ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР С ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ ГАЗА Советский патент 1995 года по МПК H01S3/22 

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

Известен мощный газовый лазер с замкнутой системой циркуляции газа, содержащий размещенные в герметичном корпусе диаметральный вентилятор, служащий для перемещения рабочего газа по замкнутому контуру, систему электродов для возбуждения рабочего газа электрическим разрядом, оптический резонатор для вывода излучения и теплообменник, обеспечивающий охлаждение нагретого в зоне разряда рабочего газа.

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 указанного лазера является наличие в его корпусе громоздкого теплообменника, увеличивающего габариты лазера и создающего значительное гидравлическое сопротивление для протекающего через него рабочего газа, что требует повышенных расходно-напорных характеристик вентилятора. Другим недостатком является сложность изготовления диаметрального вентилятора с ротором, имеющим большую относительно диаметра длину. Кроме того, при необходимости увеличения мощности излучения в два и более раз обычно производится механическое сочленение нескольких лазеров, объединяемых общим резонатором, что приводит к увеличению габаритов установки и нарушению ее компактности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является известный газовый лазер с замкнутой системой циркуляции газа, содержащий размещенные в герметичном корпусе дисковые вентиляторы-теплообменники, обеспечивающие перемещение рабочего газа по замкнутому контуру и одновременное его охлаждение, электроды системы возбуждения газа, образующие соответствующее числу блоков количество зон возбуждения, и оптический резонатор, последовательно охватывающий все зоны возбуждения и служащий для вывода излучения.

Объединение в лазере вентиляторов и теплообменников в узлы, представляющие собой вращающиеся охлаждаемые хладагентом многодисковые блоки и выполняющие функции как вентиляторов, так и теплообменников, позволяет существенно упростить конструкцию и технологию изготовления лазера, значительно уменьшить его габариты и обеспечить компактность машины большой мощности.

Мощность лазера растет с увеличением числа зон возбуждения рабочего газа. Недостатком описанной конструкции лазера является то, что увеличение числа зон возбуждения сопровождается добавлением соответствующего количества блоков вентиляторов-теплообменников, т.е. повышение мощности лазера влечет за собой усложнение конструкции.

Цель изобретения увеличение мощности излучения лазера.

Это достигается тем, что в газовом лазере с замкнутой системой циркуляции газа, содержащем размещенные в герметичном трубообразном кольцевом корпусе вентиляторы-теплообменники, выполнение в виде дисков, установленных с промежутками между ними на охлаждаемых валах, оси которых параллельны оси корпуса, и установленные на одной окружности, и электродные системы, размещенные между вентиляторами-теплообменниками, в корпусе лазера по окружности, соединяющей оси вентиляторов-теплообменников, установлены дугообразные перегородки, разделяющие корпус на два кольцевых канала, при этом перегородки снабжены гребенками зубьев, которые введены с зазором в промежутки между дисками вентиляторов-теплообменников, а электродные системы размещены в обоих кольцевых каналах корпуса.

В такой конструкции лазера в образованных кольцевых каналах реализуются независимые встречные течения рабочего газа, что позволяет удвоить число зон возбуждения газа за счет размещения электродов системы возбуждения между блоками вентиляторов-теплообменников в обоих каналах и, следовательно, по крайней мере вдвое увеличить мощность излучения лазера без изменения габаритов и усложнения конструкции.

На фиг.1 изображен предложенный лазер, продольный разрез; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

Лазер с замкнутой системой циркуляции газа содержит размещенные в герметичном корпусе 1 охлаждаемые проточным хладагентом многодисковые вентиляторы-теплообменники 2, приводимые во вращение в направлении, указанном стрелками на фиг.2, электродвигателем 3, установленным в полости трубы 4, через клиноременную передачу 5. Объем корпуса 1 разделен на два кольцевых канала 6 и 7 дугообразными перегородками 8, выполненными из электроизоляционного материала и размещенными на окружности, проходящей через центры вентиляторов 2. Перегородки 8 имеют гребни зубьев 9, введенные с зазорами в промежутки между дисками смежных вентиляторов. В обоих кольцевых каналах 6 и 7 в промежутках установлены электроды системы возбуждения аноды 10 в изоляторах 11 и 12 и катоды 13 вблизи перегородок 8. На торцевых стенках корпуса размещены зеркала 14 и 15 оптического резонатора, последовательно охватывающего все зоны возбуждения рабочего газа между электродами, и окно 16 для вывода излучения.

Лазер работает следующим образом.

Многодисковые вентиляторы-теплообменники 2 приводятся по вращательное движение в одном направлении электродвигателем 3 посредством клиноременной передачи 5. Наполняющий полость корпуса 1 рабочий газ за счет сил трения в пограничных слоях на поверхностях дисков вентиляторов 2 приобретает направленное движение по замкнутым контурам в кольцевых каналах 6 и 7 во встречных направлениях. В разрядах, устанавливающихся между анодом 10 и катодом 13 после подачи на них напряжения от внешнего источника питания, происходит возбуждение протекающего между электродами рабочего газа. Энергия излучения снимается охватывающим все зоны возбуждения оптическим резонатором с зеркалами 14, 15 и выводится через окно 16. Избыточное тепло, полученное газом в зоне разряда, отводится через диски очередного блока вентилятора-теплообменника к его валу, охлаждаемому хладагентом. Гребни зубьев 9 в перегородках 8, введенные с малыми зазорами в промежутки между дисками вентиляторов 2, уменьшают перетекание газа между каналами 6 и 7, повышая расходно-напорные характеристики вентиляторов, и улучшают условия теплообмена за счет разрушения пограничных слоев газа на поверхностях дисков.

Разделение внутреннего объема корпуса лазера на два кольцевых канала с независимыми встречными течениями рабочего газа позволяет по сравнению с прототипом удвоить количество зон возбуждения газа путем размещения электродов системы возбуждения в промежутках между блоками в обоих кольцевых каналах и поэтому увеличить мощность излучения без изменения габаритов лазера.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в проточных газовых лазерах. Цель избретения увеличение мощности излучения лазера. Газовый лазер с замкнутой системой циркуляции газа содержит трубообразный кольцевой корпус с дисковыми вентиляторами-теплообменниками. Корпус разделен на два кольцевых канала дугообразными перегородками, размещенными на окружности, проходящей через центры вентиляторов. Перегородки снабжены гребенками зубьев, введенными с зазорами в промежутки между дисками смежных вентиляторов. В обоих кольцевых каналах установлены электроды системы возбуждения. 2 ил.

ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР С ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ ГАЗА, содержащий размещенные в герметичном трубообразном кольцевом корпусе вентиляторы-теплообменники, выполненные в виде дисков, установленных с промежутками между ними на охлаждаемых валах, оси которых параллельны оси корпуса, и установленные на одной окружности, и электродные системы, размещенные в корпусе между вентиляторами-теплообменниками, отличающийся тем, что, с целью увеличения мощности лазера, в корпусе по окружности, соединяющей оси вентиляторов-теплообменников, установлены дугообразные перегородки, разделяющие корпус на два кольцевых канала, при этом перегородки снабжены гребенками зубьев, которые введены с зазором в промежутки между дисками вентиляторов-теплообменников, а электродные системы размещены в обоих кольцевых каналах корпуса.