Способ получения лазерного излучения

Союз Советских Социалистииеских РеспубликОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 16,03.70 (21) 15164 1)М,Кл Н 015 3/2 присоединением аявкиГосударственный комитет Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретени ейцдли М. Биберман, .В соких температур АН ССС 1 нститут) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО 11 ЗЛУЧЕ 1111 Я го мош наль рак ый Изобретение относится к области квантовой электроники и может, быть использовано при конструировании газовых лазеров с прокачкой рабочего вещества.Известные газовые лазеры, работаюшие в непрерывномрежиме, по своей мош ности и КПД значительно превосходят твердотельные и другие типы лаз еров, раб отающих в том же режиме, Мощные газовые лазеры возбуждаются газовым разрядом, причем особенности разряда ограничивают выходную мощность лазера. Действительно, инверсная заселенность может быть получена только при не слишком вь:- сокой темйературе тяжелых частиц, Так, например, для лазеров, работающих на СО, температура не должна превышатьо700 К. При большей температуре столкновительные процессы приводят к увеличению концентрации молекул на нижцем лазерном уровне. Это обстоятельство ограничивает возможности повышения выходной мощности лазера за счет увеличения поперечных размеров разрядной трубки или плотности газа. При необходимости создать лазер оробьев, Б. М. Смирнов и большой мощности, цужцо составлять е из отдельных элементов, причем стьиовка этих элементов приводит к тому, чтоность лазера возрастает цеп 1 опорццоно размерам 1 1Эти трудности в значительной мере лпк видируются при использовании бьст 1 оп 1 ото ныхэлектрораз 1 идцых лазеров, в которых способ получения излучения включает прокачку газовой смеси в газодинампческом т те, содержащем резонатор и разряди канал 12 1 с этом случае в энергию излучения преобразуется электроэнергия внешней сети. Система питация современных электроразрядпых лазеров пмсет значительные габариты. Роль протока газа сводится к устранению перетреьа смеси. Можно предвидеть, что по мере увели ения мощности затраты энергии ца прокачку будут возрастать, снижая КГ 1 Д лазера как энерге-, тической машины ь целом.Цель изобретения - увеличение выходной мощности и КПД проточных лазеров.Это достигается тем, что по предлагаемому способу осуществляют прямое пробразование энергии газового потока в энергию лазерного излучения, Этот способ включает прокачку газовой смеси в газодинамическом тракте, содержащем разрядный канал с резонатором. Однако прокачку осуцествляют в поперечном магнитном поле,Соэдаюшем индуцированный разряд в лазерной смеси.Гаэ, протекающий в поперечном магнитномполе, циркулирует так же, как в МГД- генераторе закрытого цикла, являясь одновременно рабочим телом МГД-генератора и активной средой лазера. При движении газа впоперечном магнитном поле возникает индуцированное электрическое поле, котороедействует на слабоионизированный газ также, как электрическое поле, создаваемоевнешним источником в известных газоразрядных лазерах, и создает инверсную заселенность на каком.-либо уровне активнойсреды. Таким образом, .энергия газовогопотока пребразуется в устройстве непосредственно в энергию лазерного излуче- р 5ния,Предлагаемый способ реализуют при помощи устройства, которое можно назватьмагнитогидродинамическим лазером (МГДЛ) .Это устройство включает в себя газодина- З 0мический тракт с резонатором и разрядныманалом с непроводящими стенками, из которых две противолежащие снабжены секционированными электродами. Устройствоотличается от известных лазеров тем, что 35дня получения лазерного излучения по описанному способу, разрядный канал с резонатором помещен между полюсами магнитной системы, магнитное поле которой перпендикулярно направлению " потока газа, 40а противолежащие электроды попарно эакорочеиы.Устройство, реализукнцее предлагаемыйспособ, показано на чертеже, где 1 - сопло, 2 - диффузор, 3 - канал, 4 - попарно короткозамкнутые электроды,5 и 6 -зеркала резонатора, 7 - магнитная система.Принцип действия предлагаемого лазерасводится к следующему. 50Гаэ, являющийся активной средой, черезсопло 1 поступает в канал 3, обладая достаточно низкой температурой,и высокойскоростью течения, котораясравнимаили превосходит скорость звука. После 55прохождения канала гаэ тормозится диффуэором 2, проходит через теплообменник икомпрессор (не показанные на чертеже) и,вновь попадает в сопло. Магнитной систе, Мой 7 в канале 3 создается магнитное по. 60 ле, вектор напряженности которого направ-лен перпендикулярно оси канала и параллельно плоскости электродов 4,Электроды размещены вдоль стенок канала, секционированы и попарно эакорочены.Секционирование устраняет появление холловских токов, текущих вдоль образующих канала и приводящих к снижению проводимости, Закорачивание обеспечивает отсутствиепадения напряжения во внешней цепи, в результате чего напряженность электрического поля в канале равна индуцированной напряженности.Конкретный расчет параметров устройства проводят исходя из состава активнойсреды, Состав смеси, например гелия иуглекислого газа, должен быть подобрантак, чтобы средняя энергия электронов составляла примерно 0,5-0,7 эВ, Плотностьгелия определяется иэ условия, что времяразрушения верхнего лазерного уровня врезультате столкновения с гелием должнобыть больше времени вынужденного высвечивания этого уровня. Исходя из этого,плотность гелия оценивается величиной38 -Эи , (1-5) 10 см, Плотность углекислого газа г 1 " ( 1-5) 10 смсооценивается иэ уравнения баланса энергии электронов таким образом, чтобы средняя энергия электронов оказалась в районе0,5-0,7 эВ., что приводит к оптимальномузаселению верхнего лазерного уровня.Исходя из условия равенства числа актов ионизации и объемной рекомбинации при средней энергии электронов 0,5-0,7 эВ, находят концентрацию заряженных частиц/В рассматриваемых условиях потеря энергии электронов происходит в основном в результате возбуждения лазерного уров ня, Из-за этого можно ожидать, что эквивалентный электрический КПД предлагаемого лазера приближается к теоретическому значению. КПД для лазеров на СС.Оценки показывают, что в предлагаемомлаере при скорости течения газа 1 Я л/сек и напряженности индуцированного электрического поля5 10 В/м, возЭ можно увеличение выходной мощности излучения с единицы длины резонатора при плошади сечения канала 10 ем до величины100 кВт/м. В отличие от известных газовых лазеров увеличение размеров предлагаемого лазера не приводит к срыву генерации, так как подбором профиля канала можно добиться того, чтобы температура га