ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЙ ЛАЗЕР

ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЙ ЛАЗЕР


RU (11) 2032972 (13) C1

(51) 6 H01S3/097 

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

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

(21) Заявка: 4905162/25 
(22) Дата подачи заявки: 1991.01.25 
(45) Опубликовано: 1995.04.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Патент США N 3842366, кл.331-94.5, 1979. 2. Авторское свидетельство СССР N 713468, кл. H 01S 3/09, 1981. 
(71) Заявитель(и): Институт электрофизики Уральского отделения РАН 
(72) Автор(ы): Осипов В.В. 
(73) Патентообладатель(и): Институт электрофизики Уральского отделения РАН 

(54) ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЙ ЛАЗЕР 

Использование: изобретение относится к квантовой электронике и может использоваться при создании газовых лазеров. Лазер содержит систему электродов предварительной ионизации, потенциальный и заземленный основные электроды, промежуточный электрод, установленный между основными электродами и подключенный к ним через высоковольтные генераторы, источник питания с накопительным конденсатором, к которому подключены основные электроды, коммутатор, включенный между основным потенциальным электродом и источником питания с накопительным конденсатором, делитель напряжения, одно плечо которого подключено к выводам коммутатора, а другое - к основным электродам. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к квантовой электронике, технике возбуждения объемных газовых разрядов и может использоваться при создании газовых лазеров.

Известен электроразрядный лазер, способный эффективно функционировать при достаточно высоком давлении активной среды. Лазер содержит кювету с системой электродов для возбуждения разряда, источники питания, систему предионизации, резонатор [1]

Недостатком лазера является малая скорость поступления энергии в активную среду, а значит низкое давление активной среды и генерируемая мощность излучения.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является электроразрядный лазер, содержащий кювету с двумя основными электродами, один из которых заземлен, и установленным между ними промежуточным электродом, подключенным к основным электродам через коммутатор и конденсаторы, резонатор, систему предионизации. Основные электроды подключены также к накопительному конденсатору и источнику постоянного напряжения. Конденсаторы, подключенные к промежуточному электроду, имеют емкость намного меньше, чем накопительный конденсатор. В исходном состоянии все конденсаторы заряжены, на основные электроды подано напряжение ниже напряжения статического пробоя. После включения коммутатора и подачи напряжения на промежуточный и основные электроды между ними зажигаются кратковременные самостоятельные разряды, с помощью которых задается концентрация плазмы. В дальнейшем энергия в разряд поступает от источника постоянного напряжения через накопительный конденсатор. Мощностью и частотой самостоятельного разряда задается также мощность несамостоятельного разряда, обеспечивающего ввод основной доли энергии в газ и генерацию излучения [2]

Недостатком известного устройства является узкий диапазон работы, обусловленный низкой напряженностью электрического поля, которая реализуется между основными электродами при разряде накопительного конденсатора. Дело в том, что в действующих установках с объемом активной среды 1 л статические пробивные напряжения составляют менее 0,3 от напряжений статического пробоя, реализующихся в малых объемах с однородным электрическим полем (например, между электродами, выполненными в соответствии с профилями Роговского, Брюса и т. д. ). Ситуация усугубляется по мере повышения давления. При заполнении кюветы эксимерными смесями для реализации лазеров на молекулах ХеCl, KrF, AnF и т.д. Очевидно, что таких Е/р недостаточно по следующим причинам: низкая скорость ввода энергии в газ, а это значит большая длительность разряда, что ведет к снижению диапазона энергий, вводимых в газ, что, в свою очередь, уменьшает диапазон извлекаемых энергий; низкая эффективность ввода энергии в газ, а следовательно, меньший КПД лазера из-за низкого начального значения напряженности поля, реализующегося между профилированными электродами (например, в эксимерных средах оптимальные значения напряженности поля близки к напряженности поля статического пробоя в однородных полях).

Целью изобретения является увеличение энергии излучения.

Указанная цель достигается тем, что в электроразрядный лазер, содержащий кювету с двумя основными электродами, один из которых заземлен, и установленным между ними промежуточным электродом, подключенным к основным электродам через высоковольтные генераторы и систему предионизации, источник питания с накопительным конденсатором, резонатор, введены один коммутатор или несколько параллельных друг другу коммутаторов, подключенных между основным потенциальным электродом и источником питания с накопительным конденсатором, делитель напряжения, одно плечо которого подключено к выводам коммутатора, а другое к основным электродам, а промежуточный электрод установлен таким образом, чтобы выполнялось соотношение

где Uа напряжение, подаваемое на основные электроды;

Uп напряжение, подаваемое на промежуточный и основные электроды;

d расстояние между основными электродами;

d1 расстояние между промежуточным и основным электродами.

В заявляемом решении новые отличительные признаки присоединение основного электрода к выводу источника питания через коммутатор, запараллеленный с плечом делителя напряжения, второе плечо которого связывает электроды основного промежутка и установка промежуточного электрода в соответствии с предлагаемым соотношением в технике получения объемных разрядов в электроразрядных лазерах неизвестны и позволяют получить новый положительный эффект. Эффект обусловлен тем, что после зажигания разрядов между промежуточным и основными электродами его сопротивлением шунтируется плечо делителя напряжения, возрастает напряжение на коммутаторе и вызывает его срабатывание, после чего напряжение на основных электродах возрастает в К раз (К коэффициент деления делителя напряжения). В этом случае объемный разряд в основном промежутке, осуществляющий накачку лазера, выполняет роль устройства поджигающего коммутатор. Такой подход позволяет автоматически зажигать параллельно любое количество коммутаторов и обеспечивать минимальную индуктивность цепи разряда и увеличение напряжения на основных электродах в К раз. Выбор межэлектродных расстояний, исходя из приложенного соотношения, позволяет обеспечить одинаковость напряженности электрического поля в межэлектродном промежутке для любого типа лазера, а не только для СО2-лазера, как в прототипе.

На чертеже показана блок-схема электроразрядного лазера.

Лазер содержит систему электродов 1 и 2 предварительной ионизации, основной электрод 3. Электроды 1 системы предварительной ионизации, например, в виде ряда острий подключены к промежуточному электроду 4, а электроды 2 такого же типа, как электроды 1, подключены к основным электродам 3 и 5 через развязывающий элемент 6 (конденсатор, резонатор, полупроводник и т.д.). Лазер содержит также высоковольтные генераторы 7 и 8, источник 9 питания, коммутатор 10, одно плечо 11 делителя напряжения и другое плечо 12. Основные потенциальный и заземленный электроды 3 и 5 подключены к источнику 9 питания с накопительным конденсатором 13, а промежуточный электрод 4 размещен между основными электродами 3 и 5 и подключен к ним через высоковольтные генераторы 7 и 8. Коммутатор 10 включен между основным потенциальным электродом 3 и источником 9 питания с накопительным конденсатором 13 (при подключении параллельно нескольких коммутаторов 10, каждому коммутатору должен соответствовать элемент делителя напряжения и индивидуальный конденсатор 13). Одно плечо 11 делителя напряжения подключено к выводам коммутатора 10, а другое плечо 12 между основными электродами 3 и 5. Элементами делителя напряжения могут быть резисторы или конденсаторы.

Межэлектродное расстояние между основным и промежуточным электродами d1 выбирается из условия



При выполнении этого условия, связывающего основные параметры межэлектродного промежутка и источников его питания, достигается наилучшая однородность горения разряда в рабочем объеме любого газового лазера независимо от состава рабочей среды.

Коэффициент деления К делителя напряжения выбирается из условия самопробоя коммутатора 10 при зажигании разрядов между электродами 3-4 и 4-5. Для этого необходимо, чтобы выполнялись следующие условия. При использовании резисторов сопротивление плазмы должно быть существенно меньше сопротивления резистора, а при использовании конденсаторов емкость элемента должна быть такой, чтобы успевать разряжаться через сопротивление плазмы в течение действия высоковольтных импульсов.

Лазер работает следующим образом.

В исходном состоянии конденсатор 13 с источника питания заряжен до напряжения КUа, а к основным электродам 3 и 5 приложено напряжение Uа. Элементы 6 не заряжены. После срабатывания импульсных высоковольтных генераторов 7 и 8 напряжение Uп подается на электроды 4-5 и промежутки между электродами 2 и 1. На фронте высоковольтного импульса в промежутках между электродами 1, 2 зажигается вспомогательный разряд, производящий предварительную ионизацию в объемах между электродами 3-4 и 4-5, током которого заряжаются конденсаторы 6. По достижении пробивного напряжения в промежутках между электродами 3-4 и 4-5 возбуждается объемный разряд. Напряжение на игле 12 делителя напряжения уменьшается (если в качестве такого элемента выбран резистор, то он шунтируется разрядом, если конденсатор, то он разряжается через сопротивление разряда в промежутке 3-5), а на плече 11 делителя возрастает. Такое перераспределение напряжения между плечами делителя вызывает срабатывание коммутатора 10 и полное напряжение источника 9 питания (КUа) прикладывается к промежутку между электродами 3-5. Таких коммутаторов может быть установлено параллельно нужное количество. При этом число коммутируемых емкостей 13 и делителей напряжения должно быть столько же. Такая схема их включения обеспечивает их параллельный запуск с высокой эффективностью и точностью. После пробоя коммутатор 10 и конденсатор 13 начинают разряжаться через сопротивление плазмы в промежутке между электродами 3 и 5, обеспечивая ввод основной доли энергии в газ и накачку лазера. Можно выделить два характерных крайних режима работы лазера. Первый режим напряжения Uп>>Ua, концентрация плазмы задается высоковольтными генераторами 7 и 8, длительность импульса напряжения генераторов 7 и 8 короткая, основная доля энергии вводится в газ после срабатывания коммутаторов 10 от источника 9 на стадии распада плазмы. Второй режим: самостоятельным разрядом в промежутках между электродами 3, 4 и 4,5, возбуждаемым с помощью генераторов 7 и 8, осуществляется предварительная ионизация рабочей среды с высокой начальной концентрацией заряженных частиц. Основная доля энергии в газ вводится после срабатывания коммутаторов 10 от источника 9 на стадии ионизационного размножения электронов и распада плазмы. В этом случае самостоятельный разряд, производимый высоковольтными генераторами, осуществляет роль высокоинтенсивного предионизатора и запускающего коммутатора 10 устройства одновременно.

Предложенный лазер обладает более широким диапазоном работы по Е/р. Это, в свою очередь, может привести к расширению диапазона давлений активной среды, повышения вводимой, а значит и извлекаемой энергии, увеличению эффективности лазера. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫЙ ЛАЗЕР, содержащий кювету с основными электродами, один из которых заземлен, и установленным между ними промежуточным электродом, подключенным к основным электродам через высоковольтные генераторы и соединенные последовательно электроды системы предыонизации и развязывающий элемент, а также источник питания с накопительным конденсатором, отличающийся тем, что, с целью увеличения энергии излучения, в него введены коммутатор или несколько параллельных друг другу коммутаторов, включенных между основным электродом и источником питания с накопительным конденсатором, а также делитель напряжения, одно плечо которого подключено к выводам коммутаторов, а второе к основным электродам.


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