Импульсный проточный лазер Советский патент 1985 года по МПК H01S3/22 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при создании импульсных проточных газовых лазеров. Известен газовый импульсный проточный лазер til, работающий в импул сно периодическом режиме, содержащий камеру с электродами, оптический резонатор и замкнутый газовый тракт с теплообменником и средством для перекачки газа. Наличие потребляющего энергию средства для прокачки газа приводит к уменьшению КПД лазера. При этом с увели 1ением частоты сле.дованил импульсов необходимая для прокачки газа степень сжатия и расход газа увеличиваются, в результате чего затраты энергии на прокачивание газовой среды возрастают. В известном лазере 12дсредство для прокачки газа по замкнутому газовому тракту состоит из снабженных клапанами стенки и поршня, соединенного с колесом посредством -кривошипно-шатунного механизма. При этом для прокачки газа используется часть энергии, вкладываемой в газ в разряд} ой камере. Недостатком этого устройства явля ется наличие клапанов на поршне и н стенке, что усложняет конструкцию и уменьшает надежность работы устройст ва. Наличие замкнутого газового тракта увеличивает габариты установ ки и также усложняет ее конструкцию Целью изобретения является упрощение конструкции, уменьшение габаритов и повьш1ение надежности лазера Эта цель достигается тем, что теплообменник установлен непосредственно на входе в разрядную камеру В таком лазере электроды могут быть расположены на стенках разрядной камеры перпендикулярно ходу поршня, при этом поршень и участки теплообменника, расположенные со стороны разрядной камеры, электрически изолированы от электродов, или один из электродов разрядной камеры сонмещей с поршнем, в разрядную камеру, а стенки-разрядной камеры вьшолнены диэлектрически, В лазер может быть также введен регенератор, совмещенны с теплообменником. На фиг, 1 показана принципиальна .скема устройства; на фиг, 2-6 основ7 ные положения подвижных частей уста 752 НОНКИ в процессе работы; на фиг. 7 РУ--диа грамма термодинамических процессов, происходящих с газовой смесью в камере для создания инверсной заселенности. Предлагаемое устройство состоит из разрядной камеры 1 с электродами, оптического резонатора 2, поршня 3 прямоугольного сечения с кривошипношатунным механизмом и маховым колесом 4, совмещенных теалообменника- 5 и регенератора 6, установленных непосредственно на входе я разрядную камеру с герметичь-ой полости 7. В качестве электродов могут быть использованы поршень и торцевая поверхность теплообменника со стороны входа в разрядную камеру, тогда стенки разрядной камеры вьшолнены из диэлектрического материала. УстрйстБо работает следуюш.им образом. С помощью электродвигателя, зал которого жестко связан с осью махового колеса 4, маховое колесо раскручивается до заданной угловой скорости, В некоторый момент времени, когда поршень занимает положение А (см.. фиг, 2) в камере 1 осуигествляется импульсный подвод электроэкерг-ин, 3 результате чего создается инверсная заселенность. Через iieK;iTopoe время достигается пороговый коэффициент усиления и в объеме камеры происходит генерация мощного потока световой энергии. Вместе с этим происходит релаксация колебательной энергии молекул в тепловзп энергию, т.а, в объеме газовой среды, находящеся в камере, происходят импульсное выделение тепловой энергии (на PVдиаграмме (см. фиг, 7 - процесс 8-S ) , в результате, чего газ в камере нагревается при практически постоянном объеме (поршень за это время перемещается на незначительнуте величину) . Возникающая в камере сила давления газовой смеси, воздействуя на поршень, сообщает ему импульс, часть же газа расширяется в полость теплообменника. В результате инерции махового колеса и сообщенного импульса поршень перемещается в положение В (см. фиг. 3, на PV-диаграмме см. фиг, 7 процесс ). Пройдя нижнюю мертвую точку поршень начинает обратное движение по направлению к теплообмен37

нику, вытесняя через каналы теплообменника остатки газовой смеси в . герметическую полость 7 (см. фиг. 4,5 на PV-диаграмме - фиг. 7 - процесс 9-11). Пройдя положение верхней мертвой точки D (см. фиг. 5) и вытеснив весь газ из полости разрядной камеры, поршень начинает обратное движение. .

При этом через теплообменник 5 в разрядную камеру засасывается свежая (охлажденная и регенерированная) газовая смесь (на PV-диаграмме см. фиг. 7 - процесс 11-8). В.положении А (см. фиг. 2, 6), когда поршень отодвигается на расстояние размеров камеры, вновь осуществляется импульсный подвод энергии, и цикл повторяется. В результате реализуется импульсно-периодический режим генерации мощных потоков световой энергии.

После выхода лазера на рабочий режШ от разгонного электродвигателя отключается питание, и он может быть

73«

использован как дополнительная масса к маховому колесу или в качестпе электрогенератора для питания отдельных элементов установки.

Так как поршень совершает возвратно-поступательные движения, то в теплообменнике возникают колебательные процессы, частоты которых завися от средней скорости звука газовой смси и длины каналов теплообменника. Меняя ДЛИНУ каналов и согласуя.тем самым соответственную частоту колебаний газовой среды в теплообменнике с частотой вращения поршня, можно добиться оптимального с точки зрения гидравлических потерь режима работы установки.

В то же время, как известно, теплосъем при колеблющейся газовой среде улучшается.

Таким образом, использование изобретения позволит упростить конструкцию, уменьшить габариты и повысить надежность работы лазера.

S. 1-ГМПУЛЬСНЫЙ ПРОТОЧгГьГЙ ЛАЗЕР,, содержащий поршень, размещенный в разрядной камере с электродами и соединенный посредством криво- шипно-шатунного механизма с маховым колесом, и теплообменник, отличаю 1Д и и с я тем, что 5 с целью упрощения конструкции, уменьшения габаритов и повышения надежности,теплообменник установлен непосредственно на входе в разрядную камеру,2,Лазер по п. 1, отличающийся тем, что электроды расположены в стенках разрядной камеры перпендикулярно ходу поршня, при этом поршень и участки теплообменника, расположенные со стороны разрядной камеры, электрически изолированы от электродов,3,Лазер по п. 1, отли^^аю- щ и и с я тем, что один из электродов разрядной камеры совмещен с поршнем, а другой - с торцевой поверхностью теплообменника на входев разрядн\то камеру, стенки разрядной камеры выполнены диэлектрическими,4,Лазер по пп, 1-3, отличающийся тем, что в него введен регенератор, совмещенный с теплообменником.(Л5I //^^^ОО 4^ ^ 01

Ul.6