СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ РАЗРЯДА В ИМПУЛЬСНОМ ЭЛЕКТРОИОНИЗАЦИОННОМ ЛАЗЕРЕ Советский патент 1995 года по МПК H01S3/977 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано в газовых лазерах с ионизацией рабочей лазерной смеси электронным пучком, работающих в импульсном и импульсно-периодическом режимах.

Известен способ возбуждения разряда в импульсном электроионизационном лазере с помощью электронного пучка, что позволяет работать в широком диапазоне давлений и составов лазерной смеси.

При возбуждении разряда по данному способу возрастают требования по защите конструкции газоразрядной камеры (ГРК) и фольгового выводного окна средства ионизации лазера -- ускорителя электронов и систем питания разряда от перенапряжений на электродах, которые приводят к пробоям, разрушающим электроды и диэлектрическую структуру ГРК, и повреждениям в системе электропитания. Одной из главных причин этих перенапряжений является пропуск импульса ионизирующего электронного пучка или резкое изменение его параметров, нарушающее импеданс лазерной установки.

В известном способе защита от перенапряжений основана на сигнале от фактически уже возникающего превышения ускоряющего напряжения. Этот способ ненадежен за счет нестабильности по напряжению срабатывания защитных разрядников, и кроме того, не экономичен.

Известен способ возбуждения разряда в импульсном электроионизационном лазере, по которому напряжение на электроды газоразрядной камеры подают лишь при прохождении пучка электронов через ГКР. В данном лазере расположенный напротив выходного окна ускорителя электрод через конденсатор подключен к разряднику, через который к электродам ГРК подается напряжение. Этот разрядник срабатывает после того, как прошедший через камеру пучок зарядит электрод до напряжения срабатывания разрядника. Подбором величины конденсатора можно регулировать время срабатывания то есть длительность работы ускорителя до подачи напряжения на электроды ГРК. При отсутствии пучка или отклонении его параметров подачи напряжения на электроды ГРК не происходит. Однако в данном способе управления подачей разрядного напряжения имеются существенные ограничения. Схема предполагает подачу на противоположный выходному окну ускорителя электрод анод ГРК напряжения положительной полярности и неприменима при подаче на электроды напряжения переменной полярности и в ГРК с рекуперацией электронного пучка. При отклонениях параметров пучка в импульсно-периодическом режиме работы обязательно сбивается синхронизация работы ускорителя и разряда. В мощных лазерах для стабильной и продолжительной работы потребуется целая конденсаторная батарея. Конструкция разрядника, стабильно работающего в импульсно-периодическом режиме с частотой в несколько сот герц, коммутирующего токи порядка десятков килоампеp, сама по себе является сложнейшей технической задачей. Отсутствие контроля за заданной энергией ускоренных электронов может привести к неравномерности энерговклада в объеме ГРК, что снижает устойчивость работы КПД лазера, качество излучения.

Целью изобретения является повышение надежности работы лазера.

Поставленная цель достигается тем, что в способе возбуждения разряда в импульсном электроионизационном лазере, включающем подачу ускоряющего напряжения на ускоритель электронов и подачу напряжения на электроды газоразрядной камеры, после подачи ускоряющего напряжения на ускоритель электронов измеряют ток пучка электронов на выходе ускорителя и ускоряющее напряжение, при этом напряжение на электроды газоразрядной камеры подают при наличии заданных значений тока пучка электронов и ускоряющего напряжения.

Разряд в лазере возбуждается следующим образом.

Между выводным окном ускорителя и катодом ГРК (катодная решетка прозрачная для электронов) в атмосфере устанавливается датчик тока "пояс Роговского", охватывающий по периметру выведенный пучок электронов. Влияние на датчик внешних полей устраняется местом установки и дополнительной экранировкой. Сигнал на выходе датчика, таким образом, появляется только при проходе внутри него выведенного электронного пучка. Этот сигнал компарируется по уровню, в результате чего на выходе компаратора появляется сигнал на запуск системы формирования импульсов (СФИ) ГРК. В свою очередь, компаратор тока пучка стробируется разрешающим сигналом с компаратора ускоряющего напряжения, получающего сигнал с датчика, измеряющего ускоряющее напряжение (емкостный или резистивный делитель).

Следовательно, запуск СФИ ГРК осуществляется при выполнении двух условий: заданных величин тока пучка и энергии электронов (ускоряющего напряжения).

Схема также отрабатывает и при пробоях в ускорителе электронов, когда отсутствует выведенный электронный пучок и резко падает ускоряющее напряжение. Длительность импульса тока пучка задается с некоторым (10-20%) превышением длительности импульса разрядного тока, что обеспечивает как срабатывание схемы, так и протекание разрядного импульса в условиях постоянного сопротивления разрядного промежутка. Легко просматривается регулировка запуска или закрытия коммутатора СФИ при отклонениях параметров пучка электронов от номинала.

Как вариант датчика тока пучка в формировании разрешающего сигнала можно применить установку вне зоны разряда, за пределами ГРК и резонатора фотоэлектронного умножителя (ФЗУ), с помощью которого по плотности тока выведенного пучка электронов выдавать сигнал на компаратор и далее в блок запуска СФИ ГРК.

В отличие от известного способа, изобретение применимо независимо от частоты следования импульсов и полярности на электродах ГРК, что существенно упрощает защиту от перенапряжений, обеспечивает стабильную работу лазера и повышает ее надежность.

Сущность изобретения: в импульсном электроионизационном лазере сначала подают ускоряющее напряжение на ускоритель электронов. Напряжение на электроды газоразрядной камеры подают при наличии заданных значений тока пучка электронов и ускоряющего напряжения.

СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ РАЗРЯДА В ИМПУЛЬСНОМ ЭЛЕКТРОИОНИЗАЦИОННОМ ЛАЗЕРЕ, включающий подачу ускоряющего напряжения на ускоритель электронов и подачу напряжения на электроды газоразрядной камеры, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы лазера, после подачи ускоряющего напряжения на ускоритель электронов измеряют ток пучка электронов на выходе ускорителя и ускоряющее напряжение, при этом напряжение на электроды газоразрядной камеры подают при наличии заданных значений тока пучка электронов и ускоряющего напряжения.