Лазер на парах металлов Советский патент 1993 года по МПК H01S3/09 

4

- ОС

а сг

Изобретение относится к облас ПЕ квантовой электроники и может быть использосаио н разработках лазеров на атомах и ионах химических эле- йентоп.

Целью изобретения является повыше- лие мощности излучения лазера, управление параметрами вьпсодного излуче (сия,

На чертеже представлен лазер на парах металлов, общий вид,

Лазер на парах металлов содержит кювету 1р заполненную буферным газом, секционированный соленоид 2, охватывающий снаружи кювету, секции которого установлены с возможностью перемещения вдоль оси кюветы и капшшяр 3 с внутренним диаметром S- внутри которого размещена навеска металла i, Стенки капилляра выполнены из жаропрочной керамики 5. На наружной по верхности капилляра размещен нагреватель б, выполненный в виде спирали из тугоплавкого материала,, изолированной от стенок кюветы слоем 7 теп лоизолятора,г Электронный источник возбуждения лазера на парах металла выполнен в виде расположенных на на ружной поверхности кюветы напротив отверстий 8 диаметром D -в торцовых ее стенках электродных пар катод анод. В каждой паре анод 9 выполнен в В1аде плоской сетки с шшимапьным размером ячейки, перекрывающей отверстие, .катод 10 выполнен в виде плоской герметичибй К15ьшки установ - ленной с зазором Д относительно анода па изолирующей диафрагме 11 Элек тродные пары катод анод установлены таКр что нормали к шюскостям анодов проходяпще через центры отверстий, пересекают ось кюветы перед ближайшим к отверстиям торцом кап -шляра. Велиf5

плитудой 10 кВ и длительностью по по лувысоте НС от reiiepaTopa импульсного напряжения, при этом в каж дом промежутке катод 0 - анод 9 воз никает электрический разряд, генерирующий поток убегающ гх электронов, со средней энергией- 8 кэВ, током 15- 20 А и длительностью импульса до

JQ 150-200 НС. Импульсы тока убегающих электронов, получаемые во всех проме жутках катод 10 - анод 9 хорошо синхронизированы между собой: разброс во времени в целом не превышает 10 НС.

Высокоэнергетичные убегающие элек троны покидают разряд через сетчатый анод 9, магнитным полем соленоида фо кусируются в шнур и вводятся в ла2д зерный капилляр 3. Проходя через

смесь паров металла и буферного газ в лазерном капкпляре 3, электроны возбуяодают пары металла и обеспечивают тем генерацию лазерного

25 излучения. Потерявшие на возбуждение газа энергию электроны затем стекают на аноды 9, расположенные на противоположном от места их появления кон це кюветы 1,

эд Таким образом, в п;ары металла за время порядка 200 не с электронами

35

40

вводится энергия с мгновенной мощнос тью накачки более 10 Вт и выполняют ся все условия для получения самоограниченной лазерной генерации. При частоте повторения импульсов 50 кГц средняя мощность накачки в реализованном лазере на парах металлов достигала 10 кВт, при этом благодаря по вышенному давлению буферного газа в несколько раз уменьшался выход паров металла из капилляра в холодные зоны кюветы и соответственно во столько же увеличивался ресурс работы лазера

чины S, D, S и & удовлетворяют следу-. Конструкция лазера удобна также тем, ющим соотношениям:

U ё S, S f- |д; & й1

2

1-Ш,

что облегчает электроизоляцию катодо 10 от анодов 9 вне области отверстий 8 и обеспечивает оперативную замену любой пары катод 10 - анод 9 без раз борки лазерной кюветы 1.

Лазер на парах металла работает следующим образом.

Спираль нагревателя 6 подключается к источнику питания5 и в результате повьшенип температуры в лазерном капилляре 3 последний наполняется па patm металла от навески 4„ Соленоид подключают к источнику постоянного тока При заземленных анодах на катоды 10 подают импульсы напряжения

f5

oyses

плитудой 10 кВ и длительностью по полувысоте НС от reiiepaTopa импульсного напряжения, при этом в каж- дом промежутке катод 0 - анод 9 возникает электрический разряд, генерирующий поток убегающ гх электронов, со средней энергией- 8 кэВ, током 15- 20 А и длительностью импульса до

JQ 150-200 НС. Импульсы тока убегающих электронов, получаемые во всех промежутках катод 10 - анод 9 хорошо синхронизированы между собой: разброс во времени в целом не превышает 10 НС.

Высокоэнергетичные убегающие электроны покидают разряд через сетчатый анод 9, магнитным полем соленоида фокусируются в шнур и вводятся в лад зерный капилляр 3. Проходя через

смесь паров металла и буферного газа в лазерном капкпляре 3, электроны возбуяодают пары металла и обеспечивают тем генерацию лазерного

5 излучения. Потерявшие на возбуждение газа энергию электроны затем стекают на аноды 9, расположенные на противоположном от места их появления конце кюветы 1,

эд Таким образом, в п;ары металла за время порядка 200 не с электронами

5

0

вводится энергия с мгновенной мощностью накачки более 10 Вт и выполняются все условия для получения самоог раниченной лазерной генерации. При частоте повторения импульсов 50 кГц средняя мощность накачки в реализованном лазере на парах металлов достигала 10 кВт, при этом благодаря повышенному давлению буферного газа в несколько раз уменьшался выход паров металла из капилляра в холодные зоны кюветы и соответственно во столько же увеличивался ресурс работы лазера.

Конструкция лазера удобна также тем,

что облегчает электроизоляцию катодов 10 от анодов 9 вне области отверстий 8 и обеспечивает оперативную замену любой пары катод 10 - анод 9 без разборки лазерной кюветы 1.

Расположение катодов и анодов в отверстиях кюветы обеспечивает эффективное охлаждение катодов и анодов, что является необходимым условием для работоспособности устройства при высоких (1 кВт и выше) уровнях мощности накачки. Использование нескольких пар катод - нод на каждом конце кюветы позволяет генерировать электронные

потоки с различной энергией электронов вниз, что повышает однородность накачки по длине лазерного канала и ведет к увеличению мощности лазерного излучения, а также получать пространственно-разнесенные шнуры электронных потоков в лазерном канале. Это позволяет при использовании составного резонатора и многокомпонентной смеси паров металлов получать многоцветную лазерную генерацию с пространственно- разнесенными цветными лучами.

Благодаря совмещению электронных шнуров в капилляре возможны изменение плотности мощности накачки и оптимизация по этому параметру работы лазера. Выполнение соленоида секционированным с возможностью перемещения секций вдоль оси кюветы позволяет изменять пространственно распределение магнитного поля и за счет этого влиять на параметры электронов накачки, тем самым достигается возможность управления параметрами выходного излу- чения лазера на парах металла.

Формула и-зобретения

1, Лазер на парах металлов, содер- жащий кювету, заполненную буферным газом, капилляр с рабочим веществом, установленный внутри кюветы соосно с ней, оптический резонатор, электронный источник возбуждения и соленоид, охватывающий снаружи кювету, отличающийся тем, что, с целью повышения мощности излучения лазера, в торцовых стенках кюветы выполнены отверстия диаметром D, электронный источник возбуждения выполнен в виде расположенных на наружной поверхности кюветы напротив отверстий пар кзтод - анод, в каждой паре анод выполнен в виде плоской сетки с минимальным размером S ячейки, перекрьгеающей отверстие, катод выполнен в виде плоской герметичной крышки, установленной с зазором Л относительно анода, пары катод - анод установлены так, чтЬ нормали к плоскостям анодов, проводящие через центры отверстий, пересекают ось кюветы перед ближайшим к отверстиям торцом капилляра, при этом величины D, S и и удовлетворяют следующим соотношениям:

DtES; ,

мм.

где S - внутренний диаметр капилляра.

2. Лазер поп.1, отличающийся тем, что, с целью управления параметрами выходного излучения, соленоид выполнен секцион1фованкым с возможностью перемещения секций вдоль оси кюветы.

HsoepeTeHHe относится к области квантовой электроники и может быть использовано в разработках лазеров на атомах и ионах химических элементов. Цель изобретения - повышение мощности излучения лазера и расширение его функциональных возможностей. Лазер содержит кювету с надетым на нее сек- шюнированным соленоидом. В лазерном канапе внутри кюветы расположены на вески рабочего вещества. Электронный источник возбуждена выполнен в виде блоков: катод - изолирующая диафрагма - анод. Блоки герметично устайов- лены в отверстиях в стенках лазерной , кюветы так, что нормали к центру каждого блока пересекают оптическую ось кюветы перед входом в лазерный канал. С помощью блоков катод - анод полу-, чают злектронные пучки, которые накачивают активную среду в лазерном канапе. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. i If С

1X1

5 S

rf