Активный элемент газового лазера

 

Сущность изобретения: активный элемент газового лазера содержит секционированный разрядный канал. Каждая секция канала содержит втулку 7, соединенную с втулкой манжету 8 с прорезями и фиксатор 9, установленный в плотном контакте с манжетой. Участок втулки, ограничивающий сечение канала , расположен на концевом участке втулки, частично входящем внутрь концевого участка смежной втулки. Для повышения надежности конструкции величины зазоров между различными участками секции выбраны в определенном соотношении между собой. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„. Ж„„1778837 А1 (5!)5 Н 01 S 3/03

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ц «в.",,",.@

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

-.-1 (21) 4863829/25 (22) 03.09.90 (46) 30.11.92, Бюл. ¹ 44 (71) Научно-производственное объединение "Плазма" (72) В. А. Ara, Б. П. Мирецкий, С. А. Руделев, B. Г. Самородов и В. А. Хахулин (56) Патент США № 4736379, кл. 372 — 34, опубл. 1988.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1616467, кл. Н 01 S 3/03, 1989. (54) АКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ГАЗОВОГО

ЛАЗЕРА (57) Сущность изобретения: активный элемент газового лазера содержит секционированный разрядный канал, Каждая секция канала содержит втулку 7, соединенную с втулкой манжету 8с прорезями и фиксатор9, уста- . новленный в плотном контакте с манжетой.

Участок втулки, ограничивающий сечение канала, расположен на концевом участке втулки, частично входящем внутрь концевого участка смежной втулки. Для повышения надежности конструкции величины зазоров между различными участками секции выбраны в определенном соотношении между собой. 4 ил.

1778837

35 медной манжеты с прорезями; на фиг, 4—

45

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в производстве долговечных ионных лазеров на инертных газах с секционированными разрядными каналами.

Известна конструкция активного элемента ионного газового лазера, содержащего секционированный разрядный канал.

Каждая секция содержит медную манжету, ограничивающий сечения канала диск из вольфрама с центральным отверстием и два припаиваемых к манжете экрана разного диаметра с промежутком между ними. Наличие двух экранов позволило термоизолировать область плазмы от пути, по .которому происходит выравнивание давления газа, и тем самым увеличить устойчивость к колебаниям.

Недостатком известной конструкции активного элемента лазера является недостаточно высокая надежность прибора. 3То объясняется тем, что пайка вольфрамового диска к медной манжете проводится после сбопки всего разрядного канала на натянутой струне. Некачественная пайка хотя бы одного диска резко ухудшит условия его охлаждения, а следовательно, повысит его распыление, создаст условия для возникновения нестабильностей разряда, связанных с локальным нагревом стенки трубки.

Известна конструкция активного элемента газового лазера, по технической сущности наиболее близкая к предложенному решению. Активный элемент лазера содержит секционированный разрядный канал, каждая секция которого включает ограничивающий сечение канала вкладыш, соединенный с закрепленной в керамической трубке медной манжетой. Вкладыш выполнен в виде втулки с тремя различными по длине и диаметру участками, центральный из которых, ограничивающий сечение разрядного канала, выполнен с меньшими размерами по сравнению с двумя концевыми участками. Между смежными секциями разрядного канала установлена керамическая шайба, коническая поверхность которой контактирует с цилиндрическим закрепленным в оболочке трубки участком медной манжеты, Наличие керамической шайбы позволит избежать замыкания секций между собой. а плотный контакт ее с манжетой исключает загибание лепестков манжеты при пайке и позволяет использовать керамические трубы без шлифовки внутренней поверхности. Предварительная (до сборки) пайка вкладышей из вольфрамового сплава позволяет отбраковывать секции с некачественными спаями.

Недостатком известного устройства является невысокая надежность прибора, связанная с невоспроизводимостью расстояния между секциями даже в одном активном элементе, т. к. из-за использования необработанной керамической трубки глубина погружения конической керамической шайбы изменяется с изменением диаметра трубки, Вследствие неодинакового расстояния между секциями получается различная глубина взаимного погружения концов вкладышей друг в друга и нарушение из-за этого термоизоляции участков возврата газа от участков с горячей плазмой. В местах с низкой теплоизоляцией в обводных каналах возникают области с плохой проводимостью для газового потока, В KQTopbtx имеет место скачок давления газа. При этом часть разрядного промежутка поддерживается при давлении, отличающемся от оптимального.

Для исключения растрескивания керамических шайб их толщина должна быть не менее 1.5 — 2 мм, что сильно ограничивает проводимость обводных каналов, Целью изобретения является повышение надежности.

На фиг. 1 дан общий вид активного элемента с секционированным разрядным каналом; на фиг, 2 — две секции разрядного канала с цилиндрическими медными кольцами внутри манжет, помещенные внутрь керамической оболочки (трубки) активного элемента лазера; на фиг, 3 — конструкция конструкция медного цилиндрического кОльца (полого медного цилиндра).

Устройство содержит катод 1, анод 2, секционированный разрядный канал, размещенный в керамической трубке (оболочке) 3, охлаждаемой жидкостью, текущей .через рубашку охлаждения 4. Торцы активного элемента закрыты окнами Брюстера 5 и 6. Участок размещенного в оболочке активного элемента разрядного канала, показанный на фиг. 2, содержит две секции, включающие втулку 7, ограничивающую сечение разрядного канала и припаянную к медной манжете 8. В цилиндрическую часть манжеты вставлено цилиндрическое медное кольцо 9 (с плотным тепловым контактом). Толщина медного цилиндра или кольца 9 не должна превышать толщину лепестков манжеты, т. к. в противном случае не удается эффективно прижать лепестки манжеты к стойкам керамической трубки в, процессе сборки, но и не должна быть меньше ЗОО толщины лепестков, чтобы исключить загибания лепестков в процессе пайки.

Каждая медная манжета имеет центральное

1778837 отверстие, прорези в цилиндрической части, например, шесть, как показано на фиг. 3, образующие лепестки.

Прорези медной манжеты 8 не только снижают величину растягивающих напряжений при их спаивании с керамической оболочкой 3, но и обеспечивают лучшие условия для обратного потока газа в условиях эксплуатации, т. к. пространство, образованное пазами (прорезями) и медным цилиндром 9, имеет температуру, близкую к температуре стенки трубки 3. Ширина пазов в медных манжетах 8 выбирается экспериментально и зависимости от рода газа и длины активного элемента лежит в пределах 1 — 4 мм.

В собранном виде секционированный разрядный канал выполнен таким образом, что втулка 7 одним концом с внешним диаметров d1, входит в полость диаметром d2 другой втулки смех<ной секции, расположенной, например, в сторону анодного узла

2. Создаваемый таким образом зазор длиЙ вЂ” Ф ной Z и шириной А =

2 обеспечивает необходимый газовый барьер между областью с горячим газом (абласть с диаметром . менее dz) и областью с обратным потоком холодного газа с диаметром большим бз.

Необходимые размеры Z и Л зазора можно оценить из следующих условий: температура газа в зазоре между смежными втулками на границе, примыкающей к области обводного канала, не должна заметно отличаться от температуры поверхности втулок, что будет иметь место в случае, когда тепловой поток через газ максимальный по сравнению с тепловым потоком через втулки 7, Для исключения несамостоятельного разряда между секциями в обводном канале, образованном между участком манжеты

8 диаметром бз одной секции и втулкой 7 смежной секции, необходимо снизить концентрацию заряженных частиц, диффундирующих иэ разрядного канала диаметром

do, чеоез зазор между втулками 7 до величины, соответствующей субнармальному тлеющему разряду(-10 см з), На границе плазменного шнура диамет-рам do концентрация заряженных частиц

1з -з составляет около 10 см, поэтому для обеспечения ее спада до 10 см необходимые размеры зазора должны удовлетворять

Z соотношению у - 3, Данное требование может оказаться слегка завышенным, т. к. не учитываются высшие диффузионные гармоники. Целесообразно оценить интервал

Z допустимых значений -г, т. к. значительные

55 допуски на изготовление деталей и качество г сборки дают значительный разброс -т . За нижнюю границу представляется возмажZ= ным взять величину 1- = 2, определяемую теплопроводностью газового промежутка.

Увеличение свыше 5 нецелесообразно, т, к. не повышая замегно термоизоляцию обводного канала, это накладывает дополнительные требования на качество сборки, т. к. перекос оси втулки даже на малые углы может привести к замыканию смежных секций.

Величину 1 не следует делать менее 0,5 мм, чтобы избежать замыкания секций при сборке. Увеличение Л свыше 1 — 1,5 мм требует увеличения длины втулок и ограничивает проводимость обводного канала для газового потока. При таких ограничениях в величине л. возникает нижний предел величины зазора L обводного канала L 1,5 А, т. к. при меньших величинах проводимость обводного канала падает и не обеспечивает эффективного выравнивания давления газа.

Существуют ограничения на протяженность участка втулки с диаметром do, апределя;ащега диа, .етр плазменного шнура.

Как известно, диафрагма из металла заряжается в разрядс-. да плавак щего па;енциала, при этом на катадную "тарану диафрагмы идет электронный так, а анодная сторона подвергается ионной бoглбардиравке. Падение потенциала вдаль аси разряда практически линейно. а па;еpxность диафрагмы эквипатенциальнг,, аэтому с увеличением длины дав Ьра мы увеличивается энергия ионов, приходящих на анодный конец и при большой толщине диафрагмы анодный конец диафрагмы начинает интенсивно распыляться. Экспериментально установле:;о, гга минимальная толщина участка диаметрам do не должна превышать Z/2 в каис ру,<ции, где 2:-- 5.

Е

А, Конструкция активного элемента газаB0I0 лазера с секцианираванны .: ра;.р.-.д ным каналом пазвалит повысить долговечность, а следовательно. адежность приборов не менее, чем в 2 раза, Эт1л преимущества устройства позволяют расширить области применения данного класса приборов, пазвсляю-, использовать новые "êòèâíûå среды и расширить спектральный диапазон лазерного излучения.

1778837

Физ. f А/а Рыг, 4

Составитель С. Руделев

Техред М,Моргентал . Корректор Л.Филь

Редактор

Заказ 4198 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Формула изобретения

Активный элемент газового лазера, содержащий керамическую трубку и размещенный в ней секционированный разрядный канал, каждая секция которого содержит втулку с концевыми участками и участком, ограничивающим сечение канала, причем концевой участок меньшего диаметра частично размещен с зазором в полости концевого участка большего диаметра смежной секции, соединенную с втулкой медную манжету с прорезями, цилиндрическая часть которой закреплена в керамической трубке, и фиксатор, расположенный в контакте с внутренней поверхностью цилиндрической части манжеты и с зазором относительно концевого участка втулки большего диаметра, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, фиксатор выпол нен в виде полого медного цилиндра, установленного в контакте с манжетой внешней поверхностью, участок, ограничивающий сечение канала, 5 размещен на торце концевого участка меньшего диаметра, при этом длина его не превышает половины глубины 2 захода концевого участка меньшего диаметра в полость концевого участка большего диа10 метра смежной секции, величина зазора между фиксатором и концевым участком большего диаметра не менее, чем в два раза превышает величину зазора Л между концевыми участками смежных втулок, 15 толщина стенки фиксатора не превышает толщину стенки манжеты, а величины 2 и

А удовлетворяют соотношению

2 <2)Л <5.