АКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА Советский патент 1995 года по МПК H01S3/03 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при изготовлении импульсных газовых лазеров с керамической разрядной трубкой (капилляром), герметично соединенной с аксиально расположенными полыми электродами.

Известна конструкция активного элемента газового лазера с электродным узлом, в котором металлический электрод, имеющий цилиндрическую проточку, тонкими стенками проточки припаян к разрядному капилляру.

Недостаток известной конструкции заключается в невысокой долговечности прибора, что обусловлено следующими обстоятельствами. В месте спая электрода с разрядным капилляром тонкостенная часть анода непосредственно за торцом разрядного капилляра переходит в толстостенную часть. Это необходимо для отвода выделяющегося на электроде (аноде) тепла, а также для защиты места спая от воздействия разряда.

Однако в месте перехода тонкостенной части анода в толстостенную возникают разрывные усилия, так как толстостенная часть не растягивается при расширении разрядного капилляра. В результате появляются микротрещины, приводящие к нарушению герметичности оболочки активного элемента газового лазера.

Известен активный элемент газового лазера, который по своей технической сущности наиболее близок к изобретению и может быть принят за прототип. В известной конструкции медный электрод закреплен на капилляре через втулку, охватывающую концевой участок электрода с кольцевым зазором. С противоположного конца электрод через полый цилиндрический элемент (диэлектрический или металлический) герметично соединен с оптическим окном активного элемента лазера.

Основной недостаток известной конструкции заключается в малой долговечности, так как в случае "водородной болезни" медного анода развивается сквозная микротрещина в толще анода, что приводит к выходу активного элемента из строя.

"Водородная болезнь" меди заключается в том, что присутствующий в толще меди кислород реагирует с проникающим в медь из разрядного объема водородом. При этом образуется водяной пар, который занимает больший объем, чем кислород и водород, не связанные между собой. В результате давления водяного пара в толще медного анода образуется микротрещина, которая, развиваясь, может пронизать всю толщину анода. В результате образуется микротечь, и активный элемент выходит из строя.

Кроме того, наличие в электродном узле дополнительного спая в вакуумной оболочке между втулкой и анодом со стороны оптического узла уменьшает надежность конструкции активного элемента лазера.

Целью изобретения является увеличение надежности конструкции активного элемента газового лазера.

На чертеже представлена схема активного элемента.

Активный элемент включает в себя разрядную керамическую трубку 1, на концах которой припаяны металлические втулки 2. В месте спая втулки 2 могут иметь тонкостенные проточки. Внутри втулок 2 коаксиально с ними установлены металлические полые цилиндры 3, которые своими торцами соприкасаются с торцами трубки 1.

Цилиндры 3 имеют проточку, обеспечивающую кольцевой зазор 4 между втулками 2 и цилиндрами 3. Втулки 2 и цилиндры 3 скреплены между собой резьбовым соединением или пайкой и имеют надежный тепловой контакт. Разрядная трубка 1 активного элемента лазера окружена рубашкой охлаждения 5. Торцы рубашки охлаждения уплотнены резиновыми прокладками 6 и гайками 7, которыми прокладки 6 прижимаются к рубашке охлаждения 5 и к втулке 2. Втулка 2 и цилиндр 3 составляют электродный узел. На втулках 2 крепятся токосъемные устройства 8. Втулки 2 герметично соединены с оптическими узлами 9.

Вместо рубашки жидкостного охлаждения может быть использовано воздушное охлаждение. Втулки 2 могут быть выполнены из меди или из железоникелевого сплава, а цилиндры 3 в случае использования импульсного разряда могут выполняться из молибдена или другого устойчивого к распылению материала. При использовании электродного узла в ионном газовом лазере втулка 2 и цилиндр 3 выполняются из меди.

Устройство работает следующим образом.

На втулки 2 через токосъемные устройства 8 подается высокое напряжение импульсного разряда. Между цилиндрами 3 зажигается разряд в керамической трубке 1. В процессе работы лазера керамическая трубка 1 нагревается и растягивает тонкие стенки проточки втулки 2. В случае отсутствия кольцевого зазора 4 в месте перехода тонкостенной проточки к толстостенной части втулок 2 появляются разрывные усилия, которые могут привести, особенно при многократном повторении, к возникновению микротрещин. Кольцевой зазор 4 предотвращает появление разрывных усилий.

В случае выполнения электродного узла из меди микротрещины, создаваемые "водородной болезнью", не будут сквозными, так как они не смогут перейти из цилиндра 3 во втулку 2 через спай или резьбовое соединение между ними.

Конструкция позволяет использовать и другие материалы для электродных узлов, кроме меди, например, втулка 2 может быть изготовлена из железоникелевого сплава, спаивающегося с керамикой. Токоприемный цилиндр 3 может быть выполнен практически из любого материала, например, тугоплавкого, стойкого к распылению и закреплен во втулке 2 на резьбе, если невозможно использовать пайку. В этом также заключается преимущества конструкции по сравнению с прототипом, где для соединения деталей необходимо использовать только пайку, что значительно ограничивает выбор применяемых материалов.

Таким образом, предложенное устройство позволяет не только предотвратить выход активных элементов из строя вследствие "водородной болезни", но и уменьшить количество спаев, повысить надежность приборов, а также позволяет использовать в качестве электродов нераспыляющиеся и тугоплавкие металлы, что значительно расширяет область применения изобретения для газовых лазеров непрерывного и импульсного действия на различных средах.

Использование: газовые импульсные лазеры с керамической разрядной трубкой. Сущность изобретения: активный элемент содержит керамический разрядный капилляр 1, металлическую втулку 2, один конец которой закреплен на внешней поверхности капилляра с кольцевым зазором относительно торцового участка электрода 3. Электрод 3 расположен внутри втулки и скреплен с ней. Второй конец втулки герметично соединен с оптическим узлом 9. 1 ил.

АКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА, содержащий керамический разрядный капилляр, оптические узлы, аксиально расположенный относительно капилляра полый металлический электрод и соединенную с ним металлическую втулку, один конец которой закреплен на внешней поверхности капилляра с кольцевым зазором относительно торцового участка электрода, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, полый электрод расположен внутри втулки, а второй конец втулки герметично соединен с ближайшим оптическим узлом.