ПРОТОЧНЫЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР Советский патент 1996 года по МПК H01S3/22 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в лазерах, предназначенных для резки, сварки и термообработки различных материалов, в металлургии, фотохимии, а также в технике связи.

Известен мощный газовый лазер с замкнутой системой циркуляции газа, содержащий размещенные в герметичном корпусе осевой вентилятор, электроды системы возбуждения рабочего газа, оптический резонатор и теплообменник.

В этом лазере вентилятор создает на выходе газовый поток, сечение которого значительно отличается от формы разрядного промежутка. Это приводит к необходимости преобразования сечения потока газа, что связано с усложнением конструкции корпуса лазера и увеличением его габаритов.

Эти недостатки частично устранены в известном лазере с замкнутой системой циркуляции газа, содержащем в центральной части осесимметричного турбообразного коаксиального корпуса осевой многоступенчатый вентилятор, электроды системы возбуждения рабочего газа, концентрично установленные в кольцевом канале течения, оптический резонатор и теплообменник.

В такой конструкции лазера за счет размещения осевого многоступенчатого вентилятора в центральной части корпуса, имеющего вид полого кругового цилиндра, образуется замкнутый канал течения рабочего газа, который после поворота на выходе из вентилятора приобретает в сечении форму кольца, соответствующую форме разрядного промежутка.

Недостатком указанного лазера является большая осевая длина корпуса, обусловленная конструкцией осевого многоступенчатого вентилятора с последовательным расположением ступеней на валу. Использование же одноступенчатого осевого вентилятора значительно снижает скорость прокачки рабочего тела, что приводит к уменьшению мощности лазера.

Целью изобретения является повышение мощности лазера и уменьшение его габаритов.

Эта цель достигается тем, что в проточном газовом лазере с замкнутой системой циркуляции газа, включающем осесимметричный трубообразный коаксиальный корпус с электродами, установленными в кольцевом канале и многоступенчатый осевой вентилятор, содержащий, по крайней мере, одно рабочее колесо с основными лопатками, размещенное в центральной части корпуса, это рабочее колесо снабжено сплошным кольцом, охватывающим концы основных лопаток, на котором установлены дополнительные лопатки с углами установки, противоположными углам установки основных лопаток.

На фиг. 1 изображена схема лазера; на фиг. 2 вариант выполнения лазера с удвоенной мощностью; на фиг. 3 схема одного из вариантов кольцевого телескопического резонатора.

Лазер с замкнутой системой циркуляции газа содержит размещенный в осесимметричном корпусе 1, на торцах которого установлены крышки 2 и 3, осевой вентилятор 4 с дополнительными лопатками 5, закрепленными на кольце 6, охватывающем концы лопастей основных лопаток. Вентилятор 4 приводится во вращательное движение электродвигателем 7, установленным на крышке 2. В кольцевом канале, образованном цилиндрическими стенками корпуса 1 и выполненного из изоляционного материала входного патрубка 8 вентилятора, концентрично расположены имеющие форму замкнутых колец электроды системы возбуждения катод 9 и анод 10. На входе потока в кольцевой канал установлен спрямляющий аппарат 11, а на выходе из него и входе в патрубок 9 секции 12 и 13 теплообменника, разделенные кольцевой перегородкой 14. Крышки 2 и 3 снабжены плавными обтекателями 15 и 16 соответственно. На стенке корпуса вдоль зоны возбуждения установлены зеркала 17 кольцевого оптического резонатора.

Лазер работает следующим образом. Вентилятор 4, приводимый во вращение электродвигателем 7, создает газовый поток, который в полости крышки 2 с обтекателем 15 осесимметрично разворачивается и, пройдя спрямляющий аппарат 11, направляется в кольцевой канал, образованный цилиндрическими стенками корпуса 1 и входного патрубка 8 вентилятора. Между кольцевыми катодом 9 и анодом 10 после подачи на них напряжения от внешнего источника питания осуществляется разряд, возбуждающий протекающий рабочий газ. Энергия излучения снимается в зоне возбуждения кольцевым оптическим резонатором с зеркалами 17. Нагретый в зоне возбуждения газ отдает большую часть избыточного тепла при прохождении секции 12 теплообменника, плавно разворачивается в полости крышки 3 с установленными в ней обтекателем 16 и, пройдя секцию 13 теплообменника, снимающую остаток тепла, поступает во входной патрубок 8 вентилятора 4. Кольцевая перегородка 14 предотвращает перетечки неохлажденного газа на вход вентилятора. Стрелками на фиг. 1 показано направление движения циркулирующего по замкнутому контуру газа.

Лазер удвоенной мощности содержит размещенные в осесимметричном корпусе 18 два двухвенцовых вентилятора 19, два двухсекционных теплообменника 20 и соответственно две пары электродов системы возбуждения катоды 21 и аноды 22, которые установлены в кольцевом канале, образованном цилиндрическими стенками корпуса 18 и входных патрубков 23 вентиляторов. Вентиляторы 19 закреплены на одном валу 24, приводимом во вращение электродвигателем 25. На выходе из дополнительного венца каждого вентилятора установлены спрямляющие аппараты 26. Торцы корпуса закрыты крышками 27 и 28 с плавными обтекателями 29 и 30 соответственно. На стенках корпуса вдоль обеих зон возбуждения, образованных электродами, смонтированы зеркала 31 кольцевых оптических резонаторов.

Отличительной особенностью работы такого варианта исполнения лазера является то, что рабочий газ возбуждается последовательно в двух кольцевых разрядных промежутках, образованных электродами 21 и 22, а излучение из зон возбуждения снимается с помощью двух кольцевых оптических резонаторов с зеркалами 31. Направление перемещения газа по замкнутому контуру лазера показано на фиг. 2 стрелками.

Кольцевой телескопический резонатор, принципиальная схема одного из вариантов которого изображена на фиг. 3, содержит выпуклое 32 зеркало, поворотные 33 зеркала, вогнутое 34 зеркало, выводящее 35 зеркало, смещающее 36 зеркало, обратной связи 37 зеркало и выходное окно 38, размещенные вокруг кольцевой зоны возбуждения 39.

Вынужденное излучение, возникающее в зоне возбуждения 39 между зеркалами 32 и 34 при участии соответствующих поворотных зеркал 33, после заполнения объема, ограниченного поперечными размерами отражателей, выводящим зеркалом 35 направляется на смещающее зеркало 36, которое отбрасывает кольцевой пучок излучения на соответствующие поворотные зеркала 33, расположенные с расчетом охвата незатронутых областей возбужденного газа. Усиленный таким образом пучок выводится через выходное окно 38, причем часть его возвращается в резонатор с помощью зеркала обратной связи 37. Полнота охвата зоны возбуждения резонатором может быть достигнута увеличением числа смещающих и поворотных зеркал.

Выполнение многоступенчатого вентилятора в виде рабочего колеса, имеющего дополнительные лопасти, закрепленные с противоположными углами установки на кольце, охватывающем концы основных лопаток, позволяет уменьшить габариты лазера и увеличить скорость прокачки газа, что приводит к повышению мощности лазера.

ПРОТОЧНЫЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР с замкнутой системой циркуляции газа, включающий осесимметричный трубообразный коаксиальный корпус с электродами, установленными в кольцевом канале, и многоступенчатый осевой вентилятор, содержащий по крайней мере одно рабочее колесо с основными лопатками, размещенное в центральной части корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности лазера и уменьшения его габаритов, рабочее колесо снабжено сплошным кольцом, охватывающим концы основных лопаток, на котором установлены дополнительные лопатки с углами установки, противоположными углам установки основных лопаток.

ПРОТОЧНЫЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР с замкнутой системой циркуляции газа, включающий осесимметричный трубообразный коаксиальный корпус с электродами, установленными в кольцевом канале, и многоступенчатый осевой вентилятор, содержащий по крайней мере, одно рабочее колесо с основными лопатками, размещенное в центральной части корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности лазера и уменьшения его габаритов, рабочее колесо снабжено сплошным кольцом, охватывающим концы основных лопаток, на котором установлены дополнительные лопатки с углами установки противоположными углам установки основных лопаток.