Волноводный газовый лазер Советский патент 1981 года по МПК H01S3/03 

(54) ВОЛНОВОДНЫП ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к конструкциям волноводных газовых лазеров, работающих на инфракрасных переходах молекул газов СО, СО2 и Хе индуцируемых при возбуждении газовог разряда непосредственно в рабочей смеси.

В таких лазерах канал, заполненны рабочей газовой смесью, ограничен стенками из диэлектрического материала, позволяющего возбуждать разря непосредственно в этом канале.

Известен волноводный газовый лазер, содержащий разрядный канал, заполненный рабочей смесью, стенки коTopqro выполнены из стекла 1.

Недостатком этого лазера является низкое значение коэффициента полезногл действия, обусловленное невозможностью эффективного охлаждения рабочей смеси. Кроме того, такой лазер не обладает механической прочностью.

Известен также волноводный газовый лазер, содержащий разрядный канал, заполненный рабочей смесью, стенки которого выполнены из теплопроводного материала 2;. В таком лазере возможно более эффективное

охлаждение рабочей смеси, благодаря теплопроводности маг-эриала стенок разрядного канала. Вместе с тем выбор диэлектрических материалов, обладающих ВЫСОКОЙ теплопроводностью, ограничен. В частности, из числа известных диэлектрических материалов, пригодных для стенок разрядного канала лазера, наибольа1ей теплопровод0ностью, обладает бериллиевая керамика, которая используется в подобных лазерах.

Однако, использование бериллиевой керамики ограничивает дальнейшее

5 повышение КПД лазера, которого можно было бы достигнуть при выполнении стенок разрядного канала из материала с более ВЫСОКОЙ теплопроводностью. Следует отметить, что при0менение бериллиевой керамики, особенно В промышленном производстве, нежелательно, так как она содержит сильно токсичные вещества, выделяющиеся при любой обработке, и, кроме

5 того, обладает высокой стоимостью.

Наряду с этим лазеры, В которых стенки разрядного канала выполнены из керамики, имеют невысокую механическую прочность, обусловленную

0 хрупкостью керамики. Они трудоемки в изготовлении в связи с трудностью механической обработки керамики. Цель изобретения - разработка конструкции волноводного газового ла зера, позволяющей расширить класс материалов, иcпoльзye iыx для стенок разрядного канала, повысить КПД лазера и увеличить его механическую прочность. Для этого в предлагаемом лазере стенки разрядного канала выполнены в виде нанесенной на металлическую основу диэлектрической пленки из высокотемпературных соединений, обладающей малыми потерями для излучения на дне волны генерации лазера, причем толщина пленки отлична от резонансной величины для указанной длины волны. Кроме того толщина пленки лежит в пределах 0,5-50 мкм, а пленка выполнена из окиси алюминия и окиси кремния, взятых в весовом соотношении (10-1) (1-5). Выполнение стенки разрядного канала в виде структуры ди.электрическа пленка - металл позволяет расширить класс материалов, используемых в лазерах рассматриваемого типа, и откры вает .возможности дальнейшего повышения их КПД за счет выбора материалов, оптимальных с точки зрения тепл отвода и потерь излучения,в разрядно канале. В частности, использование металлов, обладающих высокой теплопроводностью, и тонкой диэлектрической пленки, практически не ухудшаЮ1дей теплопроводность стенок разрядного каиччла позволяет эффективно охлаждагь газовую рабочую смесь, запол няющую разрядный канал, что, в конеч ном счете повышает КПД лазера. Дальнейшему повышению КПД способствует выбор то..гщмна диэлектрической пленки стлич1,ой от резонансной величины дл длины волны Г(;нергидии лазера (резоманс :ая вел;-, равна целоглу числу Х/4) , т.г. при такой толщине пленки структура металл-диэлектрик, в соот ветствии с законом распространения воли Бриллюэна в волгюводном канале облал7,ает меньшими потерями на длине волны генерации лазера, чем один ди электрик. На фиг. 1 показана конструкция предлагаемого лазера; на фиг. 2 то же, разрез по А-А иг. фиг.1. Лазер содержит разрядный канал 1, стенки которого выполнены из металлической основы 2 с нанесенной н нее : иэле;(трической пленкой 3.Лазер включает также резонатор 4, в котором размещены электроды 5 и зеркала 6 с юстироБОчными механизмами, в ка честве металла основы может быть использована, например, медь, облал иая высотг.ой теплопроводностью. ДиЗлзктрнческая пленка можат быть выполнена из высокотемпературньгх соед нений таких, как Si02, т.п. Материал пленки п 1Ьирас тся из усовий высокой электЕлической прочости , хороших диэлектрических войств, малых потерь на длине волны енерации лазера, высокой адгезии к еталлу. Наиболее оптимальной, с точки зреия указанных требований, является ленка окислов алюминия и кремия, взятых в весовом соотноении (10-1): (1-5), соответственно. ти соединения обладают достаточно ысокими значениями диэлектрической проницаемости (,. 4 ; Ае2О, ) напряженности пробоя 5-102 i 10 мВ Ед Oj G-8 мВсм ). Соотношения окислов в составе пленки подобраны экспериментально,исходя из условий хорошей адгезии к металлу. Минимальная толщина диэлектрической пленки (0,5 мкм) выбрана из условия ее высокой электрической прочности-, максимальная (50 мкм) из условия достаточно высокой теплопроводности стенки разрядного канала. Форма поперечного сечения разрядного канала может быть любая круглая, квадратная или прямоугольная. Разрядный канал может быть образован двумя пластинами с продольными пазами заданной формы, как это показ на на чертеже или четырьмя пл;астинами , аналогично прототипу. Дл) изготовления лазера предлагаемой конструкции, показанной на чертеже, а метал/рческих пластинах фрезеруют продольные пазы и на поверхность каждой пластины со стороны паза наносят диэлектрическую пленку 3. Нанесение пленки можно осуществлять любым известным способом, например пиролизом, катодным или вакуумным напылением и т.д. В частности пленку окислов алюминия и кремния наносили пиролизом ацетил-ацетоната алюму ния и тетрэтокс- силаиа кремния. Металлические пластины с нанесенной диэлектрической пленкой соединяют друг с другом, например, пайкой так, чтобы продольные пазы были обращены друг к другу. При этом образуется разрядный канал 1. Для предлагаемог9 лазера характерно выравнивание распределения напряжекносги электрического поля внутри разрядного канала, которое обеспечивается тем, что электропроводные стенки разрядного канала являются эквипотенциальными поверхностями. Это способствует дальнейшему повьяиению КПД лазера. Исполь3 она кие .ноталла в качестве основного матйриала стенок разрядного канала л зозможность соединения их с пoi «otsдью пайки или сварки повышает маканическую прочность предложенной конструкции по сравнению с извесм . Поскольку металл хорошо поддается механической обра