СИСТЕМА ЭЛЕКТРОДОВ РАЗРЯДНОЙ КАМЕРЫ ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА Советский патент 2010 года по МПК H01S3/38 

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в конструкции разрядной камеры газового лазера.

Известны газовые лазеры [1, 3], прототип, в разрядной камере которых применены электроды из металла, выполненные сплошными или сетчатыми (секционированными). Недостатком этих лазеров является ограничение энергии (мощности излучения) из-за трагирования (дугообразования разряда), возникающего при повышении значения напряжения разряда существенно меньшего напряжения пробоя при нормальных условиях.

Известны электроды предпочтительно для разрядной камеры газового лазера [2], отличительной особенностью которых является то, что они выполнены из большого числа параллельно уложенных и изолированных друг от друга минирезисторов. В основе работы данных электродов заложен принцип локального ограничения тока газового канала за счет включения в его цепь балластного сопротивления. Особенностью данной конструкции электродов является сочетание резистивности с анизотропией проводимости монолитного электродного блока, предотвращающих как развитие локальных газовых каналов от электродов, так и перераспределение и стягивание тока в электродном блоке при появлении канала в объеме газового разряда. Недостатком данной конструкции является передача электродов за счет выделения Джоулева тепла при протекании по минирезисторам с достаточно высоким сопротивлением 1 кОм). Это может привести к существенному изменению начального сопротивления электродов и к возможному разрушению от тепловых напряжений, особенно при длительном режиме работы, снижению КПД лазера.

Целью настоящего изобретения является повышение мощности, КПД и надежности работы газового лазера за счет возможности регулирования током разряда в газовом промежутке разрядной камеры лазера.

Указанная цель достигается тем, что в известном газовом лазере, включающем в себя разрядную камеру, заполненную рабочим газом с электродами, находящимися в контакте с общим токосъемником, электроды, по крайней мере один из них (катод), выполнены из полупроводниковых элементов с p-n переходом, помещенных в диэлектрик. Цель достигается также тем, что, по крайней мере, один из электродов (катод) выполнен из позисторов. Указанная цель достигается также тем, что один из электродов (катод) выполнен из полевых транзисторов.

Цель достигается также тем, что оба электрода выполнены из полупроводниковых элементов с p-n переходом, помещенных в диэлектрик, с общим токосъемником.

Достоинством данных конструкций по сравнению с прототипом является возможность управления (регулирования) процессом горения разряда в лазерной камере. Возможность управления основана на зависимости сопротивления p-n перехода полупроводниковых элементов от температуры. Рассмотрим элементарную ячейку термосопротивления с p-n переходом с некоторым начальным сопротивлением ρ₀. Данное начальное сопротивление подбирается таким образом, чтобы общее сопротивление электрода было минимальным. При локальном превышении тока за счет нагрева элементарной ячейки его сопротивление повышается (рис.21, §15 Л-4). В результате чего возникает ограничение тока. В электродах, выполненных на полевых транзисторах, возможно также управление сопротивлением p-n перехода.

По сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями в данной области техники применение в электродах разрядной камеры газового лазера в качестве термосопротивлений полупроводниковых элементов с p-n переходом является новым признаком, обеспечивающим получение положительного эффекта. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям "новизна" и "существенные отличия".

На фиг.1 изображена разрядная камера газового лазера в разрезе, на фиг.2, 3 изображены варианты выполнения электродов.

Разрядная камера лазера (фиг.1) состоит из корпуса 1, электродов 2, 3; зеркал резонатора 4, 5; источника ионизированных частиц 6, изоляторов 7. Один из электродов (катод) в представленном варианте выполнен из полупроводниковых элементов с p-n переходом. Выводы электродов подсоединены к источнику питания. Лазерное вещество в разрядной камере возбуждается источником ионизирующих частиц.

На фиг.2 изображен вариант исполнения электродов, в которых катод выполнен из позисторов, а анод - металлический. Катод состоит из позисторов 1, помещенных в диэлектрик 2, расположенных на общем токосъемнике 3.

На фиг.3 изображен вариант исполнения электродов, в котором катод выполнен из транзисторов, а анод - металлический. Катод состоит из транзисторов 1, помещенных в диэлектрик 2, с общим токосъемом 3, с управляющим электродом 4.

Возможен вариант исполнения электродов - один из которых, например катод, выполнен из транзисторов, а анод - из позисторов, или наоборот. Это определяется необходимостью регулирования или управления током в разрядной камере.

Устройство работает следующим образом.

1. В случае, когда катод выполнен из позисторов, а анод - металлическим (фиг.2), при локальном превышении тока в элементе позистора из-за превышения температуры резко возрастает сопротивление p-n перехода, в результате чего происходит уменьшение тока. Таким образом происходит саморегулирование тока в промежутке между электродами.

2. В случае, когда катод выполнен из полевых транзисторов, регулирование тока основного разряда осуществляется подачей напряжения на управляющий электрод транзистора, при этом при локальном изменении тока схемой управления увеличивается сопротивление p-n перехода транзистора. Таким образом происходит управление током разряда в газовом промежутке между электродами.

3. В случае, когда катод выполнен из транзисторов, а анод - из позисторов, или наоборот, в одном из электродов происходит процесс саморегулирования тока, а в другом - процесс управления током разряда в газовом промежутке.

По сравнению с прототипом заявленное техническое решение обладает следующими преимуществами:

за счет возможности регулирования током разряда в газовом промежутке разрядной камеры лазера достигается повышение мощности лазера, его КПД, а также повышение надежности за счет уменьшения вероятности стримерных явлений в лазерной камере.

Источники информации

1. В.Ю.Баранов, Д.Д.Малюта, В.С.Межевов. "Сплошной металлический анод, штырьковый катод", КЭ, т. 5, № 10, 1978 г.

2. Великин А.А., Конашенко М.А., Пивоваров В.А., Подмошенский И.В., Сидорова Т.Д. "Энергетические возможности самостоятельного объемного разряда с анизотропно-резистивными электродами", ТВТ, т. 26, 1988 г.

3. В.А.Данилычев, О.М.Керимов, И.Б.Ковш. "ОКГ на сжатых газах. Сплошной металлический анод и катод из крупноячеистой сетки", Труды ФИАН, т.85, 1976 г., стр. 49.

4. Справочник радиста § 15, рис. 21., Москва. Высшая школа, 1984 г.

Изобретение относится к лазерной технике. Заявленная система электродов разрядной камеры газового лазера содержит катод и анод. Причем, по крайней мере, один из электродов образован параллельно размещенными и изолированными друг от друга минирезисторами, нерабочая поверхность которых соединена с общим токосъемником. Минирезисторы выполнены в виде полупроводниковых элементов с p-n переходом. Технический результат - повышение КПД и мощности лазера, а также повышение надежности работы за счет возможности регулирования тока разряда. 3 ил.

1. Система электродов разрядной камеры газового лазера, содержащая катод и анод, причем, по крайней мере, один из электродов образован параллельно размещенными и изолированными друг от друга минирезисторами, нерабочая поверхность которых соединена с общим токосъемником, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД и мощности лазера, а также повышения надежности работы, за счет возможности регулирования током разряда минирезисторы выполнены в виде полупроводниковых элементов с p-n переходом.

2. Система электродов по п.1, отличающаяся тем, что полупроводниковые элементы выполнены в виде резисторов.

3. Система электродов по п.1, отличающаяся тем, что полупроводниковые элементы выполнены в виде полевых транзисторов.

4. Система электродов по п.1, отличающаяся тем, что полупроводниковые элементы катода выполнены в виде полевых транзисторов, а анода - в виде позисторов.

5. Система электродов по п.1, отличающаяся тем, что полупроводниковые элементы катода выполнены в виде позисторов, а анода - в виде полевых транзисторов.