Газоразрядная трубка газового лазера

, Н 01 В 31038 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК А ВТОРИЧНОМУ СВОДЕТЕЛЬЮ ВУ ГОсудАРстВенный нОмитетПО ИЗОБРЕП:НИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР(56) Патент Японии Р 47-41793,кл, 100 В О, 1972.Мартынов В,Ф, Рязанцев Е.Н,Оптимизация геометрических размеровхолодного катода для гелийнеоновоголазера, "(вантовая электроника",1973, Г б, с, 48-52,Патент СНА3396301,кл, 313-210, 1968,Изобретение относится к квантовойэлектронике и может быть использовано при производстве газовых лазеровс поперечным разрядом,Известна конструкция газовоголазера с активным элементом, в кото"ром для обеспечения равномерной эмис"сии с поверхности катода последнийвыполнен секционированным и составлен через изоляторы иэ нескольких последовательно расположенных цилинд"ров одинакового диаметра, подключенных через разные сопротивленияк источнику питания,Такая конструкция активного элемента с холодным катодом имеет недостатки, которые не позволяют при"менять ее в стабильных газовых лазерах как с продольньм, так и с попе.,5 Ц 649273 А 1 2(54)(57) 1, ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ТРУЕЕА ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА с поперечным разрядом,содержащая разрядный канал с актив"ной средой и расположенные вдолЬразрядного канала анод и катод, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, сцелью повышения стабильности разряда, на рабочую поверхность анодананесена полупроводящая пленка судельным сопротивлением большим,чем удельное динамическое сопротивление рабочего плазменного столбав разрядном канале,2. Трубка по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что полупроводящаяпленка на рабочей поверхности анодавыполнена из двуокиси магния,речным тлеющим разрядом, Увеличениечисла элементов снижает надежностьработы прибора, усложняет технологиюизготовления и эксплуатацию конструкции, что не дает положительногоэфФекта по увеличению ресурса работы,зависящего от долговременной стабильности разряда,Если в начальный момент работыактивного элемента и обеспечиваетсяоднородный по всей длине катода тлеющий разряд, то в результате того,что им покрыта вся поверхность катода,стационарность разряда вследствиевнешних воздействий будет нарушена,и разряд постепенно сконцентрируетсяна небольшом участке катода.Известна также газоразрядная трубка газового лазера с погеречным раз273 рядом, содержащая разрядный канал сактивной средой и расположенные вдольразрядного канала анод и катод, в которой тлеющий разрял в газовой смесиосуществляется поперечным полем между холодным полым продолговатым ка"тодом и проволочным анодом, помещенным в продольную щель катода по всейее длине параллельно оси разряднойтрубки на расстоянии от катода, равном его внутреннему радиусу,В данной конструкции даже при применении специального проФиля продолговатого катода так же, как и в предыдущей конструкции, не может бытьосуществлен долговременный стабильный разряд. Рля получения долговременного стационарного разряда в такой конструкции необходимо обеспечитьнормальный тлеющий разряд, Действительно, как следует из закона Геля,если вследствие большого внешнегосопротивления сила тока в тлеющемразряде невелика, то рабочая поверхность катода пропорциональна силетока, т,ет- величина постояннаяЯ1 где 1 - плотность тока, А/см 2,1 - рабочий ток, А;Б - площадь эмитирующей поверхности катода, см 2.Тогда катодное падение напряжения Бка, будет также величиной постоянной. В этом случае зарядная нейтральность стационарного разряда обеспечивается тем, что нескомпенсированный объемный заряд создает дополнительное электрическое поле, которое выравнивает зарядность до динамического равновесия, При слабом поле, действующем в стационарном разряде, ускоряемые им электроны вскоре теряют заметную долю составляющей направленного движения вследствие непрерывного столкновения между собой и с атомами газа. В аномальном тлеющем разряде, когда поверхность холодного катода вся покрывается свечением, Уь, растет пропорционально току, В этом случае разряд равномерно покрывает поверхность катода в какой-то определенный промежуток времени. Затем, когда вследствие внешних воздействий, например радиоактивной ионизации, плотность тока в какой-то точке катода окажется больше, чем в окружающей О 2 О 25 30 35 4 О среде, разряд становится неустойчивым, так как условие стационарностив этой точке может быть выполненопри меньшем катодном падении, чемв других точках, Но так как напряжение еще велико для поддержания большого катодного падения в окружающейсреде, где пространственный зарядслабее, то в этой точке образуетсябольше ионов, чем их необходимо дляобеспечения стационарного разряда,т,е ток в этой точке растет, Одновременно растет общий ток разряда,так как в рассматриваемой точкерастет число образующихся и переносимых к электродам заряженнЬх частиц, С ростом тока увеличивается ивнешнее падение потенциала, а потенциал разрядного промежутка уменьшается, Поэтому приложенное к электродам напряжение становится недостаточным для поддержания условия стационарности в окружающем точку пространстве, В нем образуется всеменьше ионов, чем нужно для сохра"нения плотности стационарного заряда,и она прогрессирующе уменьшается,Меньшая плотность тем более не можетостаться стационарной, Разряд кон"центрируется, т,е. на некоторых участках поверхности катода плотностьтока увеличивается до величины, соответствующей установившемуся минимальному напряжению, а на других участках уменьшается до нуля, а этоприводит к интенсивному распылениюкатода и изменению параметров рабочейсреды,Цель изобретения - повышениестабильности разряда.Это достигается тем, что на рабочую поверхность анода нанесена полу- проводящая пленка с удельным сопро 1тивлением, большим, чем удельное динамическое сопротивление рабочего плазменного столба в разрядном кана" ле, а также тем что полупроводящая пленка на рабочей поверхности анода выполнена из двуокиси магния,Увеличение стабильности выходных параметров непрерывного излучения предлагаемого газового лазера с поперечным разрядом достигается за счет увеличения стабильности разряда в рабочем канале его активного элемента, 5619273На чертеже изображена предлагаемая гаэоразрядная трубка, общийвид (один из вариантов),Газоразрядная трубка содержитвыходные оптические узлы 1 (выходные окна или отражатели), расположенные вдоль разрядного канала 2напротив друг друга, катод 3 и анодна который нанесена стабилизирующая разряд полупроводящая пленка 5выполненная, например, из двуокисимагния, Протяженные электроды (катод 3 и анод 1) между которыми возникает разряд, разделены боковымистенками 6 разрядно о канала,Благодаря нанесению на анод полупроводящей пленки, удельное сопротивление которой больше, чем удельноединамическое сопротивление рабочего 20плазменного столба, осуществляетсястабилизация активного разряда, Возможность "шнурования" разряда здесьустраняется, так как если в какой-томомент его стационарность случайно и 25нарушается зарядная нейтральностьразряда сразу же и восстанавливается вследствие перераспределения носителей в активной среде вдоль рабочейповерхности анода, 1(роме того, вданном устройстве в связи с наличиемна аноде полупроводящей пленки нетребуется включения в цепь питанияактивного элемента балластных сопротивлений, следовательно релаксационные электрические колебания вустройстве и возможность их появления сводятся практически к минимуму,т,е, разряд еще более стабилизируется, 40Границы разряда в таком устройстве могут быть ограничены для дос"тижения еще большей стабильности разряда, не показанной на чертеже сеткой, на поверхность которой нанесенаполупроводящая пленка с удельнойпроводимосгью меньшей удельной динамической проводимости охватывающегоее газового разрядаСетке располагается между анодом и катодом, Оболочкой активного элемента газовоголазера могут быть при определенномконструктивном сочетании анод, катоди разделяющие их стенки разрядногоканала, Возможно и самостоятельноеконструктивное выполнение оболочки,поэтому на чертеже не показана,При применении в данном устройстве накального катода оно пригодно как для активных элементов тлеющегоразряда так и дугового разряда,При использовании холодного катодаоно применимо для активных элементовтлеющего разряда, причем для подпержания стационарности этого разряданеобходимо демпфировать случайныеколебания плотности тока и на поверхности катода, для этого вдоль рабочейповерхности катода необходимо создать (в зависимости от конструкции)одну или несколько зон, обладающихнесколько большим сопротивлениемраспространению газового разряда,чем его растекание по этой поверхности, для того, чтобы не вся поверхность катода была бы покрытаразрядом, т.е. чтобы разряд не концентрировался на отдельных участкахкатода, Эти зоны могут быть образованы, например, при снабжении катодадиэлектрическими экранами или привыполнении рабочей поверхности катода в виде гофры, При этом оптимальную конструкцию катодного узла надежнее всего определять экспериментально методом моделирования, Устройство применимо также и для газовыхлазеров с СВ закачкой,Предложенная конструкция газоразрядной трубки непрерывного действия с поперечным разрядом на постоянном токе со стабильными выходными параметрами излучения открываетвозможность широкого использованияпоперечного разряда при разработкахгазовых лазеров,Вследствие того, что в предложенной конструкции возможно обеспечение стабильного рабочего разрядапри расположении электродов активного элемента вдоль всего разрядногоканала напротив друг друга, в этомслучае внутри него при температурныхизменениях окружающей среды нестационарность разряда сводится к минимуму, т,е, предлагаемое устройствопозволяет облегчить разработку устойчивых к климатическим воздействиямгазовых лазеров, Использование поперечного разряда по сравнению с продольным позволяет снизить напряжениенакачки до величины порядка десятков вольт, т,е, значительно упростить разработку и изготовление источников питания газовых лазеров,В пре,ложенном устройстве практически отсутствует продольный дрейф649273 Составительнская Техред М,Моргентал Корре дактор Е Соколо аказ 3474 Тираж ПодписноеНИИПИ Государственного комитета .по изобретениям и отк 113035, Москва, Ж, Раушская наб д КНТ ССС тням пр4/5 здательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул. Гагарина 1 Производственн носителей, цто делает такие элементы удобными для использования в кольцевых газовых лазерах, Но особенно данное устройство перспективно для создания стабильных мощных газовых лазеров,