УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ ОБЪЕМНОГО РАЗРЯДА В ИМПУЛЬСНОМ ЛАЗЕРЕ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ ОБЪЕМНОГО РАЗРЯДА В ИМПУЛЬСНОМ ЛАЗЕРЕ


RU (11) 2031501 (13) C1

(51) 6 H01S3/09 

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

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

(21) Заявка: 5064474/25 
(22) Дата подачи заявки: 1992.10.06 
(45) Опубликовано: 1995.03.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Баранов В.Ю., Борисов В.М., Степанов Ю.Ю. Электроразрядные эксимерные лазеры. М.: Энергоатомиздат, 1988, с.118. 2. L.F. Champague, A.J.Dudas, N.V.Harries, J.Appl., Phys., V.62, N 5, 1987, p.1576. 3. P.Oesterlin, D.Basting,W. Mucrenheim, SPIE, v.1023, Excimer Lasers and Aplications, pp. 51-54, 1988. 
(71) Заявитель(и): Научно-производственное внедренческое предприятие "Лазерная лаборатория" 
(72) Автор(ы): Борисов В.М.; Христофоров О.Б. 
(73) Патентообладатель(и): Научно-производственное внедренческое предприятие "Лазерная лаборатория" 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ ОБЪЕМНОГО РАЗРЯДА В ИМПУЛЬСНОМ ЛАЗЕРЕ 

Использование: в квантовой электронике, в электроразрядных лазерах ТЕ-типа. Сущность изобретения: устройство для возбуждения объемного разряда в импульсном лазере содержит импульсно заряжаемый первый конденсатор и параллельно подсоединенные к нему через магнитный ключ h генераторов импульсного напряжения, каждый из которых содержит первый LC -инвертор, выполненный в виде двух последовательно соединенных конденсаторов, к крайним выводам которых подсоединена первая катушка индуктивности и к одному из конденсаторов подсоединен тиратрон. С целью повышения амплитуды импульсного напряжения и осуществления возможности увеличения апертуры лазера, его энергия генерации и средней мощности излучения в каждый генератор импульсных напряжения введены второй-k-й последовательно соединенные LC -инверторы, причем общие выводы конденсаторов каждого LC -инвертора соединены между собой дополнительными второй-k-й катушками индуктивности и каждый тиратрон подсоединен к соответствующему конденсатору через насыщаемый дроссель. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для систем накачки преимущественно в широкоапертурных импульсно-периодических эксимерных лазерах.

Известно устройство для возбуждения импульсного объемного разряда с тиратроном в качестве коммутатора, в котором производится перезарядка одной емкости на другую, малоиндуктивно подсоединенную к электродам лазера [1]. Устройство отличается простотой, высоким ресурсом работы при большой частоте следования импульсов.

Ограничением устройства является малая величина разрядного напряжения, не позволяющая увеличить апертуру лазера и его энергию генерации.

Указанного недостатка лишено устройство для возбуждения объемного разряда, содержащее каскадный генератор Маркса с разрядниками в качестве коммутаторов, импульсно заряжаемую симметричную линию Блюмляйна с водяной изоляцией, подсоединенную через разрядник к электродам лазера [2]. При использовании в эксимерном лазере устройство позволяет получать энергию генерации на два порядка большую, чем в предыдущем аналоге.

Однако устройство имеет большие массу и габариты и не может быть использовано для работы в частотном режиме.

Прототипом изобретения является устройство для возбуждения объемного разряда в импульсном лазере, содержащее первый конденсатор и подсоединенные к нему через магнитный ключ первый - n-й генераторы импульсного напряжения (ГИН), подключенные между собой параллельно, причем каждый из ГИН содержит первый LC-инвертор, выполненный в виде двух последовательно соединенных второго и третьего конденсаторов, к крайним выводам которых подключена первая катушка индуктивности, а крайний вывод второго конденсатора через тиратрон связан с выводом источника напряжения [3]. При использовании в эксимерном электро- разрядном лазере прототип позволяет получать высокую среднюю мощность лазерного излучения в импульсно-периодическом режиме и обладает большим ресурсом работы. Указанное устройство позволяет примерно вдвое повысить разрядное напряжение по сравнению с первым аналогом.

Однако в прототипе затруднено дальнейшее увеличение напряжения и соответственно апертуры объемного разряда, энергии генерации и средней мощности излучения лазера из-за ограниченного диапазона напряжения до Uт30 кВ, при которых осуществляется устойчивая работа тиратронов в импульсно-периодическом режиме. В связи с этим при использовании устройства в эксимерном лазере его энергия генерации примерно на порядок ниже, чем в предыдущем аналоге.

Задача изобретения - повышение амплитуды импульсного напряжения и осуществление возможности увеличения апертуры лазера, его энергии генерации и средней мощности излучения.

Задача может быть осуществлена устройством новой конструкции, содержащим первый конденсатор и подсоединенные к нему через магнитный ключ первый n-й ГИН, подключенные между собой параллельно, причем каждый из ГИН содержит первый LС-инвертор, выполненный в виде двух последовательно соединенных второго и третьего конденсаторов, к крайним выводам которых подключена первая катушка индуктивности, а крайний вывод второго конденсатора через тиратрон связан с выводом источника напряжения. Отличие устройства заключается в том, что в каждый ГИН введены второй-К-й последовательно соединенные LC-инверторы, вторая-К-я катушки индуктивности и первый-К-й насыщаемые дроссели, причем общие выводы второго и третьего конденсаторов первого- К-го LC-инверторов соединены между собой соответственно через вторые-К-е катушки индуктивности, при этом упомянутые общие выводы подключены к соответствующему тиратрону через первый-К-й насыщаемые дроссели также соответственно.

Выполнение устройства в указанном виде позволяет, используя стандартные высокоресурсные частотные коммутаторы, в несколько раз увеличить амплитуду напряжений, возбуждающих объемный разряд в импульсном лазере. Это дает возможность увеличить апертуру лазера и существенно, примерно в К2 раз, увеличить его энергию генерации, где К - количество LC-инверторов, соединенных последовательно в каждом ГИН. При этом подсоединение каждого тиратрона к соответствующему второму конденсатору через насыщаемый дроссель снижает потери при коммутации, что позволяет минимизировать количество тиратронов и соответственно число ГИН.

На чертеже схематично изображено устройство для возбуждения объемного разряда в импульсном лазере.

Устройство содержит n ГИН 1, в состав каждого из которых входит К последовательно соединенных LC-инверторов 2. На чертеже изображен случай двух, n = 2, параллельно соединенных ГИН, в состав каждого из которых входит по два, К = 2, последовательно соединенных LC-инвертора. К крайним выводам последовательно соединенных второго 3 и третьего 4 конденсаторов каждого LC-инвертора 2 подключена первая катушка 5 индуктивности. Общие выводы второго 3 и третьего 4 конденсаторов, последовательно соединенных первого-К-го LC-инверторов 2 в каждом ГИН соединены между собой вторыми-К-ми катушками 6 индуктивности. К второму конденсатору 3 каждого первого-К-го LC-инвертора подсоединен тиратрон 7 через насыщаемый дроссель 8, причем в каждом ГИН тиратрон первого LC-инвертора подключен к выводу источника напряжения Uо. Параллельно соединенные между собой ГИН 1 через магнитный ключ 9 подсоединены к первому конденсатору 10, который подключен к катоду 11 и аноду 12 лазера.

Устройство для возбуждения объемного разряда в импульсном лазере работает следующим образом.

Содержащиеся в ГИН 1, каждый из которых состоит из К последовательно соединенных LC-инверторов 2, вторые 3 и третьи 4 конденсаторы заряжаются до начального напряжения Uо (источник напряжения не показан). За исключением вторых конденсаторов 3 первых LC-инверторов, конденсаторы 3, 4 заряжаются через катушки 5, 6 индуктивности. Осуществляется запуск тиратронов 7. Насыщаемые дроссели 8 задерживают на небольшое время, 100 нс, начало резкого нарастания тока через тиратроны 7 во время их замыкания, что снижает в них стартовые потери. После насыщения дросселей 8 за время 1= , где L1 - индуктивность контура, включающего тиратрон 7, второй конденсатор 3 и дроссель 8; С - величина емкости второго конденсатора 3, происходит инвертирование напряжения на вторых конденсаторах 3. При равенстве емкостей конденсаторов 3, 4 на каждом LC-инверторе 2 разность потенциалов на последовательно соединенных конденсаторах 3, 4 достигает величины -2Uо. На выходе каждого ГИН 1, состоящего из К последовательно соединенных LC-инверторов 2, напряжение достигает величины -2KUо. Происходит срабатывание магнитного ключа 9, представляющего собой малоиндуктивный одновитковый дроссель с замкнутым сердечником, насыщение которого происходит за время 10 нс. Осуществляется импульсная зарядка первого конденсатора 10, малоиндуктивно подсоединенного к катоду 11 и аноду 12. В процессе импульсной зарядки происходит перекачка энергии из n параллельно соединенных между собой ГИН 1 в первый конденсатор 10 за время 2. Для эффективной передачи энергии параметры устройства выбираются такими, что >>1 и 2 (1/5), где L2 - величина индуктивностей катушек 5, 6. Во время импульсной зарядки первого конденсатора 10 происходит нарастание напряжения между катодом 11 и анодом 12. Одновременно производится предыонизация разрядного объема между электродами 11, 12 устройством, не показанным на чертеже. Когда напряжение между катодом и анодом достигает значения пробивного напряжения Uпр, происходит основной объемный разряд между ними, что позволяет получить генерацию. Через время 0,1 мс, необходимое для восстановления электрической прочности тиратронов, цикл работы устройства повторяется. Во время импульсного срабатывания часть тиратронов ГИН 1 оказывается под высоким напряжением. В связи с этим устройства, обеспечивающие работу тиратронов во втором-К-м LC-инверторах: накальные трансформаторы, импульсные трансформаторы блоков запуска и др. снабжены обмотками с высоковольтной изоляцией.

При работе устройства диапазон зарядных напряжений Uо ограничен максимально допустимым значением напряжения Uт, при котором осуществляется устойчивая высокоресурсная работа тиратронов в импульсно-периодическом режиме:

Uo Uт . (1)

Для осуществления пробоя и зажигания однородного объемного разряда в лазере амплитуда напряжения 2KUо на выходе ГИН должна быть выше напряжения Uпр, при которых происходит пробой между электродами лазера:

2KUo>U

(2)

Из выражений (1), (2) следует условие для величины К - количества последовательно соединенных LC-инверторов в каждом ГИН:

K>0,5Uпр/U

(3)

Для упрощения устройства количество К последовательно соединенных LC-инверторов выбирается минимальным, удовлетворяющим условию (3):

K=0,5Uпр/U+I

(4)

При работе устройства за каждый импульс через каждый тиратрон протекает заряд Qо, величина которого определяется необходимой для накачки лазера суммарной энергией Ео, запасаемой в n ГИН, количеством тиратронов, равным nK, и величиной зарядного напряжения:

Qo = 2Eo/nKUо . (5)

Для высокоресурсной работы тиратронов величина Qо не должна быть выше некоторого номинального значения заряда Qт, определяемого паспортными данными тиратрона:

Qo Qт. (6)

С учетом выражений (1), (5), (6) условие для величины

n 2Eo/(KUтQт) . (7)

Для упрощения устройства количество n параллельно соединенных ГИН выбирается минимальным, удовлетворяющим условию (7):

n = [2Eo/(KUтQт)] при {2Eo/(KUтQт)} 0 или

n = [2Eo/(KUтQт)] + I при {2Eo/(KUтQт} > 0. (8)

Введение в цепь коммутации тиратронов насыщаемых дросселей 8 снижает потери в тиратронах, что позволяет использовать для выбора величины n первое равенство выражения (8), минимизируя количество параллельно соединенных ГИН.

Использование предложенного устройства для возбуждения объемного разряда в импульсном лазере обеспечивает по сравнению с прототипом увеличение апертуры объемного разряда, повышение энергии генерации и средней мощности излучения лазера.

В настоящее время предложенное устройство в соответствии с чертежом при К= =2, n = 2 испытано для возбуждения XeCl-лазера с апертурой 9х6 см2. Суммарная емкость двух ГИН "в ударе" составляла 100 нФ. При частоте следования импульсов 70 Гц и зарядом напряжения 30,5 кВ получена энергия генерации 12 Дж, максимальная в настоящее время для электроразрядных импульсно-периодических эксимерных лазеров. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ ОБЪЕМНОГО РАЗРЯДА В ИМПУЛЬСНОМ ЛАЗЕРЕ содержащее первый конденсатор и подсоединенные к нему через магнитный ключ n генераторов импульсного напряжения, подключенных между собой параллельно, причем каждый из генераторов содержит первый LC-инвентор, выполненный в виде последовательно соединенных второго и третьего конденсаторов, к крайним выводам которых подключены соответственно первый и второй выводы первой катушки индуктивности, а крайний вывод второго конденсатора через тиратрон связан с выводом источника напряжения, отличающееся тем, что в каждый генератор импульсных напряжений введены второй - K-й последовательно соединенные LC-инверторы, вторая - K-я катушки индуктивности и первый - K-й дроссели, причем общие выводы второго и третьего конденсаторов инверторов соединены между собой соответственно через вторые - K-е катушки индуктивности, при этом общие выводы подключены к соответствующему тиратрону через указанные дроссели соответственно.


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