Газовый лазер
Патент 671660
Авторы
Классы МПК
Газовый лазер
Иллюстрации
Реферат
1. ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР, содержа- 1Ф1Й систему прдкачки, продольный оптический резонатор, соосную 'с ним электроразрядкую камеру с электрода- Ш1 к установленные вдоль нее антипо-Лярныёма^'нитм с TOttofрафией поля каждо^'о HS ййх в виде MarHHTHofo соплй, о т л и ~'ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повшёния выходной мощности и КПД лйзера, в плоскостях сепаратрисе вьппёуказанных магнитов ydтaнdвлeнь^' снабженные раздельными балластнь1ми сопрбтивлейиями секции анода, а' расположённое вниз по потоку зеркало резонатора снабжено системой защиты от действий потока плазмы.2. Лазер по п» 1, о т Л и ч а ющ и и с я тем. Чти система защиты зеркала выполнена в виде магнитной системы с тШ!б:графией"поля в форме магнитйой пробки, установленной в плоскости зеркала, при эт61й в центре зеркала установлена дблолни-гельная .секция' ан'оДа.; ''•• ' •"::••;•'-:•:. ':'";г-'" v-.- ^ --;-' - -^
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„„Я0„„67166
4рц H Of S 3/22
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
AO ДЕЛАМ ИЗОБРнЕТЕКЙЙ И ОТКРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н АВТОИЯОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 -.. (21) 2099692/ f 8-25 лярные магниты с то(пографией поля (22) 28.03.75 . :.r : каждого из них в виде магнитного соп(46) .23.03.85, Sion. ff 13 ла, о т л и ч а в шийся тем, : (72) В.К. Аблеков, В.Н. Баландин, -что, с целью повышения выход ()й щС Д Г и В Н Денисов . -..:ности и КПД лазера, s плоскостях
С.H.Огоро ников и В.В. Прошкин †.сепаратрисс вышеуказанных магнитов (аЗ) е2) . 3)5. 8(088; 8) ::, удеанонлены снабженные рааделаныии (56) t. Карнюшин В.H. Солоухин Р.И. " балластными сопротивлениями секции
Применение газодинамических течений, .анода, а расположенное вниз по потов лазерной технике. — "Физика горе- ку зеркало резонатора снабжено систе- ння и взрыва", 9 2, с. 368-202, 3972. мой зайитй от действия потока плазмы.
2. Патейт США ff 368f7f0, 2. Лазер йо и. 1, о т л и ч а юкл. 331-94,5, ойублик. 1972. ш и и с я тем, что система защиты зеркала выполнена в виде магнитной (54)(57) 3. ГАЗОВЫЙ ЛИТР, содержа- системы e "топографией поля в форме ший систему "прабкачкИ, проДопьный оп" магнитной пробки, установленной в Б тический резонатор, соосную с ним плоскости зеркала, при этом в центре электроразрядиую камеру а электрода- зеркала установлена дополнительная Чую ми и установленные вдоль нее антипо" секция анода.
: а..
Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании мощных газовых лазеров.
Известны электрораэрядные лазеры, в которых увелтичеиисе мощности излучения достигается за счет увеличения стзепеии инверсий путем организации прокачки рабочей среды Щ .
Известен проточный электроразрядиый лазер, содержащий продольный оптйчсеьспкид резсназтар и сооСную e ним разрйдную камеру с электродами, в котором дальнейшеезувеличение степени йиверсйи и связанное с ней увеличентие Мощности излучения достигается путем дополнительного охлаждения рабочей среды при адиабатичес" ком расширении плазмы в позследоваФельйо расположенных соплах (2) .
Последние образованы установленными вдоЛь каиерй антиполярными маг литами с топограФией поля каждого из йик и виде магнитного сопла.
Недостзазтком этого лазера является неиолнозе использование возможностей повыйения мощности излучения и КПД вспседствие неравномерного и нестабйльниого распределения областей генерапии по оси конструкции и загрязнения зеркала, расположенного вниз йо потоку. Кроме того, повышение ЙЩ и вызхзодной мощносетй йзвеeeioro лазез " нз.
"ра огразничез но эрозионной и тепловой . стойкостью вьппеуказанного зеркала.
Целью изобретения является повышение вьтходвопй мощности и КПД лазера.
Зтс а цель достигается тем, что
"в газовом лазере, содержащем систему прокачки продольньй оптический резонатор, соосную с ним электроразрядную камеру с электродами и установленные вдоль нее антиполярные магниты с топографией поля каждого из них в Виде магнитного сойла, в плоскостях сепаратрисс вьппеуказайных магнитов установлейы снабженные раздельными балластными сопротивлениями секции ввода, а расположенное вниз по потоку зеркало резонатора снабжено системой защиты от действия потока плазмы.
Система защиты зеркала может бьггь выполнена в виде магнитной системы с.топографией поля в форме магнитчой пробки, установленной в плоскости зеркала, при этом,в центре зеркала установлена дополнительная секция анода.
71660
55 ние сверхзвуковым, можно это условие записать н ниде — „с — т=т R «+ р Е ) 2
На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый газовый лазер; на фиг.2разрез А-А на фиг.
Лазер состоит из электроразряд-5 ной камеры 1 с секциями анода 2 и полым катодом 3, оптического резона-. тора с полупрозрачным зеркалом 4 и зеркалом 5, магнитами 6 и антиполярными магнитами 7. Секции анода 2 включены в цепь одного источника питания
8 через р«азддельные балластные сопротивления 9. Электроразрядная камера
1 снабжз енза патрубком 10 для ввода га"., эовой смеси и рубашкой охлаждения 11 с вводом и выходом хладагента 12.
В цепи электропитания установлены коммутатор 13 и возбудитель 14.
Лазер работает следующие образом.
Газовую смесь, например CO, + Не +
+ И, подают через патрубок 10 в электроразрядную камеру 1 и откачивают через отверстия в секциях анода 2.
Возбудителем 14 инициируют разряд от источника питания 8 через включенный коммутатор 13 и разрядный промежуток между катодом 3 и секциями анода 2 при включенных магнитах 6 и 7.
Образующаяся при разряде неравновесная плазма И раз адиабатически расширяется и сжимается 8 последовательных магнитных соплах, вызывая дополнительную инверсную заселенность рабочей смеси впнутрй резонатора.
Повьппение Мощности излучения и
КПД устройства достигается усиле35,нием стабилизацИи разряда на снабженных раздельными балластными Сопротивлениями секциях анода путем расно" ложения их в плоскостях сепаратрисс антиполярных магнитов 6 и 7. При. этом
40 расположенное вниз по потоку зеркало 5 резонатора защищено магнитной системой 7 с топографией поля в форме магнитной пробки, кроме того, в центре зеркала 5 установлена допол45 нительная секция анода, позволяющая ". контрагировать плазменную струю на этой секции и тем самым предохранять зеркало 5 от разрушения.
Необходимым условием возникнове50 ния инверсии при течении плазмы в сопле является малость времени изменения поступательной температуры по сравнению с временем релаксации аерх-. него лазерного уровня. Считая тече-
671660
6/+Ф
1 2
М т
ВНКШИ Заказ 1682/3 Тираж 638 Подписное, Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4 т где d», Ц*, Т, Р" —, соответственно размер сопла, скорость, температура и стати"
I ческое давление в критическом сечении; „ — время релакса-. " ции верхнего лазерного уровня.
Применение магнитных сопел с вводом энергии разряда в нйх приводит к дополнительному ускорению потока не менее, чем в 2 раза и уменьшению диссипации энергии на стенки разрядной трубки, поэтому условия для создания инверсной заселенности, согласно вышеприведенному критерию, улучшаются, Мощность дополнительной генерации за счет .введения магнитньж сопел с вводом энергии в них будет определяться скоростью прокачки смеси через объем резонатора и максимально достижймой плотностью активных частиц. Теоретический анализ показывает, что при начальной колебательной температуре азота порядка 2100 К и онтимальном соотношении компонент может
1 быть получена плотность активных 30 частиц h и 10 см, если поступа., тельиаи температура и давление соз4 даваемой смеси будут составлять
300 К и 10 торр соответствен:. мо. При этом величина д и почти ли- 35 нейно возрастает с увеличением на . чальной температуры азота н уменьшением поступательной температуры в облуасти смешивания.
Общий КПД устройства будет равен где Ж, — мощность устройства, аналогично прототипу (Ф
140 Вт). Согласно экспериментальным данным она составляет около О, 12 М (М 1,16 кВт); » — дополнительная мощность излучения, получаемая за счет расширения в магнитном сопле с вводом энергии в него и уменьшения дисси" пации энергии за счет стабилизации разряда и экрани ровки выходного зеркала магнитным полем.
Предельная величина мощности генерации для смеси определяется соотношением
Ч/ =
2 р. зыо(Кт -1
6
rye Na - число Авогадро, p — средний молекулярный вес смеси, h4=
2 10 э Дж — энергия кванта СО -лазе2 ра, е — расход газа, г/с, Т, - тем- . пература газа на входе в магнитное сопло, При соотношении объемных концентраций Иу /СО, — 90;10, T0 — 1800 K u
m - =10 г/с, получим Чу=. 60 Вт.
Таким образом, общая мощность будет равна Vl„+ = 200 Вт и ф, +6I I — 100X = 17Х, тте. уве- личение КПД по сравнению с аналогом на 5%.