Газовый проточный лазер импульсно-периодического действия Советский патент 1985 года по МПК H01S3/22 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при разработке газовых лазеров импульсно-периодического действия с самопрокачкой рабочего газа по замкнутому контуру. Известны газовые проточные лазеры импульснр-периодического действия iT содержащие разрядную камеру, с одной стороны которой установлена решетка с обратными клапанам а с другой стороны - акустическая тр ба, с помощью кото1эой тепловая энергия газового разряда преобразуется в кинетическую энергию направленного движения газового потока по контуру В таком лазере акустическая труба вместе с полостью разрядной камеры имеет низкую добротность,равную отношению запасенной в трубе энергии колебаний и энергии, теряемой в результате высвечивания через выхо ные сечения акустической трубы. Эта особенность может привести к неполной вентиляции разрядной камеры свежей (охлажденной и химически восстановленной) газовой смесью, HJследовательно, к ухудшению качества раз ряда. Кроме того, использование движущихся элементов механического обратного клапана снижает надежность лазера и усложняет его конструкцию. Указанные недостатки устранены в известном газовом проточном лазере импульсно-периодического действия, содержащем замкнутый контур с разряд ной .камерой, теплообменником, регенератором, акустическим резонатором Гельмгольца, вьтолненным в виде сосуда с горлом, и диффузором 2 . В указанном лазере разрядная камера расположена в горле резонатора Гель гольца. В этом случае расширение нагретого разрядом газа частично прео разуется в энергию давления газа в резонаторе, которая, в свою очередь преобразуется в энергию колебания столба газа в горле резонатора. В процессе колебаний осуществляется прокачка газа через разрядную камер Однако, в таком лазере амплитуда колебания газового столба в горле резонатора, а значгит и эффективность вентиляции разрядной камеры зависит от того, какая доля тепловой энергии разряда переходит в энергию давления газа в резонаторе. Так как подвод те ловой энергии происходит в горле 292 резонатора, т.е. в трубе постоянного сечения одинаково открытой с обеих сторон (у акустического резонатора Гельмгольца площадь сечения самого сосуда многим больше площади сечения горла), то можно приближенно считать, что энергия давления, которая подводится к резонатору после каждого разряда, не превышает полови ны работы расширения, совершаемой нагретым газом. Цель изобретения - повышение средней мощности и частоты следования импульсов лазерного излучения. Эта цель достигается тем, что в известном газовом проточном лазере импульсно-периодического действия, содержащем замкнутый контур с разрядной камерой, теплообменником, регенератором, акустическим резонатором Гельмгольца, вьтолиенньм в виде сосуда с горлом и дффузором, разрядная камера совмещена с частью сосуда акустического резонатора, примыкающей к горлу. На чертеже представлена принципиальная схема лазера. Лазер содержит замкнутый контур 1 с разрядной камерой 2, акустическим резонатором Гельмгольца 3, диффузором 4, теплообменником 5 и регенератором 6.. Лазер работает следующим образом. При помощи специального устройства, инициирующего акустические колебания (на чертеже не показано), газовая среда а акустическом резонаторе 3 в начальньй момент приводится в состояние колебаний с частотой собственных колебаний резонатора. В некоторый момент времени, когда давление колебаний в сосуде акустического резонатора приближается к своему максимальному значению, на электроды подается напряжение и осуществляется импульсный разряд. Адиабатическое расширение газа, нагретого в зоне разряда, приводит к тому, что давление в сосуде резонатора несколько повышается, причем тем больше, чем больше отношение площади сечения сосуда резонатора к площади сечения его горла. Происходит энергетическая подпитка акустической емкости. В следующий момент времени начинается режим выброса газа из сосуда резонатора, сопровождающийся понижением давления в последнем до значения, меньшего среднего значения давления в контуре. По прошествии времени выброса начинается резким наполнения акустического резонатора, характеризуняцийся повьвяением в нем давления. Как только давление в сосуде приблизится к своему макс1Ф1альному значению, на электроды вновь Подается напряжение -и осуществляется импульсный разряд. Процесс повторяется. Возможность размещения разрядной камеры в сосуде резонатора с точки зр«ния ее эффективной вентиляции све жей газовсй смесью объясняется тем, что в этом случае к акустической емкости резонатора при этом же удельном знерговкладе подводится больше подпитывающей .его энергии, чем в случае размещения разрядной камеры в горле. Это происходит, во-первых, потому, что за счет увеличения относительного объема разрядной каме ры вьщеляется больше тепловой энергии, и, во-вторых, потому, что в сто рону сосуда из-за различия в сечениях расширяется большая часть массы нагретого разрядом газа, чем в сторону горла, в то время как в известном устройстве, как было отмечено вы Hje, в сосуд расширяется приблизи94тельно половина массы нагретого разрядом газа. Большей подводимой к акустической емкости энергии соответствует и большая амплитуда колебания давления газа в ней, а значит и большая масса всасываемого и выбрасываемого газа, 1то позволяет увеличить объем разрядной камеры, а следовательно, и энергию в импульсе. Так как частота следования разрядных импульсов совпадает с собственной частотой резонатора, которая в силу неизменности его геометрических размеров также не изменилась, то средняя мощность лазера, определяемая как произведение энергии импульса на частоту, увеличивается. Так как при таком размещении разрядной камеры отпадает необходимость делать в резонаторе сравнительно длинное горло, то, уменьшая, дпину последнего, можно в известных пределах увеличить частоту .следования импуль.сов, что также позволит увеличить среднюю мощность лазера. Данное решение, благодаря увеличению энергии в импульсе при неизменной частоте и уменьшению длины горла резонатора, позволит повысить среднюю мощность излучения и увеличить частоту следования импульсов.

ГАЗОВЬЙ ПРОТОЧНЫЙ ЛАЗЕР ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ, содержа1Щ1Й замкнутый контур с разрядной камерой, теплообменником, генератором, акустическим резонатором Гельмгольца, вьшолненньм в виде сосуда с горлом, и диффузором, о тличающийся тем, что, с целью увеличения средней мощности и частоты следования импульсов излучения, разрядная камера совмедена с частью сосуда акустического резонатора, примыкающей к горлу. (П