Активный элемент ионного газового лазера Советский патент 1992 года по МПК H01S3/36 

Изобретение относится к квантовой электронике и ъ(ожет быть использовано при коиструктировании металлокера мических активных Элементов иониьгк газовых лазеров. Целью изобретения .является повы шенне долговечности активного элемента ионного газового лазера. На фиг, 1 изображен активный элемент лазера, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 В устройстве оптические окна 1, расположенные к оси под углом Брюсте ра, закреплены на оконных патрубках 2, па крышках 3 активного элемента закреплены катод 4 на катодных выводах 5 и анод 6. Основу активного элемента составляет кераьшческая трубка 7, поверх которой надета рубашка охлаждения 8. В керамической трубке закреплены опорные-диски 9 большого диаметра толщиной Р с центральным и периферийными отверстиями, образующи обводной канал, и ограни чятельные диски 10 малого диаметра, имеющие центральные отверстия, ограничивающие разрядньш канал. Ограничительные диска имеют непосредствен пьш контакт длиной I с радиальнь мн металлическими ребрами 11, установленными между отверстиями обводных каналов на опорных дисках. На чертеже даны следующие обозна чения: S - расстояние между ребрами у ближайших ;(, оси концов ребер j d диаметр отверстия разрядного ка нала; D - диаметр ограничительного диска; t - ширина радиальных металлических ребер. . . При изготовлении активного элеме та опорные диски 9 штампуются из ме ди по размеру внутреннего диаметра керамической трубки. Радиальные реб ра 11 изготовлены из меди и приваре к опорным дискам. Опорные диски с, р рами могут быть изготовлены литьем из меди по форме. К ребрам 11 метод твёрдой пайки привариваются ограничительный диски 10 малого диаметра, . г, изготовленные из вольфрама. Соьранн таким образом шайбы закрепляются по следовательно на равном расстоянии в керамической трубке 7, а затем од нoвpe seииo припариваются к ней feтo дом твердой пайки. Отдельно собираются катод 4 на катодных выводах 5, анод 6, оконные патрубки 2 с оптическими окнами 1, а также рубашка охлаждения 8 и привариваются после-довательно к керамической трубке 7. СобранньпТ активный элемент лазера обрабатывается с целью удаления остаточных газов и наполняется рабочим газом, например аргоном, до давления 0,6-0,9 мм рт.ст. Диаметр отверстия d разрядного канала, вьшолненного в ограничительных дисках 10, выбирается в пределах 2-3 мм. Активный элемент ионно.го газового лазера работает .следующим образом. После подачи электрического напряжения между катодом и анодом и инициирования разряда в разрядном промежутке катод-анод возникает сильноточный дуговой разряд, ограниченный центральны№г отверстиями в ограничительных дисках 10. Тепло, выделяемое разрядом через радиальные металлические ребра 11, отводится к медным опорным дискам 9 и далее через стеяки керамической трубки 7 охлаждающей жидкостью, например дистиллированной водой, протекающей между керамической трубкой 7 и рубашкой охлалщенйя 8, уносится из активного элемента. Ионизация и возбуждение атомов и ионов в разрядном канале создает условия инверсной населенности и при наличии оптического резонатора по оси активного элемента имеет место генерация лазерного излучения, Благодаря наличию радиальных металлических ребер 11 между дисками 9 и 10 прокачка газа от анодного конца к катодному отсутствует. Ионы, уходящие из разряда в сторону стенки керамической трубки 6, нейтрализуются на внутренней поверхности опорных дисков 9, поэтому в области отверстий обводного канала нет препятствия свободной диффузии атомов. Отсутствие перекачки газа в активном элементе лазера обуславливает одинаковые условия по давлению газа всего разрядного канала. В результате при оптимальном давлении газа, имеющем место вдоль всего разрядного канала, разрядный ток для достижения заданной мощности меньше, а долговечность активного элемента выше. Для оптимального режима.работы активного элемента ионного газового лазера между размерами составляющих его элементов должны быть выполнены определенные соотношения Введение радна иых металлических ребер 11 не должно нарушать теплоотвод от ограничительных дисков 10, что выполняется в том случае, если ллощадь контакта ограничительного диска js радиальных металлических ребер не меньше, чем площадь сечения олорного диска 9 пр непосредственном контакте на уровне диаметра ограничительного диска, . Это справедливо при выполнении соотношения с ft jIlDP Полагая /2 Р t S Т.е. расстояние S между концами реб равно их ширинеt , а длина реберf имеющих непосредственный контакт с ограничительными дисками, вдвое бол ше ширины ребер, получим . (3) т.е. ширина ребер должна быть не меньше толщины опорных дисков. Расстояние S между ребрами у близлежащих к оси трубки копцов определя-. ется из ycijoBHH, связанного с количеством ребер h , которое может уместиться на окружности, являющейся геометрический местом концов ребер 11. Учитывая; что коьцы ребер не могут быть расположены к оси ближе, чем радиус отверстия разрядного канала5 или дальше, чем радиус ограничительного диска 10, а также принимая во внимание условие (3), получин условие для S в виде d S Г Высота К ребер, определяющая расстояние между дисками разного дна- метра, должна быть равна диаметруd разрядного канала, поскольку при йоль шей высоте возможно зажигание разряда вне отверстий разрядного канала в ограничительном диске, а при меньшей высотвЬ не достигается достаточная степень выравнивания давления газа в активном элементе.