ПРОТОЧНЫЙ CO2 -ЛАЗЕР

ПРОТОЧНЫЙ CO2 -ЛАЗЕР


RU (11) 2035811 (13) C1

(51) 6 H01S3/097 

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

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

(21) Заявка: 5037195/25 
(22) Дата подачи заявки: 1992.04.14 
(45) Опубликовано: 1995.05.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Патент США N 3748594, кл. 331-94.5, 1973. 2. Заявка ФРГ N 2917995, кл H 01S 3/097, 1980. 
(71) Заявитель(и): Кораблев Александр Сергеевич; Яценко Николай Афанасьевич 
(72) Автор(ы): Кораблев Александр Сергеевич; Яценко Николай Афанасьевич 
(73) Патентообладатель(и): Кораблев Александр Сергеевич; Яценко Николай Афанасьевич 

(54) ПРОТОЧНЫЙ CO2 -ЛАЗЕР 

Использование: в приборах квантовой электроники, в частности в технологических лазерах. Сущность изобретения: в проточном CO2 - лазере, содержащем разрядную камеру с металлическими электродами и оптический резонатор, ось которого ориентирована поперек направления потока газовой смеси в разрядной камере, каждый электрод выполнен в виде набора основных пластин, электрически соединенных между собой и расположенных параллельно друг другу, установленных так, что в каждой паре электродов основные пластины одного электрода расположены посредине между основными пластинами другого электрода по направлению потока газовой смеси при определенном соотношении размеров электродов, а плоскость, проходящая через нижние по потоку кромки основных пластин пары электродов, параллельна оси резонатора и расположена по потоку выше него на определенном расстоянии, при этом электроды подключены к источнику высокочастотного переменного напряжения с частотой, превышающей 40 МГц, в оновных пластинах электродов могут быть равномерно выполнены отверстия диаметром, связанным с их толщиной расчетным соотношением, кроме того, между двумя соседними основными пластинами может быть установлена по крайней мере одна дополнительная параллельная пластина, электрически изолированная от всех остальных пластин, с размерами, выбранными из условия предотвращения горения разряда в обход дополнительных пластин. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в мощных проточных газовых лазерах.

Известен проточный газовый лазер [1] который содержит размещенные в разрядной камере металлические электроды с покрытыми диэлектриком рабочими поверхностями. Электроды подключены к источнику переменного напряжения, что позволяет возбуждать в камере высокочастотный емкостный разряд.

Недостатком данного лазера является наличие диэлектрика в разрядной камере, что снижает надежность и приводит к необходимости повышения напряжения на электродах.

Этот недостаток устранен в известном проточном газовом лазере [2] в котором металлические электроды не имеют диэлектрического покрытия и подключены к источнику переменного высокочастотного напряжения. Ось оптического резонатора проходит между электродами поперек направления потока газа.

Недостатком данного лазера является уменьшение его мощности, так как устранение диэлектрического покрытия приводит к снижению устойчивости разряда и уменьшению удельного энерговклада.

Целью изобретения является повышение мощности лазера путем увеличения поперечного сечения потока активной среды, повышения рабочего давления и удельного энерговклада в разряд.

Цель достигается тем, что в проточном СО2-лазере, содержащем размещенную в разрядной камере по крайней мере одну пару металлических электродов, подключенных к источнику высокочастотного переменного напряжения с частотой f, и оптический резонатор, ось которого ориентирована поперек направления потока газовой смеси в разрядной камере, источник высокочастотного переменного напряжения выполнен так, что f превышает 40 МГц, каждый электрод выполнен в виде набора основных пластин, электрически соединенных между собой и расположенных параллельно друг другу, электроды установлены так, что в каждой паре электродов основные пластины одного электрода расположены посредине между основными пластинами другого электрода параллельно им и направлению потока газовой смеси, размеры электродов удовлетворяют соотношениям

< H < (1)

L < (2) где Н расстояние между соседними пластинами в паре электродов;

Р парциальное давление молекулярных компонент в газовой смеси лазера;

L протяженность пары электродов вдоль ближайшего к ней участка оси оптического резонатора;

f в мегагерцах;

а 102 мм.МГц;

b 106 мм3/2.(мм рт.ст.) 1/2.МГц;

с 5.104 мм.(мм рт.ст.).МГц, при этом электроды размещены в разрядной камере так, что каждая плоскость, проходящая через нижние по потоку кромки основных пластин пары электродов, параллельна ближайшему к ней участку оси резонатора и расположена по потоку выше его на расстоянии, не превышающем u где u скорость потока верхнего лазерного уровня при рабочих параметрах газовой смеси лазера; время релаксации верхнего лазерного уровня при рабочих параметрах газовой смеси лазера.

В этом лазере в основных пластинах могут быть равномерно выполнены отверстия с диаметром d, удовлетворяющим соотношению:

< d < 4h где h толщина основных пластин.

В лазер могут быть введены дополнительные пластины, при этом между двумя соседними основными пластинами параллельно им установлена по крайней мере одна дополнительная пластина, электрически изолированная от всех остальных пластин, а размеры дополнительных пластин выбраны из условия предотвращения горения разряда в обход дополнительных пластин.

Выполнение электродов в виде наборов пластин, удовлетворяющих соотношениям (1,2), позволяет увеличить общее поперечное сечение потока, поднять рабочее давление и энерговклад в разряд. Это связано с тем, что предельный удельный энерговклад и устойчивость разряда возрастают с уменьшением межэлектродного расстояния.

Экспериментально установлено, что для СО2-лазера зазор между пластинами электродов Н не должен превышать с/Pf. При выполнении этого соотношения разряд между пластинами стабилизируется емкостными слоями, формирующимися у поверхностей пластин, и сохраняет однородность при максимальных для СО2-лазеров удельных энерговкладах, если частота источника переменного напряжения превышает 40 МГц. При меньших частотах и рабочих энерговкладах возможен пробой емкостных слоев и переход разряда в сильноточную форму с нарушением его однородности и разрушением электродов.

Расстояние между пластинами не должно быть меньше двойной толщины емкостных приэлектродных слоев, которая для ВЧ-разрядов в характерных для СО2-лазеров рабочих смесях может быть представлена как а/f.

Размеры набора пластин электродов L в направлении поперек потока выбираются из условия горения разряда во всех зазорах между пластинами электродов и обеспечения при этом достаточно равномерного энерговклада по площади электрода. Экспериментально установлено, что при рабочих энерговкладах в смесях СО2-лазера величина L не должна превышать 106/f(PH)1/2. Это связано с тем, что с ростом частоты f сужается диапазон значений напряжения, при котором возможно свободное горение разряда. Поскольку по набору пластин ВЧ-напряжение неизбежно распределено неоднородно, то необходим подбор Р, Н и L при данной частоте f, при которых обеспечивается горение разряда во всех межэлектродных зазорах.

Расположение резонатора по потоку ниже электродов позволяет получить генерацию с потока газа, возбужденного во всех разрядных промежутках. При этом в лазере отсутствуют элементы, которые ограничивают апертуру резонатора и создают блики, ухудшающие качество излучения.

Если в пластинах выполнены отверстия, то повышается надежность одновременного возбуждения разряда во всех образованных пластинами промежутках. При выполнении условия d > a/f боковая поверхность пластин в отверстиях участвует в процессе возбуждения разряда. Отверстия заполняются плазмой, что инициирует пробой соседних разрядных промежутков при первоначальном пробое одного. В потоке в отверстиях образуются заполнение плазмой застойные зоны, что предотвращает сдувание разряда. При d < 4h не уменьшается рабочая поверхность пластин. В противном случае выполнение отверстий в пластинах ведет к увеличению падения напряжения на слое и к повышению опасности его пробоя.

Если между основными пластинами установлены дополнительные, то на их поверхностях в разряде также образуются емкостные слои. Поэтому введение дополнительных пластин приводит к увеличению суммарного падению напряжения на слоях и к увеличению их стабилизирующего воздействия, что позволяет увеличить удельный и общий энерговклад.

На фиг.1 показаны электроды лазера и расположение относительно них зеркал оптического резонатора; на фиг.2 то же, при использовании нескольких пар электродов, установленных последовательно по потоку; на фиг.3 изображены электроды с дополнительными пластинами.

Лазер содержит (фиг.1) по крайней мере одну пару металлических электродов, один из которых выполнен в виде набора основных пластин 1, другой основных пластин 2. Эти пластины могут быть закреплены на трубках 3 с каналами для протока хладагента и отделены друг от друга дистанционирующими шайбами 4. В пластинах 1 и 2 могут быть равномерно выполнены отверстия. Число отверстий в пластинах и их шаг выбираются с учетом необходимой механической прочности и электрической проводимости пластин. Электроды подключены к источнику 6 ВЧ-напряжения. Глухое 7 и выходное 8 зеркала резонатора установлены так, что его ось проходит по потоку ниже пластин поперек направления потока. При использовании в лазере нескольких установленных последовательно по потоку пар электродов (фиг.2) применяется составной резонатор, дополненный поворотными зеркалами 9. Между основными пластинами 1 и 2 могут быть установлены дополнительные пластины 10 (фиг.3). Они могут выполняться как из диэлектрика, так и из электропроводящего материала. В последнем случае они должны устанавливаться при помощи диэлектрических крепежных элементов (не показаны) и быть электрически изолированными от основных пластин и других электропроводящих элементов лазера. Размеры дополнительных пластин в перпендикулярном току направлении должны превышать размеры основных пластин настолько, чтобы падение напряжения на плазме по пути обхода дополнительной пластины превышало падение напряжения на слоях у этой пластины. В этом случае исключается зажигание разряда в обход дополнительных пластин. Так как падение напряжения на слое зависит от плотности тока, то размеры пластин 10 должны выбираться с учетом наиболее напряженных режимов.

Лазер работает следующим образом.

В разрядной камере создается поток рабочего газа. Через трубки 3 обеспечивается проток хладагента, например, воды. На электроды 1, 2 подается ВЧ-напряжение от генератора 6. При этом между основными и дополнительными пластинами возбуждается ВЧ-разряд и в рабочем газе, протекающем между пластинами, возникает инверсная заселенность. Генерация лазерного излучения возникает в оптическом резонаторе, образованном зеркалами 7, 8 и отражателями 9.

В данном лазере можно увеличить поперечное сечение потока активной среды наращиванием длины пластин электродов в направлении поперек оси резонатора и направления потока. Повышенная устойчивость ВЧ-разряда при малых межэлектродных зазорах позволяет поднять удельный энерговклад и рабочее давление газовой смеси. Это приводит к повышению мощности лазера. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. ПРОТОЧНЫЙ CO2 -ЛАЗЕР, содержащий размещенную в разрядной камере по крайней мере одну пару металлических электродов, подключенных к источнику высокочастотного переменного напряжения с частотой f, и оптический резонатор, ось которого ориентирована поперек направления потока газовой смеси в разрядной камере, отличающийся тем, что источник высокочастотного переменного напряжения выполнен так, что f > 40 МГц, каждый электрод выполнен в виде набора основных пластин, электрически соединенных между собой и расположенных параллельно одна другой, электроды установлены так, что в каждой паре электродов основные пластины одного электрода расположены посередине между основными пластинами другого электрода параллельно им и направлению потока газовой смеси, размеры электродов удовлетворяют соотношениям





где H расстояние между соседними пластинами в паре электродов;

P парциальное давление молекулярных компонент в газовой смеси лазера;

L протяженность пары электродов вдоль ближайшего к ней участка оси оптического резонатора;

a 102 мм МГц;

b 106 мм3/2 (мм рт.ст.)1/2 МГц;

c 5 104 мм МГц мм рт.ст.

при этом электроды размещены в разрядной камере так, что плоскость, проходящая через нижние по потоку кромки основных пластин пары электродов, параллельна ближайшему к ней участку оси резонатора и расположена по потоку выше его на расстоянии, не превышающем v, где v скорость потока газа в разрядной камере, время релаксации верхнего лазерного уровня при рабочих параметрах газовой смеси лазера.

2. CO2-лазер по п.1, отличающийся тем, что в основных пластинах равномерно выполнены отверстия диаметром d, удовлетворяющим соотношениям



где h толщина основных пластин.

3. CO2-лазер по п.1, отличающийся тем, что в паре электродов между двумя соседними основными пластинами параллельно им установлена по крайней мере одна дополнительная пластина, электрически изолированная от всех остальных пластин, а размеры дополнительных пластин выбраны из условия предотвращения горения разряда в обход дополнительных пластин.


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