Импульсный лазер на парах металлов (его варианты)

СО 03 СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1131418 01 5 3/13 Е ОБР САНИ К АВТО 25 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР У СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54 Х 57) 1 ИМПУЛЬСНЫИ ЛАЗЕР НА ПАРАХМЕТАЛЛОВ (ЕГО ВАРИАНТЫ), содержащий разрядную трубку с электродами, накопительный конденсатор, подключенный кисточнику питания, коммутатор и катушкуиндуктивности, расположенную коаксиальнострубкой,отличающийся тем,что,с целью повышения мощности и стабильность излучения лазера, в него введенывторой коммутатор и импульсный трансформатор, катушка индуктивности выполнена вВиде двух секций, каждая секция включенамежду одним из коммутаторов и одним изкрайних выводов первичной обмотки трансформатора, средняя точка которой подключена к накопительному конденсатору, приэтом вторичная обмотка трансформаторасоединена с электродами трубки, а величина индуктивности каждой секции катушкисоставляет 0,01-0,1 от индуктивности первичной обмотки трансформатора,2. Импульсный лазер на парах металлов, содержащий разрядную трубку с электродами, накопительный конденсатор,подключенный к источнику питания, коммутатор и катушку индуктивности, расположенную коаксиально с трубкой, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения мощности и стабильности излучения лазера, в него введены второй коммутатор и импульсный трансформатор, крайние выводы первичной обмотки трансформатора соединены с коммутаторами, а ее средняя точка подключена через катушку индуктивности к накопительному конденсатору, при этом вторичная обмотка трансформатора соединена с электродами трубки, а величина индуктивности катушки составляет 0,01- 0,1 от индуктивности первичной обмотки трансформатора,3. Импульсный лазер на парах металлов, содержащий разрядную трубку с электродами, накопительный конденсатор, подключенный к источнику питания, коммутатор и катушку индуктивности, расположенную коаксиально с трубкой, о т л и ч а вщ и й с я тем, что, с целью повышения мощности и стабильность излучения лазера, в него введены второй коммутатор, импульсный трансформатор и обострительный конденсатор, катушка индуктивности выполнена в виде двух секций, каждая секция включена между одним иэ электродов и одним из выводов вторичной обмотки трансформатора, крайние выводы первичной обмотки трансформатора соединены с коммутаторами, а средняя гочка этой обмотки подключена к накопительному конденсатору, при этом обострительный конденсатор подключен к электродам трубки, а величина индуктивности каждой из секций катушки составляет 0,01-0,5 от индуктивности вторичной обмотки трансформатора.Изобретение Огносится к области кванГйг Ои .3 лектрон 11 ки и МОже Г быть использовано при создании стабильных по моьцности иипульсньх саморазогревных лазеров на парах металлов.Известен импульсный лазер на парах меаллов, содержащий разрядную трубку с электродами, накопительный конденсатор, подключенный к источнику питания, коммутатор и импульсный трансформатор, вторичная обмотка которого подсоединена к электродам разрядной трубки.НедостаткаьФ известного устройства являются нестабильность мощности излучения и невозможность дальнейшего повышения величины мощности, Первый недостаток является следствием того, что не 1 обратной связи между мощностью накачки и концентрацией паров металла в активной зоне лазера, Оясутствие обратной связи приводит к тому, что при увеличении (снижении) концентрации паров металла в активной зоне мощности накачки не снижается (увеличивается). Поэтому относительная нестабильность мощности и излучения в процессе работы лазера. может достигать 100 ,. Второй недостаток связан с ограниченностью частоты срабатывания одного коммутатора,Известен импульсный лазер на парах металла, который по своей технической сущности наиболее близок к изобретению. Лазер содеркит разрядную трубку с электродами, накопительный конденсатор, подключенный к источнику питания, коммутатор и катушку индуктивности, расположенну 1 о коаксиально с трубкой,Преимущество этого устройсва перед аналогом заключается в том, что в нем имеется обратная связь мекду концентрацией паров рабочего вещества и мощностью накачки, что позволяет уменьшить несгабильность мощности излуцения до +5 .Недостатки известного устройства заключаются в невозмокности дальнейшего повышения мощности и стабильности излу- ЧЕН 1 Я.Эти недостатки вызваны тем, цто используется один коммутатор. подключенный последовательно с активным элементом, а также тем, что изменение индуктивности катушки, расположенной коаксиально с трубкой, при изменении концентрации паров металла слабо влияет на разрядный ток, т.е. на мощностьнакачки, поскольку обратная связь осуществляется через изменение скорости перезарядки накопительного конденсатора. При большой величине накопительного конденсатора, что необходимо для получения высокой 1.0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 мощности излучения. скорость перезарядки при изменении индуктивности катушки изменяется незначительно,Целью изобретения является повышение мощности и стабильности излучения ла. зера,Укаэанная цель достигается тем (первый вариант изобретения), цто в импульсный лазер на парах элементов, содержащий разрядную трубку с электродами, накопительный конденсатор, подключенный к источнику питания, коммутатор и катушку индуктивности, расположенную коаксиально с разрядной трубкой, введены второй коммутатор и импульсный трансформатор, катушка индуктивности выполнена в виде двух секций, каждая секция включена между одним из коммутаторов и одним из крайних выводов первичной обмотки трансформатора, средняя тоцка которой подключена к накопительному конденсатору, при этом вторичная обмотка трансформатора соединена с электродами трубки, а величина индуктивности каждой секции катушки составляет 0,01 - 0,1 от индуктивности первичной обмотки трансформатора,Во втором варианте изобретения в импульсный лазер на парах металлов, содеркащий разрядную трубку с электродами, накопительный конденсатор, подклюценньй к источнику питания, коммутатор и катушку индуктивности, расположенную коаксиально с разрядной трубкой, введены второй коммутатор и импульсный трансформатор, крайние выводы первичной обмотки трансформатора соединены с коммутаторами, а ее средняя точка подклюцена через катушку индуктивности к накопительному конденсатору, при этом вторичная обмотка трансформатора соединена с электродами трубки, а величина индуктивности катушки составляет 0,01-0,1 от индуктивности первичной обмотки трансформатора.В третьем варианте изобретения в импульсный лазер, содержащий разрядную трубку с электродами, накопительный конденсатор, подключенный к источнику питания, коммутатор и катушку индуктивности, расположенную коаксиально с разрядной трубкой, введены второй коммутатор, импульсный трансформатор и обострительный конденсатор, катушка индуктивности выполнена в виде двух секций. каждая секция включена между одним из электродов и одним из выводов вторичной Обмотки трансформатора, крайние выводы первичной обмотки трансформатора соединены с коммутаторами, а средняя точка этой обмотки подключена к накопительному конденсатору, при этом обострительный конденсаторподключен к электродам трубки, а величина индуктивности каждой из секций катунски составляет 0,01-0.05 от индуктивносги вторичной обмотки трансформатора.На фиг. 1 изображен первый вариант конструкции лазера; на фиг, 2 - второй ва.риант; на фиг. 3 - третий вариант конструкции,Импульсный лазер согласно первому варианту изобретения включает разрядную трубку 1 активного элемента, в которой расположены электроды 2. подсоединенные к вторичной обмотке импульсного трансформатора 3 и ампулы с рабочим веществом 4. Разрядная трубка 1 расположена в оптическом резонаторе, образованном зеркалами 5, секции катушки индуктивности 6 размещены коаксиально с разрядной трубкой между электродами 2 и подключены последовательно с первичной обмоткой импульсного трансформатора 3 и коммутаторами 7 и 8, К средней точке первичной обмотки трансформатора подключен накопительный конденсатор 9, соединенный с источником постоянного напряжения.Величина каждой секции катушки индуктивности 6 выбирается в пределах от 0.01 до 0,1 индуктивности первичной обмотки трансформатора.При меньшей величине этих индуктивностей падение напряжения на них практически не оказывает влияния на величину разрядного тока.При большей их величине падение напряжения на них становится настолько большим, что снижает мощность лазера более чем на 10 , так как уменьшается напряжение, прикладываемое к электродам 2.Работа лазера, выполненного по первому варианту, происходит следующим образом.Накопительный конденсатор заряжается от источника постоянного напряжения до определенной величины, после чего срабатывает один из коммутаторов, Конденсатор 9 разряжается через одно из плеч первичной обмотки импульсного трансформатора.3, одну из катушек индуктивности 6 и сработавший коммутатор 7 или 8. Во вторичной обмотке импульсного трансформатора возникает высокое напряжение г 20 кВ), которое прикладывается к электродам 2 и приводит к зажианию разряда в трубке 1,Коммутаторы 7 и 8 срабатывают поочередно. Применение двух коммутаторов, соединенных через импульсный трэнсформатор, позволяет увеличить импульсный разрядный ток и повысить частоту срабатывания лазера, а следовательно, повысить 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 иглггульсную и среднк 1 го мощность изчучения лазера.После разогрева активной зоньг до рабочей температуры в ггеи появляк;тся пары рабочего вещества и возникаег генерации излучения,Перегрев активной зоны, например,изза изменения условий охлаждения, вызывает увеличение концентрации паров металла в ней (между электродами 2), что эквивалентно вне.:ению металлического сердечника в катушке индуктивности 6. В результате увеличивается их индуктивность и, следовательно, индуктивное сопротивление.При этом происходит перераспределение напряжения в цепи разряда конденсатора 9, заключающееся в том, что на секции катушек 6 падение напряжения возрастает, а на первичной обмотке трансформатора 3 оно снижается. На вторичной обмотке трансформатора напряжение также снижается, а следовательно, уменьшается и разрядный ток в активном элементе. В результате этого уменьшается и мощность накачки, что прекращает рост температуры активной зоны, При этом концентрация паров рабочего вещества также перестает возрастать. Этот процесс в сочетании с уменьшением разрядного тока приводит к прекращению роста мощности излучения или ее снижению, т,е. мощность излучения лазера стабилизируется,При уменьшении температуры активной зоны происходит уменьшение концентрации паров металла и снижение индуктивности катушек 6, Перераспределение напряжения между первичной обмоткой трансформатора 3 и катушкой 6 приводит к увеличению разрядного тока и дополнительному подогреву активной зоны и. следовательно, увеличению концентрации паров металла и мощности излученияТаким образом, появляется обратная связь между концентрацией паров металла в активной зоне и мощностью накачки, что позволяет осуществлять стабилизацию температуры активной зоны в заданном диапазоне подбором величины индуктивности катушки 6.Второй вариант лазера по изобретению включает те же элементы, что и первый (фиг.2). Отличие заключается в том, что в нем используется катушка индуктивности 6, размещенная коаксиально с разрядной 1 рубкой 1 и подключенная между средней точкой первичной обмотки импульсного трансформатора 3 и накопительным конденсатсром 9,Величина индуктивнности катушки 6 выбирается также в пределах от 0,01 до 0 15 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 н 1 ун,внести первичной обмотки импульсив о трансформатора Тр. Зго обьясняется ем, по во втором варианте индуктивность 6 работает попеременно с каждым. плечом первичной обмотки трансформатора.Работа лазера, выполненного по второму варианту, аналогична работе лазера, выполненного по первому вариангу, Различие заключается в том, что накопительный конденсатор 9 при срабатывании коммутаторов 7 и 8 всегда разряжается через индуктивность 6 и попеременно через одно из плеч первичной обмотки трансформатора Тр,Появление паров металла в активной зоне также вызывает изменение величины индуктивности катушки б, При эгом происходит перераспределение напряжения в цепи разряда накопительного конденсатора 9, в резульате которого при перегреве активной зоны мощность накачки снижается, а при недогреве возрастает. Следовательно, появляется обратная связь между мощность накачки и концентрацией паров металлов в активной зоне лазера. Как и в первом варианте, это позволяет осуществить эффективную стабилизацию температуры активной зоны лазера, а следовательно, стабилизацию мощности его излучения.В лазере, выполненном согласно третьему варианту, коаксиально с разрядной трубкой 1 снаруки трубки располокены секции катушки индуктивности 6, подсоединенные к вторичной обмотке импульсного трансформатора 3 последовательно с разрядным промежутком. Секции катушки индуктивности 6 соединены между собой через подключенный параллельно разрядному промекутку обострительный конденсатор 10. Первичная обмотка импульсного трансформатора 3 подключена к анодам коммутаторов 7 и 8, а средняя точка первичной обмотки - к накопительному конденсатору 9, соединенному с источником постоянного напряжения,Величина индуктивности катушки 6 выбирается в пределах от 0,01 до 0,05 индуктивности вторичной обмотки трансформатора. При меньшей величине индуктивчостей этих катушек они не оказывают влияния на процессы в разрядной трубке,При большей их величине импульсный раз рядн ы й ток н е достигает нужной. величины, так как обострительный конденсатор 10 не успевает полностью зарядиться через них к приходу погледующего импульса. Работа лазера, выполненного по третьему варианту, происходит следующим образом.Конденсатор 9 заряжается до определенной величины, после чего срабатывает один из коммутаторов и по одному из плеч первичной обмотки импульсного трансформатора 3 происходит разряд конденсатора 9, Во вторичной обмотке. импульсного трансформатора при этом возникает высокое напряжение,При этом емкость 10 начинает заряжаться через секцию катушки индуктивности 6. После достижения напряжения на емкости 10 необходимой величины зажигается разряд между электродами 2, и емкость 10 разряжается через промежуток.В процессе работы лазера происходит разогрев активной зоны до рабочей температуры и в ней появляются пары рабочего вещества и создаются условия для генерации излучения,Перегрев активной зоны сопровождается увеличением концентрации паров металла в ней, что вызывает увеличение индуктивностей катушки 6. При этом скорость заряда емкости 10 уменьшается и к моменту возникновения разряда в активной зоне она зарядится неполностью, Это приводит к уменьшению разрядного тока, т,е, мощности накачки, а следовательно, снижению температуры активной зоны и концентрации паров металла, Все это приведет к прекращению роста мощности лазера,При уменьшении температуры активной зоны происходит уменьшение концентрации паров металла, вызывающее уменьшение индуктивностей катушки 6,При этом емкость 10 успевает зарядиться до большей величины и разряд происходит при больших токах, Это прекращает снижение температуры активной зоны и, следовательно, мощности излучения.Таким образом,в этом случае также создается обратная связь между концентрацией паров металла в активной зоне и мощностью накачки, позволяющая осуществить стабилизацию температуры активной зоны,Катушки индуктивности 6 в данном случае являются также поджигающими электродами, позволяющими зажигать разряд при высоких давлениях,Третий вариант предлагаемого импульсного лазера может быть использован при больших давлениях буферного газа в активном элементе с активной зоной, длина которого превышает 300-350 мм. В этом случае катушка индукивности позволяет понизить напряжение зажигания разряда в лазере до приемлемой величины 10 кВ).Первый вариант импульсного лазера может быть использовано также для длинных разрядных трубок с длиной активной зоны, превышающей 300-350 мм, При такой длине активной зоны концентрация паровметалла в различных местах ее может существенно различюься, В зтом случае две секции катушки дают более точную информацию о средней концентрации паров в активной зоне, чем одна секция катушки,При меньшей длине активной зоны (для малогабаритных импульсных лазеров) возможно применение второго варианта лазера, Использование одной секции катушки индуктивности упрощает схему питания и облегчает балансировку плеч импульсного трансформатора. Подключение к ч у лхи инл унанести(одна или две секции), ясположг иной кпаксиально с разрядной рубкой на активной зоне. в первичную или вторичную обмотки 5 импульсного трансформатора, позволяющего получить большие разрядные токи, дает возможность непосредственно воздействовать на токи разряда при изменении концентрации паров металла в активной (рабочей) 10 зоне трубки, это позволяет повысить зффек.тивность обратной связи, а также мощность и стабильность излучения лазера..Гиринска Заказ 4058 Тираж БНИИПИ Государственного комите 113035. Москваоизводствецно издатепьски Подписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС Р35, Раушская наб 4/5 бинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10