ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР ЗАМКНУТОГО ЦИКЛА

ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР ЗАМКНУТОГО ЦИКЛА


RU (11) 2295810 (13) C1

(51) МПК
H01S 3/041 (2006.01)
H01S 3/097 (2006.01) 

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

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

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2005119826/28 
(22) Дата подачи заявки: 2005.06.27 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.06.27 
(45) Опубликовано: 2007.03.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2025009 C1, 15.12.1994. RU 2092950 C1, 20.01.1998. JP 4322481, 12.11.1992. US 4571730 A, 18.02.1986. 
(72) Автор(ы): Великанов Сергей Дмитриевич (RU); Запольский Александр Федорович (RU); Ковалев Евгений Васильевич (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Федеральное агентство по атомной энергии (RU); Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU) 
Адрес для переписки: 607188, Нижегородская обл., г. Саров, пр. Мира, 37, ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ", начальнику ОПИНТИ 

(54) ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР ЗАМКНУТОГО ЦИКЛА

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в технологических операциях, медицине, экологии и других областях техники. Импульсно-периодический газовый лазер замкнутого цикла включает корпус в виде двух оболочек, источник питания, резонатор на торцах камеры, систему очистки газовой среды и средство ее прокачки и теплообменник. Оболочки установлены одна в другую с разрядной камерой между ними. Теплообменник и средства очистки газов выполнены в виде единого узла, представляющего собой замкнутый металлический сеточный каркас, заполненный средством очистки газовой среды и установленный в пространстве между оболочками без зазора. Средство прокачки установлено между внутренней оболочкой и замкнутым сеточным каркасом. Техническим результатом изобретения является создание компактной конструкции лазера, обеспечивающей постоянство энергии в импульсах лазерного излучения в течение длительного промежутка времени работы лазера в импульсно-периодическом режиме и повышение КПД лазера. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Область техники

Устройство относится к квантовой электронике, в частности к импульсно-периодическим электроразрядным газовым лазерам замкнутого цикла с поперечным разрядом и другими видами разряда, может быть использовано в технологических операциях, медицине, экологии и других областях техники.

Уровень техники

Известно, что в импульсно-периодических электроразрядных лазерах с замкнутым циклом смены рабочей среды для формирования однородного объемного разряда в активной зоне требуется постоянное соотношение рабочих компонент, равномерное распределение скорости потока по всей длине электродов и отвод тепла. Одновременное выполнение этих условий представляет собой довольно сложную задачу.

Известен электроразрядный импульсно-периодический газовый лазер с предварительной ионизацией ультрафиолетовым излучением, содержащий разрядную камеру с двумя электродами основного разряда, разделенными разрядным промежутком, средства прокачки газа через разрядный промежуток и средства формирования коронного разряда [1].

Известен электроразрядный газовый лазер, включающий камеру, заполненную рабочей средой, источник питания, устройство формирования разряда, выполненное в виде двух электродов, закрепленных на полом металлическом держателе, установленном на торцах камеры, резонатор, нагнетатель газа и теплообменник [2].

Недостатком лазеров [1, 2] является значительное снижение энергии лазерного излучения из-за быстрого загрязнения рабочей смеси газов и его узлов продуктами химической реакции.

В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сущности к заявляемому изобретению электроразрядный импульсно-периодический газовый лазер замкнутого цикла, включающий корпус в виде двух оболочек, установленных одна в другую с разрядной камерой между ними, резонатор на торцах камеры, источник питания, и размещенные в полости между оболочками систему прокачки газовой среды, средства ее очистки, теплообменник, а также размещенное вне корпуса лазера дополнительное устройство очистки рабочей среды. При этом система прокачки газов выполнена в виде двух независимых наборов вентиляторов. Средства очистки газов выполнены в виде устройства осаждения серы, размещенного на выходе из разрядной камеры, и химического очистителя, закрепленного на внутренней поверхности внешней оболочки корпуса лазера по обе стороны от теплообменника. Устройство очистки рабочей среды, размещенное вне корпуса лазера, выполнено в виде насосов, соединенных через шаровой вентиль с емкостью, заполненной очистителем (концентрированный раствор NaOH) [3].

Данный лазер обладает высокой частотой следования импульсов излучения.

Недостатком лазера является снижение энергии излучения за малый промежуток времени в каждом последующем импульсе при работе лазера в импульсно-периодическом режиме и, соответственно, снижение выходной мощности лазера, а также низкий КПД. Конструкция лазера громоздка, его составные узлы - теплообменник и система осаждения серы - занимают значительную часть объема лазера. Технический КПД лазера на более низких частотах составляет ˜1%, а при частоте следования импульсов 4000 Гц снижается до ˜0,5%, что обусловлено возрастанием общей температуры газа, которое сопровождается соответствующим повышением уровня столкновительных потерь, низкой степенью очистки газовой среды от продуктов химических реакций и другими причинами.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом изобретения является создание компактной конструкции лазера и обеспечение постоянства энергии в импульсах лазерного излучения в течение длительного промежутка времени работы лазера в импульсно-периодическом режиме, повышение КПД лазера.

Технический результат в заявляемом изобретении по п.1 достигается тем, что в электроразрядном импульсно-периодическом газовом лазере замкнутого цикла, включающем корпус в виде двух оболочек, установленных одна в другую с разрядной камерой между ними, источник питания, резонатор на торцах камеры, размещенные в полости между оболочками средства очистки газовой среды, систему ее прокачки и теплообменник, новым является то, что теплообменник и средства очистки газов выполнены в виде единого узла, представляющего собой, по крайней мере, один замкнутый металлический сеточный каркас, заполненный средством очистки газовой среды и установленный в пространстве между оболочками без зазора, при этом средство прокачки размещено между внутренней оболочкой и сеточным каркасом.

Во втором варианте выполнения лазера новым является то, что сеточный каркас выполнен из материалов с высокой теплопроводностью.

В третьем варианте выполнения лазера новым является то, что на стенках замкнутого сеточного каркаса дополнительно установлены трубки, соединенные с источником хладагента, размещенным вне оболочек.

Не обнаружены технические решения, совокупность признаков которых совпадает с совокупностью признаков заявляемого импульсно-периодического газового лазера замкнутого цикла по пп.1-3, в том числе с отличительными признаками. Эта новая совокупность признаков является новым техническим средством, который обеспечивает получение технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию "изобретательский уровень".

Так, в лазере по п.1 выполнение теплообменника и средства очистки газов в виде единого узла, представляющего собой, по крайней мере, один замкнутый металлический сеточный каркас, заполненный средством очистки газовой среды, например химическим сорбентом (далее - сорбентом), установленный в пространстве между оболочками без зазора к ним, позволяет осадить и поглотить продукты химических реакций и тепло, выделяемое в разрядном промежутке. Размещенный за разрядной камерой первый замкнутый сеточный каркас с сорбентом позволяет защитить средства прокачки газа от прямого воздействия продуктов химических реакций и тепла. Второй замкнутый каркас с сорбентом, установленный перед разрядной камерой, позволяет обеспечить дополнительную очистку рабочей среды лазера, равномерно распределить плотность газового потока в ней. Кроме того, выше указанное конструктивное выполнение теплообменника и средства очистки газовой среды в лазере позволяют погасить ударные акустические возмущения, возникающие при электрических разрядах, распространяющиеся вверх и вниз по потоку от разрядной камеры, обеспечивая тем самым оптимальные условия формирования последующих разрядов разряда и повышая энергию генерации.

Таким образом, реализация заявляемого компоновочного и конструктивного решения позволит создать компактную конструкцию лазера и повысить стабильность уровня энергии лазерного излучения от импульса к импульсу при длительной работе лазера и его КПД.

При работе лазера по п.2 выполнение замкнутого сеточного каркаса из материалов с высокой теплопроводностью позволит осуществить интенсивный теплообмен между рабочей средой и единым узлом при работе лазера, что приводит к дополнительному техническому результату - упрощению конструкции лазера.

Установка на стенках замкнутого сеточного каркаса дополнительных трубок в лазере по п.3, по которым циркулирует хладагент из источника, размещенного вне корпуса лазера, позволяет выводить избыточное тепло из активной зоны лазера наружу. Благодаря этому устраняется перегрев средства прокачки и среды, появляется резерв для увеличения мощности и частоты инициирования рабочей среды лазера.

На фиг.1 представлена схема поперечного сечения заявляемого импульсно-периодического электроразрядного газового лазера замкнутого цикла по пп.1-2, содержащее 1 и 2 - соответственно внешнюю и внутреннюю оболочки корпуса лазера, 3 - разрядную камеру, 4 - замкнутый сеточный каркас, 5 - средство очистки газов, 6 - средство прокачки, 7 - источник питания.

На фиг.2 представлена схема поперечного сечения заявляемого импульсно-периодического электроразрядного газового лазера замкнутого цикла по п.3, содержащего 1 и 2 - соответственно внешнюю и внутреннюю оболочки корпуса лазера, 3 - разрядную камеру, 4 - замкнутый сеточный каркас, 5 - средство очистки газов, 6 - средство прокачки, 7 - источник питания, 8 - дополнительные трубки.

Заявляемый лазер работает следующим образом.

Средством прокачки 6, установленным между внутренней 2 и внешней 1 оболочками корпуса, рабочая газовая смесь с оптимальной скоростью потока продувается через замкнутый сеточный каркас 4, заполненный средством очистки газов 5, и по каналу, образованному оболочками корпуса 1 и 2, с необходимой для данной частоты следования лазерных импульсов и равнораспределенной по всей длине основных электродов скоростью потока поступает в разрядную камеру 3. Причем замкнутый сеточный каркас 4 размещен в пространстве между оболочками 1 и 2 и торцами корпуса без зазора. По сигналу управления напряжение на источнике питания 7 - генераторе импульсных напряжений (ГИН) - повышается до заданного уровня и после включения коммутатора между основными электродами происходит объемный электрический разряд. Разогретая в результате разряда и содержащая продукты химической реакции рабочая газовая среда выносится потоком из межэлектродного промежутка в пространство между оболочками корпуса 1, 2 и замкнутым сеточным каркасом 4, где происходят падение скорости потока и равномерное распределение газа по всей площади сеточного каркаса 4. Крупные частицы, в том числе сажа и сера, если в состав активной среды входят содержащие их компоненты, осаждаются на первой по потоку сетке каркаса 4 и наружном слое сорбента - средства очистки газа 5. Газообразные продукты химических реакций поглощаются сорбентом 5. Скорость прокачки газовой смеси через сорбент 5 подбирается оптимальной для процессов очистки и поддержания постоянства температуры внутри замкнутого объема лазера путем подбора толщины и площади поверхности фильтра. Очищенная газовая смесь поступает к вентиляторам 6, которые нагнетают газовую смесь в полость между оболочками корпуса 1, 2 или в полость между внутренней оболочкой 2 и вторым сеточным каркасом 4, при его наличии. Далее процесс повторяется, газовая смесь непосредственно или после дополнительной очистки вновь поступает в межэлектродный промежуток разрядной камеры. При этом конкретные формы каркасов подбираются на моделях для обеспечения максимального содержания сорбента, наиболее эффективной очистки рабочей смеси и минимального сопротивления для потока рабочей смеси.

На предприятии проведено расчетно-теоретическое обоснование работоспособности заявляемого лазера в импульсно-периодическом режиме с замкнутым циклом смены рабочей среды, а также разработаны и выполнены опытные образцы лазера. Показано получение постоянства энергии импульсов лазерного излучения в течение нескольких десятков тысяч импульсов, увеличение времени непрерывной работы лазера и предусмотрено поддержание оптимального температурного режима.

Проведено экспериментальное подтверждение работоспособности заявляемого лазера. В заявляемом лазере с внешней подпиткой газов, стабилизирующей состав газовых компонент, получено постоянство энергии импульсов лазерного излучения 106 импульсов инициирования при значительном повышении КПД по сравнению с аналогом. Обеспечено постоянство температуры рабочей смеси и узлов разрядной камеры в заданных пределах независимо от длительности работы лазера.

Заявляемый электроразрядный импульсно-периодический газовый лазер замкнутого цикла компактной конструкции найдет применение в технологических операциях, медицине, экологии и других областях техники.

Источники информации

1. И.В.Павлишин, Ю.А.Балошин,

патент RU 2025009, H 01 S 3/097, 15.12.94.

2. В.В.Атежев, С.К.Вартапетов,

патент RU 2113749, H 01 S 3/03, 20.06.98.

3. Rudko R.I., Drozdowicz Z., Linhares S., Bua D.

Rev. Sci. Instr., 53, 452, 1982.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Импульсно-периодический электроразрядный газовый лазер замкнутого цикла, включающий корпус в виде двух установленных одна в другую оболочек с разрядной камерой между ними, источник питания, резонатор на торцах камеры, размещенные в полости между оболочками теплообменник, средства очистки газов и их прокачки, отличающийся тем, что теплообменник и средства очистки газов выполнены в виде единого узла, представляющего собой, по крайней мере, один замкнутый металлический сеточный каркас, заполненный средством очистки газовой среды и установленный в пространстве между оболочками без зазора, при этом средство прокачки установлено между внутренней оболочкой и замкнутым сеточным каркасом.

2. Импульсно-периодический электроразрядный газовый лазер по п.1, отличающийся тем, что замкнутый сеточный каркас, выполненный из материалов с высокой теплопроводностью, служит теплообменником.

3. Импульсно-периодический электроразрядный газовый лазер по п.1 или 2, отличающийся тем, что на стенках замкнутого сеточного каркаса дополнительно установлены трубки, соединенные с источником хладагента, размещенным вне оболочек.




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