Проточный газовый лазер Советский патент 1992 года по МПК H01S3/22 

сл

с

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в проточных газовых лазерах. Сущность изобретения: в герметичном корпусе лазера расположены средство для прокачки газа и теплообменник. Средство для прокачки газа и теплообменник совмещены и выполнены в виде вращающегося полого вала. На наружной поверхности вала установлены ребра, образованные тонкостенными дисками. В полости вала расположена трубка для подачи хладагента. 8 ил.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в проточных газовых лазерах.

Известен мощный проточный, газовый лазер непрерывного действия, содержащий размещенные в герметичном корпусе осевой вентилятор для перемещения рабочего газа по замкнутому контуру, подключенную к внешнему источнику питания систему электродов для поддержания возбуждающего электрического разряда в газе, оптический резонатор для вывода излучения и теплообменник, обеспечивающий охлаждение нагретого в зоне разряда рабочего газа.

Использование вентиляторов, создали щих на выходе газовый поток, сечение которого значительно отличается от формы разрядного промежутка, приводит к необходимости преобразования формы сечения потока газа, что связано с усложнением конструкции корпуса лазера и увеличением его габаритов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является проточный газовый лазер с замкнутой системой циркуляции газа, содержащей размещенные в герметичном корпусе диаметральный вентилятор, служащий для Перемещения рабочего газа по замкнутому контуру, систему электродов для возбуждения газа электрическим разрядом, оптический резонатор и теплообменник.

Диаметральный (поперечно-поточный или тангенциальный) вентилятор, ротор которого имеет относительно небольшой диаметр и большую осевую длину, формирует поток газа с сечением в виде вытянутого прямоугольника, соответствующего форме разрядного промежутка.

Недостатком известного лазера является наличие в его корпусе громоздкого теплообменника, увеличивающего габариты лазера и создающего значительное гидравлическое сопротивление для протекающего

00

со Ј

через него рабочего газа, что требует повышенных расходно-мапорных характеристик вентилятора. Кроме того, изготовление диаметрального вентилятора с ротором, имеющим большую относительно диаметра длину, сопряжено с большими технологическими трудностями и усложняет конструкцию-лазера.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение КПД лазера.

Цель достигается тем, что в проточном газовом лазере, содержащем герметичный корпус с расположенными в нем средством для прокачки газа и теплообменником и систему подачи хладагента в теплообменник, средство для прокачки газа и теплообменник совмещены и изготовлены в виде полого вала, выполненного с возможностью его вращения, вокруг своей оси и расположенного в корпусе эксцентрично, на внешней поверхности вала перпендикулярно его оси установлены ребра, выполненные в виде дисков, центры которых совпадают с осью вала, а во внутреннюю полость вала введена трубка, подсоединенная к системе подачи хладагента.

На фиг.1 изображен лазер, продольный разрез; на фиг.2 - место соединения дисков с валом ротора; на фиг.З - разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - лазер с удвоенной мощностью излучения, поперечный разрез; на фиг.5-разрез Б-Б на фиг.4; на фиг.6-лазер. с учетверенной мощностью излучения, поперечный разрез; на фиг.7 - схема резонатора для работы лазера, изображенного на фиг.6, в режиме регенерации; на фиг.8 - схема резонатора для работы в режиме генерации и усилений.

Проточный газовый лазер (фиг. 1-3) содержит размещенный в герметичном корпусе 1 блок, выполненный из материала с высокой теплопроводностью и представляющий собой длинный полый вал 2 с ребрами 3 на наружной поверхности в виде равноотстающих один от другого тонкостенных дисков, дистанционированных проставочнымм кольцами 4. Между дисками, кольцами и валом обеспечен плотный ме ханический и тепловой контакт. В полости вала концентрично установлена трубка 5, укрепленная в перфорированных перегородках 6. Блок приводится во вращение в направлении, указанном стрелкрй на фиг.З, электродвигателем 7 через соединительную муфту 8. Всасывающая и нагнетающая области образованы цилиндрической стенкой корпуса и разграничены разделительной перегородкой 9 в виде трубы из изоляционного материала, установленной вблизи окружности дисков со смещением от оси

и

0

5

симметрии корпуса в сторону набегающего потока и закрепленной в торцовых стенках 10 и 11 корпуса лазера. В свободном пространстве над блоком параллельно его оси размещены, по крайней мере, два электрода системы электрического возбуждения рабочего газа - цилиндрический катод 12, установленный в потоке газа вблизи перегородки 9, и плоский анод 13, укрепленный с изолятором 14 на цилиндрической стенке корпуса. На торцовых стенках 10 и 11 смонтированы зеркала 15 и 16 оптического резонатора, охватывающего межэлектродную область.

Лазер работает следующим образом. Рабочий таз, наполняющий полость корпуса 1 лазера, приводится в движение по замкнутому контуру за счет сил трения в 20 пограничных слоях, образующихся на поверхностях дисков блока, приводимого во вращательное движение электродвигателем 7 через соединительную муфту 8. В разряде, устанавливающемся между катодом

25 12.и анодом 13 после подачи на них напряжения от внешнего источника питания, происходит возбуждение протекающего между электродами рабочего газа. В оптическом резонаторе с зеркалами 15 и 16 происходит

30 накопление и вывод энергии вынужденного электромагнитного излучения. Нагретый в области разряда газ всасывается вращающимся блоком, в котором происходит теплообмен между газом и дисками. За счет

35 большой теплопроводности дисков тепло передается валу 2 и отводится хладагентом, омывающим внутреннюю поверхность вала и поступающим через трубку 5.

Мощный газовый лазер с замкнутой си40 стемой циркуляции газа (фиг.4-8) содержит размещенные в герметичном корпусе 17 блоки 18, объединяющие дисковые вентиляторы трения и теплообменники и приводимые во вращательное движение в

45 направлении, указанном стрелкой на фиг.4 и 6, электродвигателями 19, размещенными в полостях труб 20. Всасывающие и нагнетающие области образованы цилиндрическими стенками корпуса и разграничены.

50 перегородками 2-1. выполненными из изоляционного материала и образующими со стенками корпуса расширяющиеся каналы течения, в каждом из которых вблизи перегородок установлены цилиндрические като55 ды 22. Плоские аноды 23 с изоляторами 24 укреплены в крышках 25. Резонатор, содержащий зеркала 26 и 27, снабжен поворотными зеркалами 28. Окно 29 предназначено для вывода излучения из области 30 возбуждения.

Отличительной особенностью работы вариантов лазера является то, что рабочий газ возбуждается в нескольких последовательно расположенных в едином корпусе 17 разрядных областях, образованных электродами 22 и 23, охлаждаясь и получая энергию движения в блоках 18, расположенных в промежутках между зонами возбуждения. Энергия излучения снимается резонатором с зеркалами 26 и 27, причем с помощью поворотных зеркал 28 лазерный пучок последовательно проходит каждую соседнюю область разряда так. что направление его в каждой разрядной области меняется на противоположное. При прохождении лазерным пучком одинаково неоднородно возбужденных областей газа в прямом и противоположном направлениях происходит компенсация неоднородностей поля возбуждения в поперечном сечении пучка. Лазер может работать как в режиме генерации, например со схемой резонатора, приведенной на фиг.7, так и в режиме генерации и усиления (фиг.8), когда энергия излучения генерируется между зеркалами 26 и 27, охватывающими, по крайней мере, одну область возбужденного газа, а в остальных энергия снимается последовательно за один проход пучка.

§

5 , г 1 п

Т Фиг.1

Объединение в мощном газовом лазере с замкнутой системой циркуляции газа вентилятора и теплообменника в один узел, представляющий собой вращающийся многодисковый блок и выполняющий функции как вентилятора, так и теплообменника, позволяет существенно упростить конструкцию и технологию изготовления лазера, значительно уменьшить габариты и повыситьегоКПД.

Формула изобретения Проточный газовый лазер, содержащий герметичный корпус с расположенными в нем средством для прокачки газа и теплообменником и систему подачи,-хладагента в теплообменник, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения КПД лазера, средство для прокачки газа и теплообменник совмещены и

изготовлены в виде полого вала, выполненного с возможностью его вращения вокруг своей оси и расположенного в корпусе эксцентрично, при этом на внешней поверхности вала перпендикулярно к его оси

установлены ребра, выполненные в виде дисков, центры которых совпадают с осью вала, а во внутреннюю полость вала введены трубка, подсоединенная к системе подачи хладагента.

12

Я

tfVVX УХХГЧ 1У XЛЛ

/ / I I 22

25 23

«Г

Фиг

17

18

Фиг

Суд

26

It

Фиг.7

30

28