Активный элемент газового лазера Советский патент 1989 года по МПК H01S3/03 

Изобретение относятся к квантовой электронике и- может быть использовано при создании активных элементов ионных газовых лазеров на инертных газах с повьппенной стабильностью мощности излучения о

Известен активный элемент газового лазера, содержащий анод, разрядный капилляр и цилиндрический польй катод. Катод активного элемента представляет собой полый медный цилиндр, во входное отверстие которого вставлена молибденовая втулка для прохождения плазмы разряда

Недостатком известного активного элемента лазера является интенсивное разрушение катода из-за ионной бомбардировки, так как катод является холодным, а применяющиеся в ионных газовых лазерах токи разряда достигают достаточно больших величин (до

сотен ампер). Ионная бомбардировка ведет к разрушению катода и осаждению продуктов распыления на выходную лазерную оптику, а значит, к уменьшению выходной мощности в процессе эксплуасотации, т,ео уменьшает долговременную

ГС стабильность мощности излучения,Кроме того, на поверхности катода при

о: больпшх токах образуются катодные пятна, вызывающие пульсации тока разряда, а следовательно, и выходной мощности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является активный элемент газового лазера,содержащий разрядный капилляр, анод, прямонакальный катод, расположенный коаксиально оптической оси резонатора и вьтолненный в виде цилиндрической спирали, закрепленной на траверсах в катодной колбе. Ток накала это3nго катода протекает непосредственно через активное вещество катода. Недостатком известной конструкции активного элемента газового лазера является невысокая стабильность мощности излучения, что вызвано тем,что коаксиальное расположение прямонакального спирального катода относительно разрядного канала не позволяет снизить пульсации тока разряда„ Это обусловлено тем,что при питании катода перемеяным током от источника нака ла и подключении отрицательного полюса источника питания лазера к средней точке трансформатора накала не обеспечивается компенсация токов катода из-за неодинакового расстояния от различных участков катода до катодного торца разрядного капиллярЯоИзменение токов ближайшего я йаиболее удаленного от катодного торца капилляра участков катода происходит в противофазе, что приводит к пульсации разрядного тока с частотой напря жения накала катода и, следовательно, пульсации мощности излучения лазера,, Это снижает кратковременную стабильность мощности излзгчения„ Кроме того, при коаксиальном расположении катода в известном активном элементе газового лазера большая часть разрядного тока идет с ближнего к катодному торцу участка разрядного капилляра, что вызывает неравно мерность эмиссии с катода и более интенсивный разогрев переднего участка катода, а следовательно, большее его распыление о Продукты распыления загрязняют выводную оптику, уменьшая выходную мощность и, таким образом, снижают долговременную стабильность мощности излучения лазера Целью изобретения является повыше ние стабильности мощности излучения „ Указанная цель достигается тем, что в активном элементе газового лазера, содержащем разрядный капилляр, анод и прямонакальный катод, выполненный в виде цилиндрической спирали, закрепленной на траверсах в катодной колбе, ось катода смещена относительно оси разрядного капилляра и перпендикулярна ей, при этом места крепления катода к траверсам, ось катода и центр катодного торца разрядного капилляра распо ложены в одной плоскости, спираль к 14 тода установлена симметрично относительно центра катодного торца капилляра, а величина смещения оси катода превьш1ает сумму радиусов цилиндрической спирали катода и разрядного капиллярЗо Конструкция активного элемента газового лазера приведена на чертеже; а - ось катода совпадает с плоскостью чертежа; б - перпендикулярйа ей. Активный элемент включает в себя катод 1, закрепленный на траверсах 2 в местах крепления Зо Катод помещен в катодную колбу 4 Катодная колба 4 соединена с разрядным капилляром 5, имеющим канал 6. На другом конце капилляра припаян анод 7, Пучок 8 излучения, сформированный зеркалами 9, проходит разрядный канал через центр 10 катодного торца капилляра 5 о Ось катода 1 смещена относительно оси разрядного капилляра 5 на расстояние, превьпяающее сумму радиусов цилиндрической спирали катода и разрядного капилляра, что обеспечивает беспрепятственное прохождение пучка излучения 8 через катодную колбу 4 о Симметричное расположение катода 1 относительно центра катодного торца разрядного капилляра, а также расположение в одной плоскости мест крепления 3 катода 1 к траверсам 2, центра 10 катодного торца капилляра 5 иоси катода, которая перпендикулярна оси разрядного капилляра,обеспечивает одинаковые условия работы для всех участков (например L L) прямонакального спирального катода, так как расстояние от них до центра 10 катодного торца разрядного капилляра 5 одинаковое Устройство работает следующим образом. Активный элемент лазера наполняется рабочим газом и- в разрядном канале 6 разрядного капилляра 5 между катодом 1 и анодом 7 возбуждается разряд При зажигании разряда возникает пучок излучения 8 между зеркалами 9, проходящий через центр 10 катодного торца разрядного капилляра 5. При зтом катод расположен так,что любому элементу катода соответствует симметричный, расположенный на равном расстоянии от центра катодного торца капилляра. Ток разряда с катода 1 идет равномерно, так как все элe feнты вдоль продольной оси капилляра находятся на одинаковом расстоянии от центра катодного торца 10 разрядного капилляра, 1&1еется только небольшая неравномерность, обусловленная поперечными размерами катода, которую практически невозмож но устранить,

Подключение отрицательного полюса источника питания осупествляется к средней точке вторичной обмотки трансформатора накала. Такое подключение обеспечивает компенсацию пульсаций тока разряда, поскольку при питании катода переменным током накала одна часть его находится под отрицательным потенциалом.и по ней протекает ток i/2 + &i.Прибавка ii обусловлена увеличением напряженности электрического поля между анодом 7 и.траверсой,имеюшей отрицательный потенциал. По другой траверсе идет ток i/2 - Л1. Уменьшение тока на д1 вызвано тем, что на эту траверсу подается положительное напряжение, уменьшающее разность потенциалов анода и этой траверсы. В трансформаторе накала токи суммируются. Результирующий ток i 1/2 + ii + 1/2 - 1, то есть изменения тока разряда, вызванные переменным током накала, компенсируются и ие вызывают пульсации разрядного тока активного элемента газового лазера. Предложенное расположение катода в активном элементе поз воляет значительно повысить стабильность мощности излучения лазера (не менее чем в 5 раз). Конструкцияактивного элемента газового лааер9 позволяет получить высокую кратковременную и долговременную стабильность Еолходной мопности излучения. Кроме того, изобретение позволяет улучшить условия работы катода за счет, обеспечения равноме1 ности работы отдельных его участков, что повышает срок службы катода и активного элeмeяta в целом.

Предложенная конструкция активного элемента газово1 о лазера найдет широкое применение в стабильных :по мощности излучения ионнь1х газовых лазерах на инертных газах, в которых используется прямонакальный cnHpajtbный катод.

-J « TTI

Ш.4у -ES

«о

АКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА, содержащий разрядный капилляр, анод и прямонакальный катод,выполненный в виде цилиндрической спирали, закрепленной на траверсах в катодной колбе, отличающийс я тем, что, с целью повышения стабильности мощности излучения, ось катода смещена относительно оси разрядного капилляра и перпендикулярна ей, при этом места крепления катода к траверсам, ось катода и центр катодного торца разрядного капилляра расположен в одной плоскости,спираль катода установлена симметрично относительно центра катодного торца капилляра, а величина смещения оси катода превьш1ает сумму радиусов цилиндрической спирали катода и разрядного капилляра