Способ возбуждения лазеров на парах химических элементов Советский патент 1984 года по МПК H01S3/09 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при разработке лазеров на парах химических элементов, прим няющихся при лазерной обработке ма териалов в устройствах записи графической информации, в навигационных устройствах, при лазерном зон дировании атмосферы для получения высокостабилизированных по энергии лазерных импульсов при изменении следования в широких пределах. Известен способ возбуждения лазеров на парах химических элементов m, при котором через разрядну трубку формируется импульсный коро кий разряд с частотой повторения 50 Гц, создающий инверсную заселенность, а высокая рабочая температура создается при нагреве переменным током напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Этот способ возбуждения позволяет получать только низкие частоты следования импульсов .генерации. Известен также способ возбуждения лазеров на парах химических , заключающийся в формировании периодически повторяющихся пугов импульсов возбуждения переменной скважности. Однако при таком способе возбуждения средняя мощность генерации может быть стабилизирована только в режиме повторяющихся пугов, частота импульсов в котором изменяется в небольшом диапазоне. , Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ возбуждения лазеров на парах химических элементов, работающих в режиме саморазогрева, основанный на формировании импульсно-перио дического разряда через газоразрядную трубку sj . По известному способу через газоразрядную трубку формируются периодически повторяющиеся импульсы возбуждения при высоких частотах следования.VO кГц, которые за счет выделяем ой при .разряде в газовой смеси мощности производят нагрев активного объема до рабочих температур и создают инверсную заселенность в парах химических элементов . Однако такой способ возбуждения не позволяет получать одинаковые по энергии лазерные импульсы при изменении частоты следования импульсов возбуждения, вызьшающих генерацию. При изменении частоты следования импульсов возбуждения изменяется средний энерговклад в газоразрядную трубку, вызывая при этом изменение теплового режима в активной среде, и за счет этого сильно изменяется энергия генерации в импульсе. Изменение межимпульсного, периода приводит к существенным изменениям таких параметров плазмы как предимпульсная проводимость плазмы и предимпульсная концентрация частиц на рабочих уровнях. Это приводит к изменению параметров возбуждающего импульса (амплитуды тока, крутизны переднего фронта, напряженности поля в плазме). При этом изменяется энергия генерации в импульсе, длительность импульса генерации и импульсная мощность. Целью изобретения является повыщение стабильности энергии генерации в импульсе излучения при изменении частоты следования импульсов возбуждения в широких пределах. Поставленная цель достигается тем, что в способе возбуждения лазеров на парах химических элементов, работающих в режиме саморазогрева путем формирования в газоразрядной трубке периодически повторяющихся импульсов возбуждения перед каждым импульсом возбуждения в газоразрядной трубке формируют И дополнительных импульсов, не вызывающих генераций, с временной задержкой между дополнительными импульсами и следующим за ними импульсом возбуждения, равной межимпульсному периоду при максимальной частоте следования импульсов возбуждения. Причем ll-l дополнительных импульсов имеют энергию, равную энергии импульсов возбуждения, а энергия первого .из дополнительных импульсов меньш энергии импульсов возбуждения в m раз. При этом, .количество дополнительных импульсов и величина m определяются из выражения WOKC 1 , п«I т целое число; где л. дробное число; f- частота следования импульсов воэбуждения: i - максимальная частота следо вания импульсов возбуждения Формирование ; ополнительных импульсов позволяет при изменении частоты следсэвания импульсов возбуждения сохранить энерговклад в газоразрядную трубку постоянным и равным энерговкладу при максимальной частоте повторения. Это условие запишется следующим образом: ; Н.„,.оЬЕ„{ соп-5, . где Е - энергия импульса возбуждения;ЕМ- энергия дополнительного импульса с переменнойэнергией. На фиг. 1-5 представлены диаграм мы, поясняющие взаимное расположение импульсов возбуждения и дополнительных импульсов при разных частотах. На фиг. I показано ii ддд., когда дополнительные импульсы отсутствуют. Наиболее легко представить работу способа при дискретном изменении частоты следования, когда отношение // составляет цело число п . Например, при п 2 (см.фиг.3) частоты возбуждающих и д полнительных импульсов равны половине f , в временная задержка между всеми импульсами равна межимпульсному периоду при i длакс Если отношениеiмохе// число дробное, то для сохранения одинакового суммарного энерговклада пере последовательностью дополнительных импульсов с энерговкладом, равнымЕ необходимо подавать дополнительный импульс (см.фиг. 2,4,5), энергия ко торого меньше или равна f: и состашляет jj, . Величина дроби опреt и а к L деляется выражением . и временная задержка между всеми дополнительными импульсами и следующим за ними импульсом возбуждения равняется ii Таким образом, для достижения одинаковых параметров плазмы перед импульсом возбуждения, последний из предшествующих импульсов тока при изменении i должен не только обладать одним и тем же энерговкладом и отстоять на один и тот же временной интервал, но и иметь одинаковую форму. Однако дополнительный импульс в данном способе не может иметь такую же форму, как и возбуждающий, так как в этом случае все импульсы вызывают генерацию. Поэтому наименьшей степенью стабилизации энергии импульса генерации способ обладает в диапазоне частот от .макс Д° иах увеличении числа дополнительных импульсов степень стабилизации лазерных импульсов при данном способе увеличивается. Для повышения степени стабилизации энергии в импульсе при изменении i необходимо формировать один или несколько дополнительных импульсов тока перед каждым импуль сом возбуждения при Формирование импульсов, не вызывающих генерации, не представляет Трудностей, так как существуют различные способы воздействия на форму импульсов тока при формировании их через газоразрядный промежуток,. Способ позволяет производить наряду со стабилизацией энергии лазерны с импульсов также и стабилизацию длительности импульсов генерации и импульсной мощности при изме нении частоты в широком диапазоне.

СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЛАЗЕРОВ НА ПАРАХ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, работающих в режиме саморазогрева, путем формирования в газоразрядной трубке периодически повторяющихся импульсов возбуждения, отличающийся тем, что, с целью ; повышения стабильности энергии генерагдаи в импульсе излучения при изменении fipss.f частоты следования импульсов возбуждения, перед каждым импульсом возбуждения в газоразрядной трубке формируют п дополнительных импульсов, не вызывающих генерацию, с временной задержкой между дополнительными, импульсами и следующим за ними импульсом возбуждения, равной межимпульсному периоду при максимальной частоте следования импульсов возбуждения, причем h -1 дополнительных импуль сов имеют энергию, равную энергии импульсов возбуждения, а энергия первого дополнительного импульса меньше энергии импульса возбуждения в m г раз, при этом значения пит определяются из выражения (П ., где f 8 -максимальная частота маке С следования импульсов возбуждения; -частота следования импульсов возбуждения; П -целое число, ;е -дробное число. fn СП 0д

ОIfffiotce f ffota

j- tffiftyjttf f gofffyjtfeeHM

-fynoMome tMue

y/fftoKe