Лазер на парах металлов Советский патент 1984 года по МПК H01S3/22 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может &ътъ использовано при создании лазеров на парах металлов, работающих в режиме саморазогрева со стабилизацией энергии генерации импульса при изменении частоты следования импуль сов. Известны лазеры на парах химиче ких элементов, в которых необходим давление паров активного вещества создается за счет энергии, выделяющейся в разряде в виде тепла и разогревающей лазерную трубку до рабочей температуры Л. Известен лазер, на Парах металлов , работающий в режиме самора - зогрева, содержащий лазерную-трубку с электродами, резонатор, источник возбуждения, подключённый к электродам трубки, задающий генератор и генератор формирования угов который формирует импульсы возбуждения в виде периодически повторяющихся цугов переменной скважности 2j . В известном лазере стабилизация средней мощности генерации достигае ся за счет того, что при изменении частоты следования импульсов в цуге пропорционально изменяется скваж ность и вьтолняется условие - const, где i - частота следования импуль сов в цуге, - скважность. где С - период повторения цугов, t - длина цугов. Недостатком известного лазера я ляется то, что его средняя oщнocт генерации может быть стабилизирова на только в режиме повторяющихся цугов, частота импульсов в котором изменяется в небольшом диапазоне. Известный лазер не может работать в режиме периодически повторяющихся импульсов при сохранении энергии в импульсе постоянной. При использовании лазеров на парах металлов, работающих в режиме саморазогрева, например, при зондировании атмосферы, в технологических операциях, необходимо, чтобы лазер работал в режиме периоди54ачески повторяющихся чмпульсов в широком диапазоне частот с постоянной энергией генерации в каждом импульсе. Целью изобретения является получение стабильной энергии генерации в импульсе в лазерах на парах металлов , работающих в режиме саморазогрева , при изменении частоты следования импульсов генерации в широком диапазоне. Поставленная цель достигается тем, что в лазер на парах металлов, содержащий лазерную трубку с электродами, резонатор, источник возбуждения , подключенный к электродам трубки, и задающий генератор, введены импульсный источник нагрева, формирующий импульсы, не вызывающие генерации, и бл;эк управления, вход которого соединен с задающим генератором, а выходы - со входами источников возбуждения и нагрева, причем выход последнего подключен к электродам лазерной трубки. С целью повышения стабильности энергии генерации в импульсе между газоразрядной трубкой и блоком управления включены два канала обратной связи, один из которых состоит из быстродействующего импульсного измерителя энергии и задатчика энергии, а другой - из измерителя температуры лазерной трубки и задатчика температуры. Известно, что стабильность энергии генерации в импульсе зависит от того, насколько будут поддерживаться постоянными температура рабочего объема и величина межимпульсного периода. В предложенном лазере стабилизация температуры ра;бочего объема при изменении частоты следования импульсов осуществляется с помощью источника импульсного нагрева, который вырабатывает импульсы с изменяющейся энергией. При этом выполняется условие e e H H conei, где ig - .частота возбуждающих импульсов ; 1ц - частота нагревающих импульсов-, fg - энергия возбуждающего импульса;

t - энергия нагревающего импульса, ,

.е. при любой частоте возбуждаюих импульсов энерговклад в газоазрядную трубку постоянен и темпеатура рабочего объема стабилизирована.

Блок управления введен для формиования импульсов запуска источниов нагрева и возбуждения, так то импульс возбуткдения имеет постонную задержку относительно предествующего импульса нагрева.

На чертеже показана структурная схема -лазера.

Лазер состоит из газоразрядной трубки 1, резонатора 2, источника нагрева 3, источника возбуткдения 4, блок управления 5., содержащего схему запрета и схему задержки, задающего генератора 6, светоделительной пластинки 7, быстродействующего импульсного измерителя энергир 8, задатчика энергии 9, измерителя , температуры 10 и задатчика температуры 11.

Лазер работает следующим образом.

Задающий генератор 6 вырабатывает импульсы рабочей частоты лазера, которые поступают на блок управления 5. Блок управления 5 формирует импульсы запуска источником нагрева 3 и источником возбуждения 4 таким образом, что суммарный э 1ерговклад в лазерную трубку при изменении частоты следования возбуждающих импульсов от О.до rrtaf. остается постоянным. При этом обеспечивается постоянная задержка импульса возбуждения относительно предьщущего импульса нагрева, а схема запрета не позволяет импульсу нагрева попасть в промежуток между парой следующих один за другим импульсов нагрева и возбуждения или наложиться на импульс возбуждения.

Импульсный источник нагрева 3 аналогичен импульсному источнику возбуждения 4, но импульсы нагрева формируются таким образом, что они не вызывают генерации. Это достигается тем, что фронт импульса делается более пологим, уменьшается его амплитуда и увеличивается длительность.

Таким образом разогрев активного объема лазерной трубки 1 до рабочей температуры происходит от двух источников, обеспечивающих постоянный энерговклад в лазерную трубку. Поэтому температура рабочего

лазерной трубки при изменении частоты следования возбуждающих импульсов остается постоянной, а так как постоянна и величина задержки импульса возбуждения относительно предшествующего импульса подогрева, то импульс возбуждения проходит через лазерную трубку при одинаковом состоянии параметров плазмы, и вызывает импульс генерации с постоянной

5 энергией. Формирование импульса генерации производится с помощью резонатора 2.

Так нагрузкой источников является лазерная трубка 1, электри-

0 ческие характеристики которой меняются с течением времени, то для повышения стабильности энергии генерации в импульсе вводится двухканальная обратная связь. Канал дпя контроля и стабилизации энергии состоит из быстродействующего импульсного измерителя энергии 8, на который с помощью светоделительной пластинки 7 отводится часть излучения. Измеренный сигнал подается на задатчик энергии 9, где происходит сравнение его с опорным, и сигнал рассогласования подается на блок управления 5. Блок управления производит автоматическое изменение амплитуды возбуждающих импульсов.

Повышение стабильности температуры и ее контроль осуществляются с помощью измерителя температуры 10, который соединен с задатчиком температуры 11. Сигнал рассогласования с задатчика 11 подается на блок управления, а последний вьщает команду на изменение амплитуды подогревающих импульсов.

Использование предложенного лазера позволяет получать одинаковую энергию в каждом импульсе генерации в импульсно-периодическом режиме при изменении частоты следования в широком интервале частот, что значительно расширяет области применения лазеров на парах металлов f и дает возможность, например,

5 в технологической и информационной технике при изменении линейной скорости движения лазерного луча по образцу-экрану оставлять степень тепS 82485A6

левого и светового воздействиязоне частот, повьшает точностные

на облучаемое вещество постоянными,характеристики измерительно-инфоробеспечивает стабилизацию величинымационных систем, в которых примесредней мощности генерации самора-няется предложенное устройство и

зогреваемых лазеров на парах метал-5 увеличивает срок службы лазе лов на любой частоте следованияРов на уровне заданных пара лазерных импульсов в рабочем диапа-метров.

1. ЛАЗЕР НА ПАРАХ МЕТАЛЛОВ , работающий в режиме саморазогрева, со^^ержащий лазерную трубку с электродами, резонатор, источник возбуждения, подключенный к электродам трубки,и задающий генератор, отличающийся, тем, что.с целью повьппения стабильности энергии генерации в импульсе при изменении частоты следования импульсов в широких пределах, в него введены импульсный источник нагрева, формирующий импульсы, не вызывающие генерации, и блок управления, вход которого соединен с задающим генератором, а выходы соединены с входами источников возбуждения и нагрева, причем выход последнего подключен к электродам лазерной трубки.2.Лазер по п. 1, отличающийся тем, что в него введен импульсный измеритель энергии излучения, подключенный через задат- чик энергии к блоку управления.3.Лазер по пп. 1 и 2, о т л и- чающийся тем, что в иего введен измеритель температуры лазерной трубки, подключенный через за- датчик температуры к блоку управления .3^ве