ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР

ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР


RU (11) 2118025 (13) C1

(51) 6 H01S3/038 

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

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

(21) Заявка: 97111046/25 
(22) Дата подачи заявки: 1997.06.27 
(45) Опубликовано: 1998.08.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. RU. 2025009 C1, H 01 S 3/097, 1994. 2. SU, 797512 A1, H 01 S 3/036 1979. 
(71) Заявитель(и): Алимпиев Сергей Сергеевич; Никифоров Сергей Михайлович 
(72) Автор(ы): Алимпиев Сергей Сергеевич; Никифоров Сергей Михайлович 
(73) Патентообладатель(и): Алимпиев Сергей Сергеевич; Никифоров Сергей Михайлович 

(54) ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР 

Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к созданию импульсно-периодических газовых лазеров с поперечным разрядом, и может быть использовано в научных целях, медицине и лазерных технологиях. Лазер решает задачу уменьшения габаритов и упрощения схемы питания его. Рабочая камера лазера содержит электроды, средства предыонизации, вращающийся вал и теплообменники. Новым является вращение центрального электрода между неподвижных электродов,при этом он образует с неподвижными электродами разрядные промежутки, в которых во всех однавременно формируется основной разряд. Центральный электрод снабжен лопастями, которые обеспечивают циркуляцию газовой смеси и вместе с тем служат для создания вспомогательного разряда, возникающего между краем лопасти и специальным неподвижным электродом предыонизации. Установленный в отдельной камере пассивный разрядчик с контактами вращается синхронно с центральным электродом около дополнительных неподвижных электродов, сближение с которыми обеспечивает комутацию цепи. 2 з.п. ф-лы., 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к квантовой электронике, а именно, к созданию импульсно- периодических газовых лазеров с поперечным разрядом, работающих с высокой частотой следования импульсов, и может быть использовано в научных целях, медицине и лазерных технологиях.

Известен импульсно-периодический газовый лазер, содержащий разрядную камеру с двумя электродами основного разряда, средства прокачки газа, средства формирования коронного разряда, вспомогательные электроды и теплообменник [1].

Недостатками этой конструкции являются увеличенные размеры лазера, вследствие наличия в камере лазера вентилятора и теплообменника, необходимость увеличения мощности двигателя системы прокачки для преодоления газодинамического сопротивления теплообменника и обеспечения им необходимой скорости потока газовой смеси в разрядном промежутке.

Наиболее близким по технической сущности является импульсно-периодический газовый лазер с поперечным разрядом, содержащий в камере вращающийся вал, на котором установлены два диска с отверстиями, на окружности дисков параллельно оси вала закреплены изолированные электроды таким образом, что рабочие поверхности соседних электродов обращены друг к другу [2].

Недостатками конструкции являются: наличие в камере одного разрядного промежутка, поэтому для увеличения мощности лазера необходимо увеличить его размеры. Скользящие контакты электрических вводов при перемещении электродов могут образовывать искры, приводящие к разрушению газовой смеси. Кроме того, электрическая схема таких импульсно-периодических газовых лазеров с поперечным разрядом, как у прототипа, основана на использовании в качестве коммутатора тиратрона, который требует специального питания накальной цепи и импульсной схемы запуска, что приводит к усложнению и к громоздкости электрической схемы, а в целом - увеличивает габариты лазера.

Технической задачей изобретения является уменьшение габаритов и упрощение схемы питания импульсно-периодического газового лазера.

Поставленная задача достигается тем, что в рабочей камере импульснопериодического газового лазера с поперечным разрядом, содержащей электроды, вращающийся вал, средства предыонизации и теплообменники, размещены как минимум два неподвижных электрода основного разряда, между которыми на валу установлен центральный электрод основного разряда, снабженный по крайней мере двумя парами лопастей, установленных под углом друг к другу по всей его длине. Неподвижные электроды рабочими поверхностями обращены к центральному электроду, образуя с ним ограниченные лопастями разрядные промежутки, где во всех одновременно формируется основной разряд.

Для коммутации цепи питания и упрощения схемы лазера на валу центрального электрода установлен пассивный разрядник с контактами, вращающийся синхронно с ним в дополнительной камере, установленной на рабочей камере лазера и снабженной неподвижными электродами, причем неподвижные электроды в дополнительной камере установлены со смещением по углу относительно лопастей центрального электрода так, что при противостоянии контактов разрядника и неподвижных электродов, лопасти центрального электрода находятся напротив неподвижных электродов предыонизации в рабочей камере.

Для создания вспомогательного разряда предыонизации в рабочей камере установлены неподвижные электроды предыонизации, расположенные по обе стороны от неподвижных электродов основного разряда на расстоянии друг от друга, соответствующем углу расхождения лопастей на центральном электроде, между кромками которых и электродами предыонизации возникает вспомогательный разряд.

Сопоставительный анализ с прототипом и анализ источников информации показывает, что заявляемый импульсно-периодический газовый лазер находится в соответствии с критерием "Новизна".

При сравнении формулы изобретения с другими техническими решениями в данной области техники не обнаружено решений, обладающих сходными признаками и решающие аналогичные технические задачи, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "Изобретательский уровень".

Сущность устройства заключается в следующем: вращающийся центральный электрод в рабочей камере лазера служит для формирования объемного разряда синхронно во всех разрядных промежутках, образованных между неподвижными электродами и центральным электродом, одновременно с этим он обеспечивает циркуляцию рабочей газовой смеси с помощью лопастей, расположенных на нем, и за счет трения газа о поверхность электрода. Вместе с тем, центральный электрод служит для создания вспомогательного разряда, возникающего между краем лопасти и специальным неподвижным электродом предыонизации. Коммутацию электрической цепи лазера обеспечивает пассивный вращающийся разрядник, установленный на валу центрального электрода в дополнительной камере.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема лазера, разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, где изображены в рабочей камере центральный вращающийся электрод с лопастями, неподвижные электроды и разрядные промежутки между ними и центральным электродом, и расположенные по обеим сторонам от неподвижных электродов электроды предыонизации; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг 2, где изображен в дополнительной камере пассивный разрядник с контактами. Условно изображены неподвижные электроды.

Лазер выполнен следующим образом. В рабочей камере основного разряда 1 установлены как минимум два неподвижных электрода 2 на изоляторах 3. На вращающемся валу 4 жестко закреплен центральный полый цилиндрический электрод 5, например с двумя парами лопастей 6, образующий с неподвижными электродами 2 два разрядных промежутка, где формируется основной разряд, а лопасти 6 ограничивают физическое пространство для рабочей газовой смеси. Неподвижные электроды 7 круглого сечения, покрытые слоем диэлектрика, соединены с неподвижными электродами 2 и обеспечивают предыонизацию в основном разрядном промежутке. Неподвижно на боковой поверхности рабочей камеры размещены теплообменники 8. Резонатор лазера образован глухим зеркалом 9, полупрозрачным зеркалом 10 и поворотными зеркалами 17 и 18. Для питания разряда служат накопительные емкости 11.

Дополнительная камера разрядника 12, крепящаяся к рабочей камере, содержит, установленный на том же валу, что и центральный электрод 5 и вращающийся синхронно с ним, пассивный разрядник 13, содержащий контакты 14, расположенные на разряднике на таком же диаметре, что и пара неподвижных электродов 15, закрепленных неподвижно на изоляторах 16. Электроды 15 установлены со смещением относительно неподвижных электродов предыонизации 7 в рабочей камере (и соответственно на половину угла между лопастями центрального электрода 5) и соединены через шины 19 с накопительными емкостями 11.

Лазер работает следующим образом.

После наполнения основной камеры 1 (фиг. 1) газовой смесью нужного состава включаются источник высокого напряжения и двигатель (на чертеже не показан), который приводит в движение центральный электрод 5 в рабочей камере 1 и вместе с ним пассивный разрядник 13 в дополнительной камере 12. Коммутация накопительных емкостей 11, заряженных от источника питания, происходит при пробое двух разрядных промежутков в момент сближения контактов 14 на разряднике 13 с неподвижными электродами 15 в дополнительной камере 12. В момент срабатывания разрядника 13 лопасти центрального электрода 5 в рабочей камере находятся напротив электродов предыонизации 7 (фиг. 1 и фиг. 2). Возникает пробой между кромкой лопасти 6 и диэлектрической поверхностью электрода предыонизации. Поскольку ток разряда ограничен емкостью электрода предыонизации 7, разряд происходит равномерно по всей длине электрода 5 и создает начальную ионизацию в основном разрядном промежутке с последующим основным разрядом рабочих емкостей. Разряд будет возбуждаться между лопастями электрода 5 по всей его длине каждый раз в момент пробоя двух разрядных промежутков в дополнительной камере 12 (фиг. 3). Резонатор, образованный зеркалами 9, 10, 17, оптически связывает два разрядных промежутка, тем самым увеличивая длину активной среды. Объем возбужденного газа показан на фиг. 1 пунктиром. Частота следования импульсов определяется числом оборотов вращающегося центрального электрода 5, умноженное на количество пар контактов 14 на пассивном разряднике. 13. Количество пар лопастей зависит от количества пар контактов 14 и должно им соответствовать.

В паузе между импульсами излучения центральный электрод 5 повернется до следующего расположения лопастей напротив электродов предыонизации 7 в рабочей камере и синхронного совпадения электродов 14 и 15 в дополнительной камере разрядника 12. После каждого прохождения лопасти 6 через разрядный промежуток происходит полный вывод газа, нагретого предыдущим импульсом, из активной зоны. Пройдя теплообменник 8, свежий и охлажденный газ, увлекаемый лопастями электрода 5, войдет в зону, где происходит разряд. Лопасти электрода 5 обеспечивают полную смену газа, поскольку высота лопасти электрода 5 приблизительно равна зазору между неподвижным электродом 2 и вращающимся электродом 5.

Угол между лопастями на центральном электроде зависит от ширины неподвижного электрода 2 и размеров электродов предыонизации 7, и равен углу, образованному между собой электродами 7.

В примере конкретного выполнения был создан и испытан лазер на углекислом газе с двумя неподвижными электродами основного разряда. Длина неподвижных электродов лазера составляла 300 мм при зазоре между неподвижным и вращающимся электродом 10 мм. При напряжении источника питания +/- 12 кВ полный энерговклад в разряд составлял 5 Дж, а энергия излучения лазера - 0,3 Дж при частоте следования импульсов до 50 Гц. Частота следования импульсов ограничивалась мощностью используемого высоковольтного источника.

Таким образом, данная конструкция лазера обладает следующими преимуществами:

вращающийся центральный электрод в рабочей камере служит для создания объемного заряда синхронно в двух (или нескольких) разрядных промежутках. Это увеличивает по сравнению с прототипом длину активной среды лазера при тех же габаритах лазера;

он же обеспечивает циркуляцию рабочей газовой среды, что не требует дополнительных средств прокачки газа, и тем самым экономится мощность. Это получается естественно, в отличие от прототипа, где газ должен выйти и, охладившись, снова войти через отверстия во вращающихся дисках, что является проблематичным;

между лопастями электрода 5 и неподвижными электродами 7 в рабочей камере создается разряд предыонизации без дополнительных средств;

по сравнению с прототипом пассивный разрядник с вращающимся электродом 13 упрощает электрическую схему питания устройства, освободив ее от громоздкого тиратрона, его источника питания и импульсной схемы запуска;

предложенная конструкция предыонизационных электродов позволяет избежать экранировки излучения разряда предыонизации электродами основного разряда и одновременно обеспечить эффективную смену газа в разрядном промежутке. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Импульсно-периодический газовый лазер с поперечным разрядом, содержащий в рабочей камере электроды, вращающийся вал, электроды предыонизации и теплообменники, отличающийся тем, что на валу установлен центральный электрод основного разряда, снабженный по крайней мере двумя парами лопастей, установленных под углом одна к другой по всей длине электрода, вокруг которого расположены как минимум два неподвижных электрода основного разряда, рабочие поверхности которых обращены к центральному электроду, образуя с ним ограниченные лопастями промежутки, в которых во всех одновременно формируется основной разряд.

2. Лазер по п.1, отличающийся тем, что в рабочей камере установлены неподвижные электроды предыонизации, электрически связанные с неподвижными электродами основного разряда и расположенные по обе стороны от неподвижных электродов основного разряда на расстоянии друг от друга, соответствующем углу расхождения лопастей на центральном электроде, между кромками которых и электродами предыонизации возникает вспомогательный разряд.

3. Лазер по пп.1 и 2, отличающийся тем, что на валу центрального электрода установлен пассивный разрядник с контактами, вращающийся синхронно с ним в дополнительной камере, размещенной на рабочей камере лазера и снабженной неподвижными электродами, которые установлены со смещением относительно неподвижных электродов предыонизации рабочей камеры.


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