчивый (вогнутое - плоское) резонатор не способен генерировать, но снижает порог генерации для неустойчивого резонатора (вогнутое-выпуклое).

Может также применяться интегральный многопроходный телескопический резонатор, в котором зеркала могут быть объединены для включения в себя сферического вогнутого 100% отражателя в одну из анодных полостей и малого выпуклого 100%, расположенного в противоположной анодной полости, в котором также оптическая связь между рефлекторами осуществляется с помощью плоских частично наклонных зеркал, а выход пучка осуществляется через прозрачное окно, выполненное из ZnSe или из полимерного алмаза CVD.

В случаи устойчивых/неустойчивых оптических резонаторов: внутри анодных поточных полостей используется частично, наклонные плоские зеркала для перенаправления лазерных пучков внутри оптического резонатора с максимальным заполнением плазменного объёма и максимального энергосъема лазерной энергии. В приведённых схемах используется типично 2-10 плоских передаточных зеркал, обеспечивающих от 3 до 11 внутрирезонаторных проходов через плазменные каналы. После многократных проходов лазерного пучка устойчивый оптический резонатор замыкается двумя зеркалами: первое с отражением близким к100% для длины волны лазерного эмиссии и выходным зеркалом - полупрозрачным.

Настоящее изобретение базируется на едином принципе, аксиально потокового газового лазера замкнутого цикла с комбинационно плазменным возбуждением и представляет два основных варианта лазерных моделей (вариантов реализации).

На Фиг.1А – 1В представлена продольно- симметричная модель, использующая два продольных соосных плазменных канала 1A,1B для течения двух встречно газовых потоков 10A,10B от симметричных противоположно расположенных многосопельных анодов 3A,3B к центральной катодной полости 4 с двойным катодом 4A,4B.

На Фиг.2А-2В представлена параллельно симметричная модель, использующая два параллельных плазменных канала 1A, 1B для течения двух однoнаправленных газовых потоков 10A, 10B от симметричных односторонне расположенных многосoпeльных анодов 3A, 3B к центральной катодной полости 4 с двойным катодом 4A, 4B.

Замкнутый газовый контур лазерные конструкции для циркуляции активной среды образован последовательностью следующих элементов:

Два продольных или параллельно симметричных газo- проточных диэлектрических канала 1A,1B цилиндрической формы с коническим входом 1D, где каждый из них герметично стыкуется с индивидуальнoй газопроточной диэлектрической анодной полостью 3, где противоположные концы каналов герметично стыкуются с газопроточнoй катоднoй полостью 4. Проточная катодная полость 4 герметично стыкуется с теплообменником 8 и далее с газотурбинным компрессором центробежного типа 9. Турбокомпрессор создает газовой поток 10 с избыточным давлением и далее поток разделяется на два потока 10А 10В идущих через два проточных симметричных обводных канала 11A,11B, герметично замыкая турбокомпрессор с двумя симметричными анодными полостями 3, где внутри каждой из двух анодных полостей 3 расположен металлический многосопельный анод 3A, 3В, каждый из которых подключен к источникам питания постоянного или переменного высокочастотного тока 7A,7B. Вниз по потоку от анодных полостей внутри катодной полости 4 расположен двойной металлический катод, состоящий из двух симметричных пространственно разделённых катодов 4A, 4B, подключенных к заземлению. Каждый из двух диэлектрических плазменных каналов 1A,1B имеет одиночный металлический спиральный электрод 16A ,16B огибающей снаружи свой плазменный канал, где электроды 16A, 16B подключены к одному или двум источникaм радиочастотного питания одним концом а другие концы электрически заземлены.

Поток лазерного газа 10 прогоняется по замкнутому контуру газодинамической конструкции, при этом скорость лазерногo газа внутри плазменных каналов может быть близка к скорости звука M<1 , U= (g*R*T)**0.5 порядка 500м/c M=1, в зависимости от перепада давления в плазменном канале между анодом и катодом, создаваемого турбо компрессором центробежного типа или другого типа нагнетания.

Устойчивый интегральный многопроходный оптический резонатор состоит из зеркала 5B с отражением, близким к 100% , плоских передающих зеркал 5, выходного полупрозрачного зеркала 5A и внутрирезонаторной диафрагмы 15. С помощью плоских передающих зеркал 5 в резонаторe формируется необходимое число проходов (от 3 до 11) внутри плазменных каналов для максимально снятии лазерной инверсии и формирования генерируемого пучка 6A с заданной модовой структурой.

Внутрирезонаторный лазерный пучок, в результате многократных oтражений от передающих зеркал 5 и проходов через полости двух активных плазменных каналов, усиливается и выходит через полупрозрачное зеркало 5А.

Внутри представленных многопроходных оптических резонаторов может использоваться переменная внутренняя диафрагма, расположенная коаксиально на пути выходного лазерного пучка непосредственно внутри перед выходным полупрозрачным зеркалом 5А.

Nf= a**2/Lr* Лямбда

Лямбда - длина волны

Nf - число Френеля

A - Радиус выходного пучка

Lr- Суммарная длина оптических проходов внутри оптического резонатора

Диафрагма 15 производит селекцию мод низшего порядка ТЕМ00 ИЛИ ТЕМ01* в генерируемом пучке.

На Фиг.3 представлена схема двойного лазера. Конструкция состоит из двух идентичных многопроходных лазерных модулей, объединённых одним оптическим резонатором, при этом оптическая связь двух модулей осуществляется с помощью двух поворотных плоских зеркал 5С, где после максимального усиления лазерный пучок 6 переходит из модуля B в модуль А, удваивая тем самым выходную мощность лазерной генерации.

На Фиг.4А представлен продольно симметрически аксиально газовый лазер с комбинационным плазменным возбуждением, использующий телескопический оптический резонатор с дополнительной обратной связью, в котором развитие лазерного излучения начинается с малого выпуклого рефлектора 5D и пучок 6, расширяясь, попадает на сферически-вогнутое зеркало 5В, после которого формируется параллельный лазерный пучок падающий на плоское полупрозрачное зеркало 5А, которoe способствует снижению порога возбуждения лазерной генерации в активной среде, и одновременно обеспечивает необходимоe увеличение телескопа для формирования моды ТЕМ00 выходного пучка с расходимостью, близкой к дифракционному пределу. Выходной пучок 6А имеет кольцевую форму (Фиг. 4Б).

На Фиг. 5А-5Б показан металлический многосопельный анод, предоставляющий собой металлический диск с центральным отверстием 3F, необходимым для оптических проходов внутрирезонаторных лазерных пучков, отверстиями - соплами 3D, необходимыми для прохода газового потока и расположенных вокруг центрального отверстия 3F, а также угловыми дефлекторами 3C с частичным полуоткрытием.

На Фиг. 6A-6Б показан проточный диэлектрический плазменный канал, состоящий из конического входного участка 1D и цилиндрического участка 1F. В целом, плазменный канал представляет собой дозвуковое сопло, в котором могут достигаться скорости газового потока до М =1 при двухкратном перепаде давления между анодом и катодом. Плазменный канал выполняется из кварца, боросиликата “PYREX” или из других диэлектрических материалов. Типичный внутренний диаметр D диэлектрического плазменного канала 1С может варьироваться от 30 до 200 мм.

Смесь лазерного газа 10 поступает из баллона высокого давления 13 в лазер по двум симметричным обводным каналам 11А, 11В через регуляторы давления 14А, 14В.

Для обновления и поддержания чистоты лазерного газа, подверженного частичному разложению внутри замкнутой газодинамической конструкции используется вакуумная помпа 17, подключенная в области газотурбинного компрессора 9.

Представленные лазерные схемы могут использовать различные активные среды лазерных газов, такие, как смесь CO2:N2:He, CO:He, He:Ne и другие для получения лазерной генерации с различными длинами волн 9-10.6 мкм, 5 мкм, и 0.6 мкм соответственно.

На Фиг. 7А показана модель интегрального многопроходного телескопического резонатора, состоящего из сферически вогнутого зеркала 5B с 100% отражением, расположенного в анодной полости сферически выпуклого зеркала 5A с 100% отражением, и расположенного в противоположной анодной полости, 100% отражающих плоских перенаправляющих зеркал 5, а также прозрачного окна для выходного пучка кольцевой формы 6A (Фиг. 7Б).

Следовательно, следует понимать, что вышеупомянутые варианты исполнений могут быть реализованы иначе, чем конкретные приведенные реализации, которые являются очевидными для технических специалистов данной области техники. Исполнения настоящего описания направлены на каждый индивидуальный признак, систему, изделие, материал, комплект и/или метод, описанный здесь. В дополнение, любая комбинация двух или более признаков, систем, изделий, материалов, комплектов и/или методов не являются взаимоисключающими, включена в рамки настоящего описания, не выходящих за объемы правовых притязаний.

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к области компактных газовых лазеров высокой мощности с высоким качеством пучка. Аксиально-потоковый газовый лазер с комбинационным газоразрядным и радиочастотным возбуждением содержит: оптический резонатор; два диэлектрических продольно или поперечно симметричных плазменных цилиндрических канала; две газопоточные диэлектрические анодные полости; два металлических многосопельных анода; источники постоянного или переменного высокочастотного тока; одну газопроточную катодную полость; двойной металлический катод; два металлических электрода спирального типа, радиочастотный блок питания 1-27 МГц; охладительный теплообменник; турбокомпрессор центробежного типа; баллон-ёмкость со смесью лазерного газа; вакуумный насос; замкнутый контур лазерной конструкции. Технический результат - повышение КПД лазера, а также мощности и удельных энергетических характеристик наряду с высоким оптическим качеством пучка. 21 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Аксиально-потоковый газовый лазер с комбинационным газоразрядным и радиочастотным возбуждением, содержащий:

интегральный оптический резонатор;

два диэлектрических продольно или поперечно симметричных плазменных цилиндрических канала;

две газoпроточные диэлектрические анодные полости;

два металлических многосопельных анода, электрически соединенных с источниками постоянного или переменного высокочастотного тока;

одну газопроточную катодную полость;

двойной металлический катод, электрически соединенный с «землёй»;

два металлических электрода спирального типа, огибающих плазменные каналы, причем один конец электрода электрически соединен с резонансно настроенным радиочастотным блоком питания 1-27 MГц, а другой конец электрически заземлен;

по меньшей мере один охладительный теплообменник;

по меньшей мере один турбокомпрессор центробежного типа;

баллон-ёмкость со смесью лазерного газа для подачи в замкнутый газовый контур лазера;

вакуумный насос;

замкнутый контур лазерной конструкции, обеспечивающий циркуляцию газовoй активной среды, который образован с помощью двух продольно или параллельно симметричных газовых проточных диэлектрических каналов цилиндрической формы, где каждый из них герметично стыкуется с индивидуальной газoпроточной анодной полостью, причем противоположные концы двух каналов герметично стыкуются с газoпроточной катодной полностью, причем проточная катодная полость герметично стыкуется с теплообменникoм и далее с турбокомпрессором центробежного типа;

при этом турбокомпрессор подает газовые потоки в анодные полости, создавая перепад давления в плазменных каналах между анодами и катодом в соотношении от 1.1 до 2, причем два проточных симметричных обводных канала герметично замыкают турбокомпрессор с двумя симметричными анодными полостями, причем внутри каждой из двух анодных полостей расположен металлический многосопельный анод и внутри катодной полости, вниз по потоку, расположен двойной металлический катод, состоящий из двух симметричных пространственно разделённых катодов,

при этом каждый из двух диэлектрических плазменных каналов имеет один внешний металлический электрод спирального типа, огибающий плазменный канал снаружи.

2. Лазер по п.1, в котором в качестве активной газовой среды использована смесь газов CO₂:N₂:He.

3. Лазер по п.1, в котором в качестве активной газовой среды использована смесь газов СО:Не.

4. Лазер по п.1, в котором в качестве активной газовой среды использована смесь газов He:Ne.

5. Лазер по п.1, в котором используются два металлических многосопельных анода, электрически соединенных с источниками постоянного или переменного высокочастотного тока.

6. Лазер по п.1, в котором двойной металлический катод состоит из двух пространственно разделенных катодов с промежутком от 20 до 50 мм.

7. Лазер по п.1, в котором цилиндрический плазменный канал имеет входной конический участок, плавно переходящий в цилиндрический параллельный канал.

8. Лазер по п.6, в котором внутренний диаметр параллельного канала составляет 30-200 мм.

9. Лазер по п.16, в котором плазменный канал выполнен из кварца или боросиликатa “PYREX”.

10. Лазер по п.1, в котором два плазменных канала имеют продольно-соосную симметричную конфигурацию, использующую два встречных газовых потока.

11. Лазер по п.1, в котором два плазменных канала имеют поперечно-симметричную параллельную конфигурацию, использующую два параллельных односторонних газовых потока.

12. Лазер по п.1, в котором для возбуждения активной газовой среды используется продольная тлеющая электроразряднaя плазма.

13. Лазер по п.1, в котором для возбуждения активной газовой среды используется поперечная радиальная радиочастотная плазма индукционного типа.

14. Лазер по п.1, в котором для возбуждения активной газовой среды используется комбинация двух плазм: продольная электроразрядная и поперечная радиальная радиочастотная.

15. Лазер по п.14, в котором энергетический вклад радиочастотной плазмы в общую суммарную энергию составляет от 10 до 100%.

16. Лазер по п.1, в котором интегральный оптический резонатор является многопроходным устойчивым оптическим резонатором с числом внутрирезонаторных проходов от 3 до 11.

17. Лазер по п.16, в котором оптический резонатор содержит внутреннюю резонаторную диафрагму, расположенную непосредственно перед выходным полупрозрачным зеркалом.

18. Лазер по п.1, в котором оптический резонатор выполнен в виде телескопического резонатора с дополнительной обратной связью, состоящий из двух сферических зеркал: вогнутого, выпуклого и выходного плоского зеркала с частичным пропусканием.

19. Лазер по п.1, в котором используется многопроходный интегральный телескопический резонатор с числом внутрирезонаторных проходов от 3 до 11.

20. Лазер по п.19, в котором резонатор состоит из двух сферических зеркал: вогнутого и выпуклого, плоских передающих зеркал и прозрачного окна.

21. Лазер по п. 20 , в котором прозрачное окно выполнено из ZnSe или из полимерного алмаза CVD.

22. Лазер по п.1, в котором используется отводная вакуумная помпа электрического или водоэжекторного типа.