Газовый лазер

СОЮЗ СООЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 8067166 4 рц Н 01 8 3/22 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРнЕТЕНЙЙ И ОТКРЫТИИОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(21) 2099692/18-25 : . . лярные магниты с то)пографией поля 22) 2.01,75 . :. : каждого из них в виде магнитного соп- (46) 23.03.85, Вол. у 11 ла, о т л и ч а в щ и й с я тем, (72) В,К. Аблеков, В,Н. Баландин, что, с целью повыашения выходной мощ- С Д Г и В Н Д иксов -ьности и КПД лазера, В плоскостях С.Н, Огоро ников и В,В, Прошкин :-.сепаратрисс вышеуказанных магнитов (53) 82),3)5.8(088;8), у 8 еанонленнснабженные раадельньнн (56) 1. Ка нканн В.Н., Солоухин Р.И,балластными сопротивлениями секции Применение газодинамических теченийанода, а расположенное вниз по потов лазерной технике. -изика горей . - "Фи ика горе- ку- зеркало резонатора снабжено систе-ННЯ И ВЗРЫВа 9 9 Се 9", В 2 ь168-202 1972. . мой защитй от действия потока плазмы.2, Патейт США В 3681710, 2. Лазер йо и. 1, о т л и ч а юкле 331-94,539 ойублик. 1972,щ и й ся тем, чтосистема защитызеркала выполненав виде магнитной (54)(57) 1. ГАЗОВЫЙ ЛИТР, содержа- системы с топографиейполя в форме щий сисФеиуь "пррокачки, продольный оп" магнитной пробки, установленной в Б тическйй резонатор, соосную с нимплоскости зеркала, при этом в центре электроразрядиув камеру с электрода- зеркала усьтановль ена дополнительная %уф ми иустановленные вдоль нее антипо" секция анода.6716Изобретение относится к квантовой электронике и может быть иСпользовано при создании мощных газовых лазеров.Известны электрораэрядные лазеры, в которых увелтичеиисе мощности излучения достигается за счет увеличения степени инверсии путем организациипрокачки рабочей среды Щ .Известен проточный электроразрядиый лазер, содержащий продольный оптйчсеьспкий резоназтор и сооСтнуюьс нимразрядную камеру с электродами, в котором дальнейшеезувеличение степени йиверсйи й связанноес ней увеличение мпощпности излучения достига 15 ется путем дополнительного охлаждения рабочей среды при адиабатичес" ком расширении плазмы в последовагельйо расположенных соплах 2 .последние образованы уатановленныиивдоЛь каиерй антиполярными маглитаки с топограФией поля каждого из йик 8 виде магнитного сопла,Недостзазтком этого лазера является неиолнозе использование возможностей повышения мощности излучения й КПД вследствие неравномерного и неста бйльниого распределения областей генераЦии по оси конструкциии загрязнения зеркала, расположенного внизйо потоку. Кроме того, повышение ЙЩ и вызхзодной мощности йзвезстйого лазе"Ра ограничез но эрозионной и тепловой . стойкостью вышеуказанного зеркала.Целью изобретения является повы шение выходвопй мощности и КПД лазера,Зтс а.цель достигается тем, что "в газовом лазере, содержащем систему прокачки продольньм оптический резонатор, соосную с ним электроразряд надю камеру с электродами и установленные вдоль нее антиполярные магниты с топографией поля каждого из них в виде магнитного сойла, в плоскостях сепаратрисс вышеуказайных магни- ф 5 тов установлены снабженные раздельными балластными сопротивлениями секции ввода, а расположенное вниз по потоку зеркало резонатора снабжеНо системой защиты от действия пото ка плазмы.Система защиты зеркала может бьггь выполнена в виде магнитной системы с.топографией поля в Форме магнитчой пробки, установленной в плоскости 55 зеркала, при этом,в центре зеркала установлена дополнительная секция анода. 60 2На фиг. 1 схематически изображенпредлагаемый газовый лазер;"на фиг.2 разрез А-А на фиг,Лазер состоит изэлектроразрядной камеры 1 с секциями анода 2 иполым катодом 3, оптического резона-.тора с полупрозрачным зеркалом 4 изеркалом 5,маьгнитами 6 и антиполярными магнитами 7. Секции анода 2 включены в цепь одного источника питания8 через разддельные балластные сопротивления 9, Электроразрядная камера1 снабжзенза патрубком 10 для ввода га".,эовой смеси и рубашкой охлаждения 11с вводом и выходом хладагента 12.В цепи электропитания установленыкоммутатор 13 и возбудитель 14.Лазер работает следуюпрп образом.Газовую смесь, например СО, + Не ++ И , подают через патрубок 10 вэлектроразрядную камеру 1 и откачивают через отверстия в секциях анода 2,Возбудителем 14 инициируют разрядот источника питания 8 через включенный коммутатор 13 и разрядный промежуток между катодом 3 и секциями анода 2 при включенных магнитах 6 и 7,Образующаяся при разряде неравновесная плазма И раз адиабатически расширяется и сжимается в последовательных магнитных соплах, вызывая дополнительную инверсную заселенностьрабочей смеси впнутрй резонатора.Повьппение Мощности излучения иКПД устройства достигается усиле,нием стабилизации разряда на снабженных раздельными балластными Сопротивлениями секциях анода путем расно"ложения их в плоскостях сепаратриссантиполярных магнитов 6 и 7. При. этомрасположенное вниз по потоку зеркало 5 резонатора защищено магнитнойсистемой 7 с топографией поля вформе магнитной пробки, кроме того,в центре зеркала 5 установлена дополнительная секция анода, позволяющая контрагировать плазменную струю наэтой секции и тем самым предохранятьзеркало 5 от разрушения,Необходимым условием возникновения инверсии при течении плазмы всопле является малость времени изменения поступательной температуры посравнению с временем релаксации верх-. него лазерного уровня. Считая тече-ние сверхзвуковым, можно это условиезаписать н ниде З Рзс т:тВНКШИ Заказ 1682/3 Тираж 638 Подписное,Филиал ПОП "Патенти, г. Ужгород, ул.Проектная,4 в где д", 0, Т , Р" в , соответственноразмер сопла,скорость, температура и стати"ческое давлениев критическомсечении;7 к - время релакса- "ции верхнего лазерного уровня.Применение магнитных сопел свводом энергии разряда в нйх приводит к дополнительному ускорению потока не менее, чем в 2 раза и уменьшению диссипации энергии на стенкиразрядной трубки, поэтому условиядля создания инверсной заселенности,согласно вышеприведенному критерию,улучшаются,Мощность дополнительной генерации 20за счет введения магнитных сопел свводом энергии в них будет определяться скоростью прокачки смеси черезобъем резонатора и максимальнодостижимой плотностью активных частиц. Теоретический анализ показывает,что при начальной колебательной температуре азота порядка 2100 К и онти"мальномсоотношении компонент может1быть получена плотность активных 30частиц й Й 10 см, если поступа., тельиаи температура и давление соз 4даваемой смеси будут составлять300 К и 10 торр соответствен. мо. При этом величина б й почти линейно возрастает с увеличением на чальной температуры азота н уменьшением поступательной температуры вобласти смешивания. Общий КПД устройства будет равен где Ж, - мощность устройства, аналогично прототипу ( Ф,140 Вт), Согласно экспериментальным данным онасоставляет около О, 12 М(М 1,16 кВт);Ю - дополнительная мощностьизлучения, получаемая засчет расширения в магнитном сопле с вводом энергиив него и уменьшения дисси"пации энергии за счет стабилизации разряда и экранировки выходного зеркаламагнитным полем.Предельная величина мощности генерации для смеси определяется соотношениемЧ/ =2 р. ЭМо(Кт -1егде Ка - число Авогадрои - средний молекулярный вес смеси, 14=2 10 эДж - энергия кванта СО -лазе 2 ра, е - расход газа, г/с, Т, - температура газа на входе в магнитное сопло.При соотношении объемных концентраций И /СО, = 90:10, Т, = 1800 К и ш = 10 г/с, получим %2= 60 Вт.Таким образом, общая мощность будет равна Ю+ % = 200 Дт и9, +Ф- 100 у 17 у, т,в. увв- личение КПД по сравнению с аналогом на 5%.