Быстропроточный электроразрядный лазер с поперечным возбуждением

Быстропроточный электроразрядный лазер с поперечным возбуждением

Реферат

 

Быстропроточный электроразрядный лазер с поперечным возбуждением. Сущность изобретения: лазер содержит разрядную камеру с анодом 1 и катодом. Катод выполнен в виде металлических штырей 4, выступающих из катодной стенки 3. На одном уровне с торцами штырей укреплена изоляционная пластина 5 с отверстиями под штыри. Диаметр отверстий в пластине, толщина пластины и диаметр катодных штырей удовлетворяют определенному соотношению. Торцы штырей выполнены вогнутыми с поверхностью конической формы. Конструкция позволяет стабилизировать разряд и повысить удельный энерговклад. 2 ил.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании быстропроточных электроразрядных СО₂-лазеров с поперечным относительно потока рабочего газа электрическим разрядом. Известен быстропроточный электроразрядный лазер, содержащий разрядную камеру с катодом и анодом для осуществления разряда, поперечного потоку рабочего газа, при этом катод выполнен в виде набора металлических штырей, выступающих из стенки разрядной камеры в горячий газ. Наиболее близким решением является быстропроточный электроразрядный лазер, в котором в разрядной камере на уровне торцов металлических катодных штырей укреплена электроизоляционная пластина, отделяющая катодную полость с выступающими из катодной стенки штырями от рабочего объема камеры, в которой происходит течение рабочего газа и его возбуждение тлеющим разрядом. В известных лазерах в катодной полости происходит перегрев рабочего газа и накопление примесей газа, возникающих в результате диссоциации, например О₂, СО₂ и Н₂О и плазмохимических реакций, что приводит к снижению удельного энерговклада в разряд и падению уровня удельной мощности излучения лазера. Кроме того, продукты плазмохимических реакций конденсируются на более холодной катодной стенке, вызывая появление проводящей пленки между рядами катодных штырей, что ведет к снижению эффекта секционирования катода и уменьшению энерговклада в разряд. Целью изобретения является увеличение удельной мощности излучения за счет повышения удельного энерговклада в разряд. На фиг. 1 показана разрядная камера быстропроточного СО₂-лазера, продольный разрез; на фиг. 2 - рабочая поверхность катодной пластины и катодных элементов, план. Разрядная камера быстропроточного электроразрядного лазера содержит анод 1, катодные металлические штыри 2, выступающие из катодной стенки 3, на которые со стороны анода установлены соосно цилиндрические головки 4 из проводящего материала, например из меди, в торцах которых выполнены конические сверления. На катодной стенке 3 размещена катодная перфорированная пластина 5, например, из алюмонитридной керамики, отверстия в которой выполнены соосно с цилиндрическими катодными головками. Катодные штыри 2 подсоединены к источнику 6 питания через омические балластные сопротивления 7. Лазер содержит также оптический резонатор 8 с зеркалами 9. На фиг. 1 показана область положительного столба разряда 10. Для уменьшения рабочей эмитирующей торцовой поверхности катодов и снижения величины пробойного напряжения в разрядной камере в торцах цилиндрических катодных головок 4 выполнены конические сверления с полным углом конусности, при котором при пересечении внутренней конической поверхности с внешней цилиндрической образуется острая кромка головки 4 с радиусом кривизны, равным 0,1-0,2 мм. В отверстиях катодной пластины соосно с ней расположены катодные цилиндрические головки 4. Длина выступающей части штыря 2 меньше расстояния от вершины конусности до катодной стенки 3. Быстропроточный электроразрядный лазер работает следующим образом. Заранее приготовленную рабочую газовую смесь, например СО₂ + N₂ + Не, прокачивают через разрядную камеру лазера, зажигают диффузный тлеющий разряд между острыми кромками катодных головок 4 и анодом 1. С помощью разряда происходит колебательное возбуждение молекул углекислого газа, которое снимается и выводится в виде световой энергии оптическим резонатором лазера. При течении рабочей газовой смеси в разрядной камере в кольцевых зазорах между стенками отверстий катодной пластины 5 и цилиндрическими катодными головками 4 образуются стационарные газовые вихри, вращательная скорость которых зависит не только от скорости рабочей газовой смеси, но и от относительной высоты кольцевого зазора. Электрический пробой, развитие и установление стационарного режима тлеющего разряда происходит между острыми кромками цилиндрической катодной головки 4 и поверхностью анода 1. Вихревое движение газа в кольцевых зазорах катодной пластины 5 стабилизирует достаточно подвижную прикатодную область разряда, выравнивая значение плотности тока на кромках цилиндрических катодных головок 4. Продукты плазмохимических реакций, образующиеся в прикатодной области разряда газовыми вихрями, из кольцевых зазоров выносятся в ядро основного газового потока, предотвращая накопление их в прикатодной области, увеличивая в целом удельный энерговклад в диффузный разряд. Газовые вихри при вращательном движении в кольцевых зазорах пластины 5 отделены от стенок отверстий пластины и катодных головок вязким подслоем, поэтому скорость их вращательного движения зависит от относительной высоты кольцевых зазоров 2h(d_отв - d), где h, d_отв, d - соответственно высота кольцевого зазора или толщина перфорированной катодной пластины, диаметр отверстий катодной пластины и диаметр катодной головки. Экспериментальные исследования разрядной камеры лазера показали, что при скорости рабочей газовой смеси 50-200 м/с и при выполнении условия 0,2 < 2h/(d_отв - d) < 10 достигается более высокий уровень вкладываемой в тлеющий диффузный разряд удельной мощности. При уменьшении этого отношения (<0,2) согласно экспериментальным данным рабочий газ обтекает поверхность катодной пластины 5 без газового вихреобразного движения в кольцевых зазорах, а при превышении этого отношения (>10) за счет сил трения в кольцевых зазорах возникают газовые вихри с малой скоростью движения и слабым обменом с внешним основным газовым потоком. В обоих приведенных случаях происходит локальный перегрев газа в прикатодной области разряда в кольцевых зазорах, где имеют место застойные зоны, что приводит к снижению удельного энерговклада в разряд и соответственно к уменьшению удельной мощности излучения лазера. (56) Авторское свидетельство СССР N 682070, кл. Н 01 S 3/22, 1979. Авторское свидетельство СССР N 745323, кл. Н 01 S 3/22, 1980.

Формула изобретения

БЫСТРОПРОТОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЙ ЛАЗЕР С ПОПЕРЕЧНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ, содержащий разрядную камеру с анодом и катодом, выполненным в виде металлических штырей, выступающих из катодной стенки, при этом на одном уровне с торцами штырей укреплена изоляционная пластина с отверстиями под штыри, отличающийся тем, что, с целью увеличения удельной мощности излучения за счет повышения удельного энерговклада в разряд, изоляционная пластина размещена на катодной стенке, диаметр отверстий в пластине d_отв, толщина пластины h и диаметр катодных штырей d_шт удовлетворяют соотношению 0,2 < 2h(d_отв - d_шт) < 10, при этом торцы катодных штырей выполнены вогнутыми с поверхностью конической формы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000