Газовый лазер Советский патент 1985 года по МПК H01S3/22 

Ь- I Изобретение относится к квантовой электронике и может быть ибпользовано при создании мощных газовых лазеров. Известны электроразрядные лазеры, в которых увеличение мо цностй.излзгче няя достигается за счет увеличения степени инверсШ путём организации прокачки рабочей среды 1} , известен проточный электроразрядный лазер, содержащий продольный оптический резонатор и соосную с ним разрядную камеру с электродами, в котором дальнейшее увеличение степени инверсии и связанное с ней увелшчёяйе мощности излучения достигается путем дополнительного охлаждения рабочей среды при адиабатичесКОЙ расширении плазмы в последоваЧ«льно расположенных соплах 2 . Последние образованы установленными вдоль камеры антиполярными маглитами с топографией поля каждого из йих S виде магнитного сопла. Недостатком этого лазера является нейолное использование возможностей повышения мощности излучения ii КПД всйёдствйё неравномерного и нестабильного распределения областей генераиии по оси констрзпсции и загрязне1}ия йеркала, расположенного вниз по потоку. Кроме того, повьшение КПД и выходной мощности известного лазера ограничено эрозионной и теговой стойкостью вышеуказанного зеркала. Целзкю изобретения является повыИйнйе выходной мощности и КПД лазера Эта цель достигается тем, что в газовом лазере, содержащем систему прокачки продольный оптический резо натор, сооснзпо с ним электроразрядНуго камеру с электродами и установленнЬге вдоль нее; антиполярные магниTJbi d топдграфией поля, каждого из них в виде магйитно1 о сопла, в плоскос тях сепаратрисе вьшгеуказанных магнитов установлены снабженные раздельными балластными сопротивлениями секции ввода, а распологкенное вниз по потоку зеркало резонатора снабжено системой защиты от действия пртока плазмы., ,

Система защиты зеркала может быть выполнена в виде магнитной системы с.топографией поля в форме магнитной пробки, установленной в плоскости 55 зеркала, при этом ,в центре зеркала установлена дополнительная секция анода.

сопле является малость Времени изменения поступательной температуры по сравнению С временем релаксации верх-. него лазерного уровня. Считая течение сверхзвуковым, можно это условие

jV ( записать в виде ,

U 0 На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый газовый лазер; на фиг.2 разрез А-А на фиг. 1. Лазер состоит из электроразряд- ной камеры 1 с секциями анода 2 и Полым катодом 3, оптического резона-. тора с Полупрозрачным зеркалом 4 и Зеркалом 5, 1 агнитами 6 и антиполярными Мйгнитами 7. Секции анода 2 включены в цепь однсэго источника питания 8 черёэ Уазд1б льные балла:Стные сопро- ТивленИя 9. Электроразрядная камера 1 снабжена патрубком 10 для ввода rart зовой смеси ирубашкой охлаждения 11 с вводом и выходом хладагента 12. : В цепи ёлёктрдпитания установлены коммутатор 13 и возбудитель 14. Лазер работает слеДУййри - образом. Газовую смесь, например СО + Не + Wj, подают через патрубок 10 в электроразрядную камеру 1 и откачивают через отверстия в секциях анода 2. Возбудителем 14 инйциирутдт разряд от источника питания 8 через включенный коммутатор 13 и ра зрядный промежуток между йётодом 3 И Секциями анода 2 при включёНньк магнитах 6 и 7. Образзпощаяся йрй разряде неравновесная плазма и раз адиабатически расширяется и сжимается is последователь- . ных магнитных Соплах, вызывая дополнительнуто инверсную заселенность рабочей сйеси внутри резонатора. ПоВьшение Мощности излучения и i КПД устройства Достригается усилением стабилизации разряда на снабженных раздельными балластными Сопротивлениями секциях анода путем расположения их в плоскостях сепаратрисе . антиполярпых магнитов б и 7. При этом расположённое вниз по потоку зерка;ло 5 резонатора защищено магнитной системой 7 с топографией поля в форме магнитной пробкой, кроме того, в центре зеркала 5 установлена дополнительная Секция анОда, позволяющая .: контрагировать плазменную струю на этой секции И тем самым предохранять зеркало 5 от разрушения. : Ч НеобхоДимЬм условием возникновения инве|)сйи течении плазмы в где d, U, Т, p соответственно размер сопла, скорость, температура и статическое давление в критическом сечении; Тц - время релаксации верхнего лазерного уровня. Применение магнитных сопел с вводом энергии разряда в Них приводит к дополнительному ускорению потока не менее, чем в 2 раза и уменьшению диссипации энергии на стенки разрядной трубкиj поэтому условия для создания инверсной засёленйости, согласно вышепривед еннойу критерию, улучшаются, НоЩИость дополнительной генерации 20 за счет :введения магнитных сопел с вводом энергии в них будет определяться скоростью прокачки смеси через резонатора и максимальйр достижимой плотностью активных частиц. Теоретический aHaJra3 показывает, что при йача пьной колебательной температуре азота порядка 2ЮОК и оптимальном соотношении компонент может быть получена плотность актйвнь1х , чайтиц д N «-10 см , если поступа:, дельная температура и давление соз1 даваемо смеси будут составлять , . w и 10 торр соответственно. При этом величина uN почти лине йнр возрастает с увеличением на чйльной температуры азота и уменьше: Htteif поступательной температуры в области смешивания. гд д нер нош гд мол « 2 ра пер соп рац m буд лич на Общий КПД устройства будет равен W. мощность устройства, аналогично прототипу ( W, 140 Вт), Согласно экспериментальньм данным она составляет около 0,12 (N 1,16 кВт); дополнительная мощность излучения, получаемая за счет расширения в магнитном сопле с вводом энергии в него и уменьшения диссипации энергии за счет стабилизации разряда и экранировки выходного зеркала магнитным полем. Предельная величина мощности геации для смеси определяется соотением ЗМО/КТ-1 N« - число Авогадро,уи- средний екулярный вес смеси, fi - энергия кванта СО -лазет - расход газа, г/с, Т - тем- атура газа на входе в магнитное ло. При соотношении объемных концентий N /СО 90:10, Т ISOOK и 10 г/с, получим 2 60 Вт, Таким образом, общая мощность ет равна W W 200 Вт и п W. + W, . . 100% 17%, т.е, увеение КПД по сравнению с аналогом 5%....

1. ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР, содержа- 1Ф1Й систему прдкачки, продольный оптический резонатор, соосную 'с ним электроразрядкую камеру с электрода- Ш1 к установленные вдоль нее антипо-Лярныёма^'нитм с TOttofрафией поля каждо^'о HS ййх в виде MarHHTHofo соп- лй, о т л и ~'ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повшёния выходной мощности и КПД лйзера, в плоскостях сепаратрисе вьппёуказанных магнитов ydтaнdвлeнь^' снабженные раздельными балластнь1ми сопрбтивлейиями секции анода, а' расположённое вниз по потоку зеркало резонатора снабжено системой защиты от действий потока плазмы.2. Лазер по п» 1, о т Л и ч а ю- щ и и с я тем. Чти система защиты зеркала выполнена в виде магнитной системы с тШ!б:графией"поля в форме магнитйой пробки, установленной в плоскости зеркала, при эт61й в центре зеркала установлена дблолни-гельная .секция' ан'оДа.; ''•• ' •"::••;•'-:•:. ':'";г-'" v-.- ^ --;-' - -^