ГАЗОВЫЙ CO2-ЛАЗЕР С ПОПЕРЕЧНЫМ ВЫСОКОЧАСТОТНЫМ РАЗРЯДОМ

ГАЗОВЫЙ CO2-ЛАЗЕР С ПОПЕРЕЧНЫМ ВЫСОКОЧАСТОТНЫМ РАЗРЯДОМ


RU (11) 2087064 (13) C1

(51) 6 H01S3/22 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 95119245/25 
(22) Дата подачи заявки: 1995.11.15 
(45) Опубликовано: 1997.08.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: S. Lovold et al. Appl. Phys. Lett. 1982, 40, N 13. R. inclair et al. ournal of Appl. Phys, 1984, v. 56, N 9, p. 2997. Минеев А.И. и др. СО2 лазер с поперечной накачкой препринт N 2, ИОФ РАН. - М. , 1993. 
(71) Заявитель(и): Физический институт им.П.Н.Лебедева РАН 
(72) Автор(ы): Леонтьев В.Г.; Новгородов М.З.; Очкин В.Н.; Шишканов Е.Ф. 
(73) Патентообладатель(и): Физический институт им.П.Н.Лебедева РАН 

(54) ГАЗОВЫЙ CO2-ЛАЗЕР С ПОПЕРЕЧНЫМ ВЫСОКОЧАСТОТНЫМ РАЗРЯДОМ 

Использование: изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при производстве газовых CO2-лазеров с высокой эффективностью накачки. Сущность: газовый CO2-лазер содержит разрядную структуру, состоящую из двух протяженных электродов с несколькими парами вводов ВЧ-энергии. ВЧ-энергия подводится к разряду от источника питания с регулируемой мощностью отрезками кабелей с волновым сопротивлением R. Количество отрезков кабелей равно N /N = 1, 2, 3,...,/. Площадь сечения рабочей поверхности электродов S, межэлектродный зазор d и давление газовой смеси р выбираются из соотношения: S(pd)-1 = CNR-1, где C - коэффициент пропорциональности. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при производстве газовых CO2-лазеров с высокой эффективностью накачки.

Известен CO2- лазер с поперечным высокочастотным (ВЧ) разрядом, содержащий разрядную структуру, состоящую из двух протяженных электродов, расположенных на незначительном расстоянии друг от друга [1] Для возбуждения лазера ВЧ-полем используются два ввода энергии (по одному на каждом электроде). Для эффективной передачи энергии от ВЧ-источника накачки в активную среду лазера необходимо совпадение импедансов нагрузки в режиме горения разряда с выходным импедансом генератора накачки. Для этого между подводящим коаксиальным кабелем и ВЧ-вводами энергии разрядной структуры включают цепь согласования, состоящую из нескольких реактивных сопротивлений, осуществляющую трансформацию комплексного импеданса разряда в импеданс ВЧ-генератора.

Недостатком лазера является то, что в разрядной структуре, обладающей свойствами линии передачи, формируется стоячая волна поля накачки с неоднородным в продольном направлении распределением напряжения. Эта неоднородность обуславливает продольную неоднородность энерговклада в разряд и, как следствие этого, неоднородность коэффициента усиления активной среды лазера, что снижает эффективность накачки.

Известен также CO2-лазер с поперечным ВЧ-разрядом [2] в котором для уменьшения продольной неоднородности коэффициента усиления активной среды используются шунтирующие индуктивности, подключенные между электродами и расположенные вдоль разрядной структуры. Величина индуктивностей выбирается из условия получения резонанса по частоте ВЧ-накачки. Таким образом, в этой конструкции шунтирующие индуктивности не только уменьшают продольную неоднородность напряжения, но и являются частью цепи согласования, преобразующей импеданс разряда лазера в выходное сопротивление источника ВЧ-накачки.

Недостатком лазера являются существенные ВЧ-потери в цепи согласования, в том числе на шунтирующих индуктивностях, которые складываются из потерь на излучение, потерь на межвитковых емкостях, потерь на омическом сопротивлении токам ВЧ.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является CO2-лазер с поперечной ВЧ-накачкой [3] содержащий разрядную структуру с двумя протяженными электродами и источник питания, соединенный с разрядной структурой кабелями через несколько пар вводов, расположенных на электродах. В таком лазере достигается более равномерное распределение энергии накачки вдоль разрядной структуры, а следовательно, более высокая эффективность накачки, чем в известных лазерах при подаче энергии через одну пару вводов энергии.

Недостатком данной конструкции является высокие суммарные потери ВЧ-энергии на омическом сопротивлении цепей согласования, которые включаются между каждым подводящим кабелем и вводами ВЧ-энергии разрядной структуры, что существенно снижает эффективность накачки.

Изобретение решает задачу создания ВЧ CO2-лазера с повышенной эффективностью накачки.

Осуществление изобретения позволит создать конструкцию CO2-лазера с поперечным ВЧ-возбуждением, обеспечивающую минимальные электрические потери при согласовании импеданса разряда с выходным сопротивлением источника питания. При этом одновременно будет обеспечиваться минимальная величина продольной неоднородности усиления.

Это достигается тем, что в известном CO2-лазере, содержащем разрядную структуру, состоящую из двух протяженных электродов с одной или несколькими парами вводов ВЧ-энергии, возбуждаемую поперечным ВЧ-разрядом от источника питания с регулируемой выходной мощностью, соединенного с разрядной структурой N (N 1, 2, 3,) отрезками кабелей с волновым сопротивлением R, площадь сечения S рабочей поверхности каждого электрода, межэлектродный зазор d и давление газовой смеси p выбираются из условия

S(pd)-1 CNR-1,

где S, мм2;

d, мм;

p, мм рт.ст.

R, Ом

C 61102 Оммм/мм рт.ст.

Совпадение импеданса нагрузки с выходным импедансом ВЧ-генератора, соединенного с излучателем лазера несколькими кабелями, обеспечивается достижением сопротивления разрядной структуры, равного R/N. Учитывая, что соединяющие кабели имеют определенное стандартное значение волнового сопротивления (как правило, 50 Ом), в предложенной конструкции осуществляется выбор сопротивления разрядной структуры путем подбора ее геометрии (площадь рабочей поверхности каждого электрода и межэлектродный зазор) и давления газовой смеси. Эти параметры определяются из вышеуказанного соотношения. Эффективность накачки предложенного лазера возрастает благодаря отсутствию специальных цепей согласования, а следовательно, из-за малых электрических потерь.

На чертеже показан предложенный CO2-лазер с поперечным ВЧ-возбуждением.

Лазер содержит источник питания 1, излучатель 2. Энергия электрического поля подводится к разрядному промежутку с помощью отрезков кабелей 3. Разрядная структура излучателя образована протяженными электродами 4 площадью S ab, расстояние между которыми составляет d.

Принцип действия предлагаемого устройства состоит в следующем.

От ВЧ-генератора с помощью нескольких (N) отрезков кабелей с волновым сопротивлением R подается напряжение на разрядную структуру, вследствие чего в разрядном канале возбуждается поперечный разряд и возникает состояние с инверсной заселенностью. Согласование импеданса разряда с выходным сопротивлением источника питания осуществляется достижением сопротивления разряда, равного R/N. Поскольку сопротивление разряда зависит от объема и давления возбуждаемой активной среды, точное его значение можно выбрать при проектировании лазера, задавая геометрию разрядной структуры (величина рабочей поверхности S каждого электрода, межэлектродный зазор d) и давление газовой среды p. Между указанными параметрами и волновым сопротивлением R соединяющих кабелей установлено следующее соотношение:

S(pd)-1 CNR-1,

где S, мм2;

d, мм;

p, мм рт.ст.

R, Ом;

C (61)102 Оммм/мм рт.ст.

Коэффициент пропорциональности C (61)102 Оммм/мм рт. ст. входящий в вышеуказанное соотношение, определен экспериментально для нескольких (не менее 10) совокупностей параметров S, p и d как усредненное значение.

В соответствии с данным предложением создан CO2- лазер, возбуждаемый поперечным ВЧ-разрядом со следующими техническими характеристиками:

Размеры рабочей поверхности электрода (ширинадлина), мм2 - 40280

Межэлектродный зазор, мм 2,5

Давление рабочей смеси, мм рт.ст. 50

Частота ВЧ-поля, МГц 81,36

Мощность ВЧ-генератора, Вт 600

Мощность излучения лазера в диапазоне длин волн 9-11 мкм, Вт 60

Количество соединяющих кабелей 4

Таким образом, изобретение позволяет обеспечить согласование импедансов разряда с выходным сопротивлением ВЧ-генератора без использования внешних цепей согласования и тем самым создать CO2-лазер с поперечным ВЧ-разрядом с повышенной эффективностью накачки. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Газовый СО2 лазер с поперечным высокочастотном разрядом, содержащий разрядную структуру, состоящую из двух протяженных электродов с несколькими парами вводов ВЧ энергии, возбуждаемый поперечным ВЧ разрядом от источника питания с регулируемой выходной мощностью, соединенного с разрядной структурой N (N=1,2,3.) отрезками кабелей с волновым сопротивлением R, Ом, отличающийся тем, что площадь сечения S, мм2, рабочей поверхности каждого электрода, межэлектродный зазор d, мм, и давление Р, мм рт.ст. газовой смеси выбраны из соотношения

S(pd)-1 CNR-1,

где С (6 1) х 102 Ом х мм/мм рт.ст.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru