Газовый лазер

(19) (11)51)5 Н 01 В 3/2 А ЕНИ К АВТОРСК ИДЕТЕЛЬСТ вы- роти ус ви ки ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТГЮ ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ. СССР ОПИСАНИЕ ИЗ 1(56) Проспекты Ьехй агап апй Мгурйоп 1,оп 1 азегв Модег 95 Лоп. 1 авег фирма Ьехд согр. 1977.Патент США 11 г 3437950, кл.331-94.5, опублик. 1969.Патент США В 3670262, кл.331-94.5, опублик. 1972.(54)(57) 1. ГАЗОВБЙ ЛАЗЕР с активным элементом, содержащим охлаждаемую разрядную трубку, выполненную в виде набора керамических и металлических г секций, катодную ножку, охлаждаемую катодную колбу, электроды с токовводами, обводной канал и оптические элементы, о т л и ч а ю щ и й с я Изобретение относится к кэлектронике и может быть испно при создании мощных ионнылазеров.Известен ионный лазер, активный элемент которого содержит разрядную трубку с секционированными керамическими цилиндрами. Активный элемент лазера имеет прямонакальный импрегнированный катод с молибденовыми стержневыми вводами, впаянными в металлическую катодную ножку. через изолирующие керамические втулки. Катодиая колба изготовлена из керамики и соединена герметично с одной стороны с катем, что, с целью повышения мощности излучения при одновременном повыше нии технологичности изготовления и надежности устройства, металлические секции разрядной трубки выполнены в виде двух соединенных между собой фпанцев, токовводы катодной ножки полнены в виде коаксиальных изоли ванных металлических труб, между опческими элементами и электродами тановлены ловушки, выполненные в де соединенных со стороны оптичесх элементов и коаксиально расположенных цилиндров, внешние из которых соединены с катодной колбой, выполненной из металла.2. Лазер по п.1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что разрядная трубка входит внутрь катодной колбы на расстояние, не превышающее внешний диаметр трубки,тодной ножкой, а с другой - с кера ческими секциями из окиси бернллия спаянными между собой и имеющими ц тральное отверстие для разряда и ряд отверстий по периферии дпя выравнивания давления газа.Данный лазер обладает механической прочностью и компактностью, так как активный элемент выполнен целиком металлокерамическим. НедостаткЮм является ограничение тока разряда активного элемента, вызванное наличием стержневых токоотводов катодного узла. Кроме того, наличие обводных каналов в керамических разрядных труб4500 3 77ках приводит к уменьшению надежностии мощности излучения, так как ухудшается теплоотвод за счет наличия дополнительных каналов в керамике и неэФфективно выравнивается перепад давления вдоль разрядной трубки из-заневысокой проводимости обводных каналов при больших температурах керамики. Кроме того, усложняется и удорожается активный элемент из"за сложности изготовления разрядных трубок.Известен ионный лазер, активныйэлемент которого содержит цельнуюкерамическую разрядную трубку, на которую плотно насажена металлическаятрубка для предохранения керамической трубки от растрескивания и улучшения теплоотвода. К концам керамической разрядной трубки припаяны металлические фланцы, к которым герме тично крепится катодная колба с однойстороны и анод - с другой, Между металлическими фланцами, ограничивающи.ми разрядную трубку, коаксиально кней размещена рубашка охлаждения со штуцерами для ввода и вывода воды. Катод размещен в металлической катодной колбе соосно с разрядной трубкой. Стержневые выводы (токовводы) катода через изоляторы выходят из концевой пластины, снабженной патрубком с оптическим элементом для вывода излучения, Катодная и анодная колбы соединены стеклянным каналом для выравнивания перепада давления по длине активного элемента.Активный элемент такого лазера имеет полностью металло-керамическую разрядную структуру, что делает его механически прочным и несложным в изготовлении. 11 рименение стержневых вводов катода затрудняет их охлаждение при увеличении токосьема, что снижает надежность при больших мощностях излучения лазера. Катодная колба и анод не охлаждаются, что ограничивает потребляемую активным элементом мощность.Наиболее близок к изобретению по технической сущности и достигаемому результату газовый лазер, активный элемент которого содержит секционированную охлаждаемую разрядную трубку, керамические секции которой через металлические кольцевые прокладки спаяны по торцам между собой. Для увеличения стабильности разряда обводные каналы керамических секций сообщают 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ся с центральным разрядным каналом только у электродов, а не отдельно в каждой секции. Катодный узел активно" го элемента лазера представляет собой смонтированный в керамической охлаждаемой колбе прямонакальный спиральный катод, располагаемый аксиально оси разряда. Со стороны оптического элемента катодная колба заканчивается коваровым цилиндром с приваренным к нему оптическим элементом для вывода излучения. Стержневые токовводы катода проходят через катодную колбу и изолированы от нее с помощью стеклянных или керамических бусинок. Такой лазер также имеет значительную механическую прочность.Недостатками этого лазера являют-ся ограничение мощности излучения, невысокая надежность и нетехнологичность конструкции, обусловленные, во-первых, необходимостью увеличения сечения разрядных керамических секций из-за дополнительных отверстий для образования обводного канала, что приводит к увеличению перепада температур по радиусу разрядной секции во время работы лазера и возникновению значительных напряжений, ограничивающих величину вводимой мощности и, следовательно, мощность излучения, а во-вторых, сложностью обеспечения соосности разрядных и обводных каналов, спаиваемых между собой керамических секций, так как их соединение должно осуществляться в печи с защитной средой или под вакуумом, что в свою очередь существенно усложняет получение длинномерных разрядных трубок активных элементов лазеров, Кроме того, использование стержневых токо- вводов катода уменьшает надежность лазера за счет их перенагрева при больших плотностях тока, а также усложняет их охлаждение и уменьшает токоотбор с катода, Отсутствие ловуш" ки для предохранения от попадания продуктов разрушения разрядной керамической структуры на оптические элементы приводит к их деградации и уменьшению долговечности (надежности изготовления) и мощности лазера.Целью изобретения является повышение мощности изчучения при одновременном повьппении технологичности изготовления и надежности устройства,Это достигается. тем, что в газовом лазере с активным элементом, со 577450 держащим охлаждаемую разрядную трубку, выполненную в виде набора керамических и металлических секций, катодную ножку с охлаждаемой катодной колбой, электроды с токовводами, обводной канал и оптические элементы, металлические секции разрядной трубки выполнены в виде двух соединенных между собой фланцев, токовводы катодной ножки выполнены в виде коаксиальных изолированных металлических труб, между оптическими элементами и электродами установлены ловушки, выполненные в виде соединенных со стороны оптических элементов и коаксиальнорасположенных цилиндров, внешние из которых соединены с вводами электродов и обводным каналом, а внешняя труба токоввода катодной ножки. через ди электрик соединена с катодной колбой, выполненной из металла.Разрядная трубка входит внутрь катодной колбы на расстояние, не превышающее внешний диаметр трубки. 25На чертеже показан предлагаемый газовый лазер.Разрядная трубка 1 состоит из нескольких керамических секций 2, 3, которые соединены между собой с помощью металлических втулок 4 с буртиками 5. Втулки предварительно спаяны с наружными металлизированными поверх. ностями концов керамических секций. Разрядная трубка с одной стороны гер 35 метично спаяна с металлической катодной колбой 6, а с другой - с анодом 7. В катодной колбе расположен прямо- накальный спиральный катод 8 с экраном. Катод связан с трубчатыми токо вводами 9 и 10 катодной ножки. Внутренняя металлическая труба катодной ножки соосна с разрядной трубкой активного элемента, Внешний трубчатый токоввод 10 катода электрически раз вязан от внутреннего токоввода с помощью керамического кольца 11. Для получения надежного спая его с токо- вводами катода могут применяться дополнительные компенсационные кольца на чертеже не показаны). Для электрической развязки катода от катодной колбы используется керамическое кольцо 12, металлическая колба 13 рубашки охлаждения 14 крепится к катодной колбе. Разрядная трубка припаяна к аноду, который .соЕдинен через сильсрон 15 с анодным токовводом 1 б рубашки охлаждения. Два наконечника с выходныО 6ми оптическими элементами 7 и 18 соединены с разрядной трубкой через ловушки 19 и 20, к которым приварен обводной канал 21,Керамические секции разряднойтрубки вакуумплотно соединяют с помощью металлических втулок плазменной или аргоно-дуговой сваркой, причем сварку ведут по буртикам 5 металлических втулок. В результате не происходит значительного нагрева паяного соединения металлизированной поверхности керамики с металлическимивтулками. 11 ри этом можно регулировать соосность керамических секцийдо получения максимального уровня генерации, так как в них отсутствуютдополнительные каналы, образующиеобводной путь. 11 овышаются надежность,технологичность конструкции и мощность излучения лазера.Конструкция металло-керамическойкатодной ножки позволяет существенноувеличить надежность и механическуюпрочность этого узла, механизировать процесс его изготовления, а также повысить его теплостойкость. Цилиндрические (трубчатые) токовводыимеют большую поверхность, которуюлегко охлаждать с помощью съемных охлаждаемых радиаторов, что позволяетувеличить токоотбор с такого активного элемента и увеличить мощность излучения лазера,Электрическая развязка катоднойножки от металлической катодной колбы, а также то, что часть керамической разрядной трубки входит внутрькатодной колбы позволяет избежать распыления материала катодной колбы впроцессе работы лазера. Максимальныйразмер участка разрядной трубки, помещенного внутрь катодной колбы, непревышает внешнего диаметра трубкии определяется теплопроводностью материала разрядной трубки и его теплостойкостью.Для предотвращения от разрушенияанода и соединительных втулок вследствие электролиза при охлаждении активного элемента проточной водой используются протекторы (на чертеже непоказаны), представляющие собой металлические полоски из нержавеющейстали, надежно экранирующие металлические части разрядной оболочки, которые имеют положительный потенциалотносительно катодной колбы.774500 М. Самборск ая Коррек каз 1059НИИПИ Гос Поипис изобретениям и5, Раушская наб"Пат г. Ужгоро ский комбин Гагарина, 10 Произвол енно-издат При работе, например, аргоновогоионного лазера существует интенсивная перекачка газа, поэтому используют выравнивающий перепад давлениядополнительный обводной канал. Продукты разложения разрядной. структурыактивного элемента, циркулируя пообводному каналу, во время работы.могут загрязнять выходную оптику.Дляпредотвращения этого между оптическими наконечниками и разрядной трубкой размещены ловушки, а обводной канал присоединен к их боковой поверхности перпендикулярно к оси разрядной трубки. Для более эффективнойочистки газа от примесей используетсягеттер (на чертеже не показан), размещенный в обводном канале. Таким образом, рабочий газ, проходя обводной канал, освобождается от примесей,при этом эффективность работы геттера увеличивается.Дпя компенсации удлинения разрядной керамической трубки во время работы лазера в анодной части активного элемента имеется сильфонный узел.С целью уменьшения электрической нагрузки на сильфон он снаружи шунтирован несколькими гибкими метзллическими полосками (на чертеже не показаны),Таким образом, предложенный газовый лазер позволяет увеличить надежактор С.Юркова Техред М,Дид Тираж 306арствелного комитета113035, Москва, М ность прибора за счет использованияметалло-керамической конструкции катодной ножки с трубчатыми токоввода-.ми, выполненными из теплопроводногоматериала, соединения керамическихразрядных секций с помощью сварки через металлические втулки с буртиками,расположения участка разрядной трубкивнутри катодной колбы, а также эффективного охлаждения всей разряднойструктуры лазера, осуществляемого спомощью единой металлической (за исключением разрядного участка) рубашки охлаждения,Мощность излучения лазера с активным элементом возрастает за счет увеличения величины разрядного тока.Технологичность предлагаемой конструкцийлазера обусловлена возможностью механизации процесса изготовления активного элемента, а также уменьшениембрака при соединении разрядных керамических секций.Высокая механическая прочностьсвязана с созданием паяных и сварныхузлов активного элемента. Расположение геттера внутри обводного канала,наличие ловушек для примесей, а также надежное вакуумное соединение узлов активного элемента позволяют существенно увеличить его долговечность, а следовательно, и надежностьлазера. крытиям при ГКНТ СССРд. 4/5