ЛАЗЕР С СВЧ-РАЗРЯДОМ

ЛАЗЕР С СВЧ-РАЗРЯДОМ


RU1440308 (13) C

(51) 6 H01S3/09 

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

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

(21) Заявка: 4146505/25 
(22) Дата подачи заявки: 1986.11.14 
(45) Опубликовано: 1995.01.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Муллер Я.Н. и др. Гелий-неоновый лазер с СВЧ- накачкой./Квантовая электроника, 1977, т.4, N 8, с.1788- 1789. A.I.Mendelsohn, A microwave - pumped Xecl* laser, Applied Physics Letters, 1981, 38, N 8, p.603-605. 
(71) Заявитель(и): Ростовский государственный университет; Институт общей физики АН СССР 
(72) Автор(ы): Кравченко В.Ф.; Прохоров А.М.; Савранский В.В.; Шелепо А.П. 
(73) Патентообладатель(и): Научно-исследовательский институт при Ростовском государственном университете 

(54) ЛАЗЕР С СВЧ-РАЗРЯДОМ 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для получения мощного лазерного излучения. Целью изобретения является упрощение конструкций устройства ввода СВЧ-мощности в разрядную трубку газового лазера, расширение диапазонов рабочих частот и вводимых плотностей СВЧ-мощности. Лазер содержит разрядную трубку с рабочим веществом, выходные окна, резонатор, источник и устройство ввода СВЧ-мощности. Устройство ввода СВЧ-мощности в разрядную трубку газового лазера выполнено в виде Н-плоскостного секториального волноводного рупора, в выходной плоскости которого помещена короткозамыкающая проводящая пластина. Внутри рупора на расстоянии четверти длины волны генератора от этой пластины расположена разрядная трубка, концевые участки которой через отверстия в узких стенках и запредельные волноводы выведены из рупора. Для улучшения однородности распределения мощности вдоль оси разрядной трубки широкие стенки рупора выполнены в форме выпуклых поверхностей, повторяющих распределение напряженности электрического поля в поперечном сечении рупора. Устройство позволяет достичь согласование СВЧ-генератора с разрядной трубкой в широком диапазоне частот и плотностей СВЧ-мощности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для получения мощного лазерного излучения.

Целью изобретения является упрощение конструкции лазера, расширение диапазонов рабочих частот и плотностей вводимой мощности, при которых достигается согласование СВЧ-генератора с лазерной разрядной трубкой.

На чертеже изображен лазер с СВЧ-разрядом.

Корпус Н-плоскостного секториального волноводного рупора 1 имеет входной фланец 2 для соединения с выходом генератора СВЧ-мощности магнетронного типа. В выходной плоскости рупора расположена короткозамыкающая проводящая пластина 3. В узких стенках рупора выполнены отверстия, закрытые запредельными круглыми волноводами 4, внутри которых на расстоянии четверти длины волны СВЧ-генератора от короткозамыкающей пластины расположена лазерная разрядная трубка 5 с выходными окнами 6. Зеркала 7 образуют оптический резонатор.

Лазер с СВЧ-разрядом работает следующим образом.

СВЧ-мощность от источника поступает через входной фланец 2 в рупор 1. Форма раскрыва рупора выбрана, так, чтобы обеспечить равномерное распределение падающей СВЧ-мощности по длине разрядной трубки. Широкие стенки рупора выполнены в форме выпуклых поверхностей, повторяющих распределение напряженности электрического поля в поперечном сечении рупора, что позволяет получить одинаковые значения напряженности электрического поля СВЧ-волны по длине разрядной трубки, а следовательно, и однородность разряда по оптической оси лазера. В момент включения источника СВЧ-мощности СВЧ-волна отражается от короткозамыкающей проводящей пластины 3, и в месте расположения разрядной трубки 5 образуется пучность электрического поля, что приводит к СВЧ-пробою и к развитию разряда в ней. При этом наблюдается генерация лазерного излучения. Запредельные волноводы 4 служат для предотвращения просачивания СВЧ-мощности, не поглощенной в плазме, за пределы устройства.

Расположение разрядной трубки на расстоянии четверти длины волны от короткозамыкающей проводящей пластины облегчает пробой газа в ней при подходе СВЧ-импульса за счет увеличения амплитуды электрического поля в пучности стоячей СВЧ-волны и, следовательно, скорейшее установление режима бегущей волны при возникновении разряда, т.е. достижение согласования плазмы разряда с СВЧ-источником в широком диапазоне длин волн и энергии (диапазон частот 8200-12500 МГц).

В данной конструкции, начиная с момента образования плазмы разряда, согласование практически не зависит от частоты и амплитуды СВЧ-поля. Такое свойство обусловливается применением в качестве нагрузки в рупоре газоразрядной плазмы, поглощение которой СВЧ-мощности растет по мере увеличения подводимой СВЧ-мощности, так как концентрация электронов в плазме возрастает до критического значения (1013 - 1016 см-3), которое зависит как от частоты СВЧ-поля, так и от сорта и давления газа.

Необходимость выбора формы боковой поверхности рупора, соответствующей эпюре напряженности электрического поля, объясняется тем, что для оптимальной работы лазера необходимо, чтобы плазма разряда была однородна по всей длине разрядной трубки, т.е. температура электронов, степень ионизации, а также коэффициент усиления не должны меняться вдоль распространения лазерного излучения.

В СВЧ-разряде это выполняется при постоянстве амплитуды электрического поля СВЧ-волны вдоль оси разрядной трубки, что и достигается выбором формы боковой поверхности рупора. Кроме этого, при однородности СВЧ-плазмы вдоль оси разрядной трубки (вдоль закорачивающей рупор пластины) ее влияние на перераспределение поля в рупоре отсутствует. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. ЛАЗЕР С СВЧ-РАЗРЯДОМ, содержащий разрядную трубку с рабочим веществом и выходными окнами, резонатор, генератор и устройство ввода СВЧ-мощности в разрядную трубку, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазонов вводимых плотностей и частот СВЧ-мощности, упрощения конструкции лазера, устройство ввода СВЧ-мощности выполнено в форме Н-плоскостного секториального волноводного рупора, в выходной плоскости которого помещена короткозамыкающая проводящая пластина, внутри рупора расположена разрядная трубка, концевые участки которой через запредельные волноводы и отверстия в узких стенках рупора выведены из него, короткозамыкающая проводящая пластина расположена на расстоянии o/4 от оси разрядной трубки и параллельно ей, где o - длина волны генератора, соответствующая середине диапазона СВЧ-частот.

2. Лазер по п.1, отличающийся тем, что, с целью улучшения однородности распределения мощности вдоль оси разрядной трубки, широкие стенки рупора выполнены в форме выпуклых поверхностей, повторяющих распределение напряженности электрического поля в поперечном сечении рупора.