Электроионизационный газовый лазер замкнутого цикла Советский патент 1993 года по МПК H01S3/977 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при разработке и эксплуатации электроионизационных газовых лазеров импульсно-периодического действия с замкнутым циклом прокачки газовой рабочей среды.

Целью настоящего технического решения является устранение названных выше недостатков, а именно: увеличение выходной мощности излучения за счет повышения стабильности, а также повышение надежности при одновременном сокращении расхода рабочего газа и трудоемкости технического обслуживания.

На чертеже схематично изображен электроионизационный газовый лазер замкнутого цикла.

Электроионизационный газовый лазер замкнутого цикла содержит разрядную камеру 1, газодинамический контур 2, электронную пушку 3, установленную на опору 4 и подвижный экран 5.:

Разрядная камера 1 представляет собой герметичную емкость, содержащую разрядную область, образованную двумя электродами - анодом б и катодом 7, причем последний выполнен в виде геометрически прозрачного электропроводного экрана.,

В стенке 8 разрядной камеры 1, вдоль которой на незначительном расстоянии расположен катод 7., выполнено окно, предназначенное для ввода электронного пучка в разрядную область. Названное окно герметично закрыто фольгой 9 (в дальнейшем вторичная фольга), выполненной из материала, прозрачного для высокоэнергетично- го электронного пучка, но представляющего физический барьер, отделяющий рабочую смесь от окружающей среды. В качестве вторичной фольги 9 могут быть использованы тонкие листы из титана или алюминия, а также полимерные пленки, устойчивые к действию электронной бомбардировки и рентгеновского излучения и обладающие достаточной прочностью и износостойкостью для сохранения своих свойств под действием многократных акустических ударных нагрузок. С целью придания жесткости, вторичная фольга 9 может быть зафиксирована между двумя опорными решетками 10 и 11, выполненными с большой геометрической прозрачностью, обеспечивающей минимальное ослабление электронного пучка.

Газодинамический контур 2, представляющий собой полную емкость, соединен с разрядной камерой 1 так, что образуется замкнутый герметичный газовый тракт, по которому рабочая смесь может циркулировать, прокачиваясь через разрядную область (на фиг. .1 изображены лишь присоединительные патрубки газодинамического контура, остальная его часть опущена).

С внешней стороны разрядной камеры

1 соосно с окном в ее стенке 8 на незначительном расстоянии расположено окно в стенке 12 электронной пушки 3. Названное окно предназначено для вывода электронного пучка и герметично закрыто тонкой прозрачной для электронов фольгой 13. .Фольга 13 является физическим барьером, определяющим рабочую вакуумную полость пушки 3 от окружающей среды и может быть

выполнена из материалов, аналогичных материалам, применяемым для изготовления вторичной фольги 9.

Электронная пушка 3 отделена от элементов разрядной камеры 1 и установлена

на опору 4, представляющую собой прочный металлический каркас, механически изолированный от элементов разрядной камеры 1. При этом зазор между электронным окном пушки 3 и окном в стенке 8 разрядной

камеры 1 имеет размеры, позволяющие на время тренировки ввести в него непрозрачный для электронов экран 5. Названный экран 5 выполнен в виде металлического листа, размеры которого незначительно

превышают размеры окна разрядной камеры 1. Он вводится с целью предотвращения проникновения электронного пучка в разрядную область во время тренировки электронной пушки 3 и удаляется на зазора после

ее окончания.

- Генерация излучения в предлагаемом лазере осуществляется в полости разрядной камеры 1Газовая рабочая смесь, заполняющая

газодинамический контур 2, прокачивается через разрядную область, между анодом 6 и катодом 7 которой поддерживается постоянная высокая разность потенциалов. При подаче импульсов электронно-лучевого воздействия, с периодичностью их повторения,

в электрическом поле разрядной области

возникает несамостоятельный объемный

газовый разряд, во время горения которого

осуществляется генерация излучения. Электронный пучок, формируемый электронной пушкой 3, проникает в разрядную область сквозь геометрически прозра чный катод 7, преодолевая барьерные устройства в виде вторичной фольги 9 и ее опорных решеток

Ю и 11.

. При горении разряда в полости разрядной камеры Т возникают мощные акустические ударные волны и пульсации давления в газовом потоке, возбуждающие высокоамплитудные вибрации различных конструктивных элементов лазера. Распростране- . ние вибраций на электронную пушку в известных лазерах вызывает возникновение многочисленных пробоев и искрений в ее вакуумной полости, что является причиной 5 снижения средней выходной мощности излучения за счет нарушения стабильности генерации. В предлагаемом лазере электронная пушка 3 изолирована от вибрирующих конструкций за счет размещения ее на 10 опоре А. Данное техническое решение позволяет стабилизировать выходные характеристики лазера и, одновременно, повысить его надёжность, так как элементы, обеспечивающие работоспособность его 15 электронной пушки 3 менее подвержены усталостным разрушениям.

С целью создания физического барьера, отделяющего рабочую смесь, окно в стенке 8 разрядной камеры 1 герметично закрыто 20 вторичной фольгой 9, зафиксированной для жесткости между двумя опорными решетками 10 и 11. Вторичная фольга 9 не препятствует прохождению электронного пучка, но в то же время предотвращает проникновение 25 воздуха в разрядную область и, дополнительно, защищает фольгу 13 электронной пушки 3 от воздействия акустических ударных волн, а также от внешних повреждений твердыми частицами из газового потока и 30 брызг расплавленного материала катода 7, образующихся при дуговых пробоях разрядной области. Проникновение воздуха в полость лазера через возможные незначитренировок пушки 3. Если для замены отработанной газовой смеси применяется ваку- умировэние газодинамического тракта, то экран 5 можно также использовать для герметизации окна разрядной камеры 1 с целью предотвращения проникновения воздуха в полость лазера в случае незначительных повреждений фольги 9.

Кроме того, предлагаемое техническое решение позволяет значительно сократить продолжительность технологического цикла подготовки лазера к работе за счет проведения операций по замене отработанной газовой смеси независимо от тренировок электронной пушки или от операций, связанных с ее заменой.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить выходную мощность излучения за счет повышения стабильности, а также повысить надежность лазера при одновременном сокращении расхода рабочего газа и трудоемкости технического обслуживания.

Формула изобретения 1. Электроионизационный газовый лазер замкнутого цикла, содержащий электронную пушку, имеющую окно для вывода пучка электронов, герметично закрытое фольгой, прозрачной для электронов, и разрядную камеру, в одной из стенок которой выполнено окно для ввода электронного пучка с герметично установленной по периметру окна вспомогательной фольгой, с одтельные повреждения фольги 9 предотвра- 35 ной стороны которой размещена опорная

тренировок пушки 3. Если для замены отработанной газовой смеси применяется ваку- умировэние газодинамического тракта, то экран 5 можно также использовать для герметизации окна разрядной камеры 1 с целью предотвращения проникновения воздуха в полость лазера в случае незначительных повреждений фольги 9.

Кроме того, предлагаемое техническое решение позволяет значительно сократить продолжительность технологического цикла подготовки лазера к работе за счет проведения операций по замене отработанной газовой смеси независимо от тренировок электронной пушки или от операций, связанных с ее заменой.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет повысить выходную мощность излучения за счет повышения стабильности, а также повысить надежность лазера при одновременном сокращении расхода рабочего газа и трудоемкости технического обслуживания.

Формула изобретения 1. Электроионизационный газовый лазер замкнутого цикла, содержащий электронную пушку, имеющую окно для вывода пучка электронов, герметично закрытое фольгой, прозрачной для электронов, и разрядную камеру, в одной из стенок которой выполнено окно для ввода электронного пучка с герметично установленной по периметру окна вспомогательной фольгой, с од

Сущность изобретения: в лазере электронная пушка отделена от вибрирующих Поток газа элементов разрядной камеры и установлена на опору, Проникновению воздуха в камеру препятствует вспомогательная фольга, установленная герметично по периметру окна для ввода электронного пучка в разрядную область, выполненному в стенке камеры. Дополнительная вспомогательная фольга защищает основную фольгу от акустических ударных воздействий со стороны разряда и от повреждений твердыми частицами, образующимися при дуговых пробоях разрядной области. Для жесткости вспомогательная фольга может быть зафиксирована с обеих сторон опорными решетками. Деградация рабочей среды при тренировках электронной пушки предотвращается введением между вспомогательной и основной фольгой непрозрачного для электронов экрана. 1 З.п. ф-лы. 1 ил. (Л С оо со 4 CJ

щается поддержанием постоянного небольшого избыточного давления газовой смеси в газодинамическом контуре 2.

Дополнительно к названным преимуществам, предлагаемое техническое реше- ние позволяет повысить эффективность использования газовой смеси и снизить трудоемкость эксплуатации лазера за счет сохранения качества рабочей среды при тренировках электронной пушки 3 и при ее заменах. При тренировках электронной пушки в зазор между ее выводным окном и окном в стенке 8 разрядной камеры 1 вводится экран 5. Экран 5 препятствует проникновению электронного пучка в полость лазера, предотвращая, тем самым, не- рабочую деградацию среды во время

Составитель В

РедакторТехред М.Морг

ньев

решетка, отличающийся тем, что, с целью повышения выходной мощности за счет повышения стабильности излучения, а также повышения надежности и сокращения расхода рабочего газа и трудоемкости эксплуатации, электронная пушка установлена на опоре, механически изолированной от. элементов разрядной камеры, при этом лазер снабжен непрозрачным для электронного пучка экраном, выполненным с возможностью его введения между фольгой электронной пушки и вспомогательной фольгой.

Корректор Л.Пилипенко