ЛАМПА ОПТИЧЕСКОЙ НАКАЧКИ ЛАЗЕРОВ Советский патент 1972 года по МПК H01S3/93 

Изобретение относится к разрядным осветительным лампам, наполненным газами или парами, и совершенствует конструкцию экранов или направляющих, служащих для воздействия на разряд.

Изобретение относится также к устройствам для возбуждения (оптической накачки) оптических квантовых генераторов (лазеров) и предназначено для получения многократных интенсивных световых вспышек с использованием газодинамических свойств образующейся в лампе светящейся среды.

Известен газодинамический импульсный разрядный источник света, применяемый для накачки лазеров, вынолненный в виде Т-образной кварцевой колбы, покрытой светоотражающим слоем и наполненной ксеноном, в которой смонтированы электродные узлы с совпадающей продольной осью симметрии, расноложенные симметрично относительно трубчатого отростка колбы. Внутри этого отростка коаксиально расположена цилиндрическая полость меньшего диаметра, предназначенная для размещения активного тела лазера. Образовавшаяся в приборе в процессе импульсного разряда газоразрядная плазма под действием высокого давления с больщой скоростью выплескивается в трубчатый отросток, создавая перед собой ударную волну, ионизирующую газ в колбе. Для оптической накачки используется излучение плазменного сгустка и ударных волн, движущихся в отростке колбы.

Известны газоразрядные устройства полостного типа, иредставляющие собой наполненную рабочим газом цилиндрическую камеру со светоотражающими стенками, внутри которой коаксиально расположена цилиндрическая полость, ограниченная трубкой из оптически прозрачного материала, иредназначенная для размещения активного тела. В таких устройствах разряд осуществляют в разрядном промежутке, образованном электродными узлами, смоитированными на концах камеры, а излучающая газоразрядная плазма стабилизирована стенками коаксиально расположенных трубок, ограничивающих цилиндрическую разрядную полосгь.

Источники оптической накачки Т-образного типа имеют ограниченное цримененне из-за

юго, что они, во-первых, работают эффективно только на коротких длительностях вспышки (до 20 мксек), а во-вторых, обладают низким к.п.д. цребразования подводимой энергии в световое излучение, поскольку нри накачке активного вещества лазера, размещенного в полости отростка колбы, используется преимущественно излучение движущейся в отростке плазмы и ударных волн, а излучение плазмы разрядного промежутка затенено элементами

Газоразрядное устройство полостного типа имеет низкие предельную энергию и к. п. д. излучения, примерно иа 30% меньше по сравнению с обычными трубчатыми источниками света, из-за повышенной плотности излучения, приходящегося на внутреннюю трубку лампы, ограничивающую и стабилизирующую плазму, и ухуднленного теплоотвода от нее; а также низкие срок службы и надежность.

В импульсных газоразрядных лампах трубчатого типа возникающий в процессе разряда столб плазмы быстро расщиряется до тех пор, пока он ночти полностью не заполнит объем разрядного промежутка. Скорость подобного расширепия зависит от скорости нарастания разрядного тока и других параметров, достигая нескольких сотен м1сек. В течение нескольких мксек после начала развития капала фронт возникшей ударной волны и газоразрядной плазмы доходит почти до противоположных стенок колбы, прижимая к ним область частично иоиизовапного газа, сжатого до высокого давления. Взаимодействие ударных волн, порожденных расширяющимся плазменным столбом, со стенками трубчатой разрядной колбы в процессе работы импульсного газоразрядного устройства наряду с термическим ударом определяет предельные энергии указанных приборов, срок службы и т. д.

Цель изобретения-создание комнактного газодинамического импульсного разрядного устройства для оптической накачки лазеров, обладающего повышенной эффективностью накачки, увеличенным к. п. д. использования энергии, подводимой к разряду, повышенной предельной энергией вспышки и сроком службы.

Для этого внутри наполненной рабочим газом цилиндрической камеры устройства, стенки которой обладают светоотражающими свойствами, аксиально смонтированы один или более автономных разрядных промежутка, каждый из которых частично ограничен оптически прозрачной трубкой с разрезом по образующей, выполненным в ней со стороны полости для размещения активного вещества лазера и предназначенным для выплескивания газоразрядной плазмы в процессе работы устройства.

Еще одной отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что, с целью улучшения стабильности характеристик разряда прозрачная трубка имеет П-образную форму и по всей длине излучающей части ее выполнен разрез, щириной не превыщающий /3 величины внутреннего диаметра колбы.

Предлагаемое газодинамическое разрядное устройство основано на известном представлении о расширении канала мощного импульсного разряда, как о гидродинамическом процессе. В нем использовано явление образования частично ограниченной в трубке движущейся плазмы и цилиндрических ударных волн, распространяющихся со сверхзвуковыми скоростями в радиальном направлении в процессе импульсного разряда.

Предлагаемое устройство лишено недостатков источников света Т-образного типа и трубчатых коаксиальных ламп оптической накачки лазеров, сохраняя их преимущества.

Кроме того, предложенный источник накачки активных сред лазеров обеспечивает повышенную эффективность и к. п. д. использования мощности, подводимой к разряду, за счет использования излучения газоразрядной плазмы разрядного промежутка и плазмы, выплеснутой из него, а также увеличенную предельную энергию вспышки (примерно в 4 раза) и повышенный срок службы за счет того, что частично ограничивающая разрядный промежуток трубчатая колба устройства работает преимущественно в условиях воздействия на нее касательных механических напряжепий. Изобретение позволяет уменьшить габариты осветителя.

Эти преимущества достигаются за счет описанного выше усовершенствования конструкции устройства, создающего условия для использования в процессе его эксплуатации газодинамических явлеиий, вызванных ударными волнами и движущейся плазмой. Частичное ограничение разрядного промежутка стенками кварцевой цилиндрической оболочки с разрезом по образующей уменьшает разрушающее действие на стенки колбы ударных волн, возникающих в процессе импульсного разряда, обеспечивает возможность вынлескивания части излучающей газоразрядной плазмы расширяющегося столба в объем цилипдрической камеры, в сторопу полости для активного тела лазера, и использования излучения движущейся плазмы. Кроме того, облегчаются условия работы электродных узлов устройства в жестком режиме за счет увеличенной диссипации энергии плазмы частично ограниченного разрядного промежутка.

lia чертеже изображен один из вариантов предлагаемой лампы, вид сбоку, частично с продольным разрезом, и разрез по А-А.

Лампа содержит наполненную ксеноном до давления 300-600 мм рт. ст. цилиндрическую камеру 1 из плавлепного кварца, покрытую снаружи или изнутри диффузно отражающим слоем 2 двуокиси кремния, спеченной до нулевой пористости, либо слоем зеркального отражателя. Внутри указанной камеры эксцентрично на расстоянии 4-6 мм одна от другой смонтированы цилиндрическая полость 3 диаметром 16 мм, ограниченная олтичаски -прозрачной колбой, в частности, из плавленного иварца, предназначенная для размещения активного вещества лазера, и излучающая часть П-образной трубки 4 или нескольких трубок, автономный разрядный промежуток 5 которой длиной 130 мм параллелен полости 3 и ограничен торцевыми стенками 6.

В ограничивающей разрядный промежуток 5 кварцевой трубке постоянного сечения по всей ее длине вдоль образующей выполнен продольный разрез 7 шириной, не превышающей /3 величины внутреннего диаметра трубки, в частности 2-3 мм, расположенный в плоско