Лазер на парах металлов Советский патент 1992 года по МПК H01S3/227 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при создании лазеров на парах металлов, способных работать с программным управлением частотой следования импульсов и энергией импульсной генерации, импульсной или средней мощности.

Известен лазер на парах металлов, работающий в режиме саморазогрева, в котором реализуется режим стабилизации средней мощности генерации при цуговом импульсно-периодическом разряде. Недостатком данного лазера является то, что он не может работать при изменении частоты следования импульсов в щироком диапазоне частот.

О

ю

Наиболее близким по своей техничечО 00 ской сущности к предложенному является лазер на парах металлов, содержащий газоо сл разрядную трубку узел стабилизации температуры рабочего объема газоразрядной трубки, задатчик частоты следования импульсов генерации, задатчик энергии импульсов генерации, формирователь импульсов запуска, выход которого соединен с источником дополнительных, не вызывающих генерацию импульсов и через блок задержки - с источником возбуждения.

В известном лазере стабилизация температуры при изменении частоты следования импульсов осуществляется за счет автоматического изменения количества дополиительных импульсов, не вызывающих генерацию, и регулировки их амплитудь, в стабилизация энергии импульса генерации осуществляется за счет обратной связи от измерителя энергии к источнику возбуясдения, который автоматически изменяет амплитуду импульса возбуждения.

Недостатком известного лазера является то, что в нем невозможно заранее задать величину энергии импульса генерации или импульсной мощности при изменении частоты следования импульсов генерации.

При использовании лазеров на парах металлов, например, при зондировании атмосферы, в связи, в голографии при технологических операциях я физических исследованиях необходимо, чтобы лазер работал с перестройкой частоты следования импульсов с заранее заданной величиной энергии или импульсной мощности.

Целью изобретения является управление энергией и импульсной мощностью генерации при изменении частоты следования импульсов возбуждения.

Поставленная цель достигается тем, что в лазер на парах металлов, содержащий газоразрядную трубку, узел стабилизации температуры рабочего обьема газоразрядной трубки, задатчик частоты следования импульсов генерации,задатчик энергии импульсов генерации, формирователь импульсов запуска, выход которого соэдинен с источником дополнительных, не вызывающих генерацию, импульсов и через блок задержки - с источником возбуждения, введен компенсатор задержки; при этом блок задержки выполнен регулируемым, вход компенсатора задержки соединен с входом формирователя импульсов и с выходом задатчика частоты, а выход компенсатора соединен с входом блока задерхМ ки и задатчиком .энергии, причем источники дополнительных ямпульсов и импульсов возбуждения выполнены стабилизированными по амплитуде и длительности.

Известно, что при постоянной температуре рабочего объема газоразрядной трубки (ГРТ) и стабилизированном импульсе возбуждения энергия импульса генерации и импульсная мои ность зависят от величины межимпульсного периода. В предложенном лазере стабилизация температуры рабочего объема ГРТ осуществляется устройством подогрева, электрически не связанным с рабочим объемом, что исключает паразитное влияние нагревателя на состояние плазмы.

Постоянство плазмы в предложенном лазере достигается тем, что как в режиме одиночных импульсов, так и при высокой частоте следования импульсов источник дополнительных импульсов и источник возбуждающих импульсов вырабатывают пару следующих с задержкой импульсов стабилизированных амплитуды и длительности.

Первый - дополнительный импульс - не вызывает генерацию, ионизирует плазму так, что к началу импульса возбуждения она должна иметь одинаковую степень ионизации. Однако с изменением частоты следования

0 изменяется остаточная ионизация после пары импульсов и, следовательно, будет изменяться ионизация плазмы перед импульсом возбуждения. Для исключения этого влияния лазер содержит компенсатор, который

5 автоматически, с изменением частоты следования, изменяет величину задержки между парой импульсов. Так, с увеличением частоты следования, когда степень остаточной ионизации увеличивается, задержка

0 между парой импульсов тоже увеличивается, что приводит к уменьщению ионизации перед импульсом возбуждения.

Установка необходимой величины энергии или импульсной мощности от нуля до

5 максимума производится изменением задержки между парой импульсов, которое осуществляется с помощью регулируемого блока задержки.

На фиг,1 приведена блок-схема лазера

0 с управляемыми параметрами; на фиг.2 узел стабилизации температуры лазера,

Лазер состоит из газоразрядной трубки 1, блока стабилизации температуры 2, источника 3 дополнительных импульсов, ис5 точника возбуждающих импульсов 4, формирователя импульсов запуска 5, блока регулируемой задержки 6, компенсатора 7, задатчика частоты 8, задатчика энергии 9, устройства внешнего управления 10, пере0 ключателя 11.

Узел стабилизации рабочего обьема ГРТ содержит вакуумноплотну.ю оболочку 12, выходные окна 13, электроды 14, керамическую трубку 15, дополнительную кера5 мическую трубку 16, рабочее вещество 17, злектроизолятор 18, нагревательный элемент 19, термопару 20, теплризолятора21 и схему питания, включающую в себя задатчик температуры 22 и источник 23 постоян0 него тока.

Лазер работает следующим образом. Импульсы рабочей частоты от задатчика 8 частоты или устройства внешнего управления 10 поступают на. формирователь им5 пульсов запуска 5, Импульсы запуска подаются на управляющий вход источника дополнительных импульсов 3 и через блок регулируемой задержки 6 - на управляющий вход источника возбуждающих импульсов. Источник 3 дополнительных импульсов и источник 4 возбуждающих импульсов вырабатывают стабильные по амплитуде и длительности импульсы, причем источник 3 дополнительных импульсов вырабатывает импульсы, не вызывающие генерации. Блок регулируемой задержки б обеспечивает плавную регулировку задержки импульса возбуждения относительно дополнительного импульса, что приводит к изменению энергии импульса генерации от нуля до максимума. Величина энергии импульса генерации устанавливается задатчиком энергии 9 или устройством внешнего управления. Так как энергия импульса генерации при постоянной темг7ературе изменяется с изменением частоты следования импульсов, то ее изменение автоматически компенсируется изменением задержки с помощью компенсатора 7. Переключателем 11 обеспечивается работа Б режиме ручного или автоматического управления. Узел стабилизации температуры работает следующим образом. От источника 23 питания постоянный ток подается на нагревательный элемент 19, который производит нагрев тонкостенной керамической трубки 15 и рабочего вещества 17 до рабочей температуры, установленной задатчиком температуры 22. После подачи на электроды 14 дополнительных импульсов и импульсов возбуждения в рабочем объеме выделится энергия, которая будет производить дополнительный нагрев керамической трубки и термопары 20, расположенной в углублении керамической трубки, что приведет к увеличению-напря„ASmofiam (J у 9 P жения на входе задатчика температуры 22 и автоматическому yMeiibUjeHHio .-r-;e;iii i на нагревательном элементе 19. Для исключения прохох дения разряда от электродов 14 на нагревательный элемент 19 между керамической трубкой 15 и аакуумноплотной оболочкой 12 установлены электроизоляторы 1в. Благодаря тому, что керамическая трубка 45 выполнена тонкостенной и между ней и теплоизолятором 21, который удерживается дополнительной керамической трубкой 16, имеется зазор, точность поддержания рабочей температуры будет достаточно высокой и составляет единицы градусов. Лазерное излучение из ГРТ выходит через выходные окна 13. Схема лазера позволяет задавать необходимую энергию генерации или импульсную мощность путем изменения задержки между парой импульсов со стабилизированной амплитудой и длительностью. При этом управление выxoдны 1и параметрами лазера может осуществляться от онешнего устройства по заранее заданной программе. Такой режим работы в совокупности с . ждущим режимом работы, когда обеспечивается ycKoperSHbui выход в режим генерации, значительно повысит эффективность применения этих лазеров в различных областях науки и техники. Так, приме -;е(11е их в устройствах для лазерного зомдироозмия различных сред (атмосферы, морских глубин) повысит информативность измерений.

XV 4XXXX

|,Д„.л I Я,, ..I. .п.,4 ii(

х; 5Гч; :чУч г уч ч уч ч vv V

l ,,0. L Ht .О

i

20

I/

21

.X

S tSSSSCt x

.;$

фиг. 2

ЛАЗЕР НА ПАРАХ МЕТАЛЛОВ, содержащий газоразрядную трубку, узел стабилизации температуры рабочего объема газоразрядной трубки, задатчик частоты следования импульсов генерации, задатчик энергии импульсов генерации, формирователь импульсов запуска, выход которого соединен с источником дополнительных, не вызывающих генерацию, импульсов и через блок задержки - с источником возбуждения, отличающийся тем. что, с целью управления энергией и импульсной мощностью генерации при изменении частоты следования импульсов возбуждения, в него введены компенсатор задержки, при этом блок задержки выполнен регулируемым, вход компенсатора задержки соединен с входом формирователя импульсов и с выходом задатчика частоты, а выход компенсатора соединен с входом блока задержки и задатчиком энергии, причем источники дополнительных импульсов и импульсов возсл буждения выполнены стабилизированными с по амплитуде и длительности.