Электроразрядный лазер (варианты)

 

Использование: изобретение относится к области квантовой электроники и может использоваться при создании мощных и сверхмощных газовых лазеров непрерывного и импульсно-периодического действия. Сущность: в трехэлектродной схеме комбинированного возбуждения один основной электрод подключен к обкладке накопительного конденсатора самостоятельного разряда через первичную обмотку импульсного трансформатора, а другой основной электрод подключен к обкладке второго накопительного конденсатора самостоятельного разряда через вторичную обмотку этого же импульсного трансформатора, число витков в которой равно числу витков в первичной обмотке. Возможно также, что промежуточный электрод подключается через индуктивность к средней точке основного накопителя, собранного из двух последовательно соединенных конденсаторных блоков, и к обкладке накопительного конденсатора, вторая обкладка которого подключена к дополнительному источнику питания и коммутатору, у которого второй вывод заземлен, один основной электрод подключается к высоковольтному выводу основного накопителя и основному источнику питания через первичную обмотку импульсного трансформатора, а другой основной электрод к второму выводу основного накопителя и заземленному выводу основного источника питания через вторичную обмотку этого же импульсного трансформатора, число витков в которой равно числу витков в первичной обмотке. 2 н.п. ф-лы, 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области квантовой электроники и может использоваться при создании мощных и сверхмощных газовых лазеров непрерывного и импульсно-периодического действия.

Одной из наиболее сложных проблем при создании мощных и сверхмощных газовых лазеров является однородное возбуждение активной среды.

В настоящее время наиболее широко распространены устройства, использующие или несамостоятельный разряд, поддерживаемый электронным пучком, (см. патент США, кл. H 01 S 3/02, 3/22, 3/09 от 25.05.1970), или самостоятельный разряд с применением секционированных электродов, каждая секция которых нагружена на балластное сопротивление, ограничивающее ток разряда, и, тем самым, предотвращающее образование искрового канала в межэлектродном объеме (патент Франции N 2389258, кл. H 01 S 3/22, от 25.04.1997).

Недостатками лазеров, в которых несамостоятельный разряд контролируется электронным пучком, являются сложность конструкции и больше габариты из-за наличия электронного ускорителя, малый срок службы в безостановочном режиме (~ 10 ч) из-за прорыва под действием электронного пучка металлической фольги, разделяющей вакуумную и газовую камеры, неоднородность накачки рабочей среды из-за большей скорость ионизации вблизи разделительной фольги.

Недостатком лазеров, использующих для накачки самостоятельный разряд, является низкий КПД из-за неоптимальных условий накачки и больших потерь энергии на балластных сопротивлениях.

Известны мощные лазеры (Hige-average power-pulsed perfomance of a multikilowatt PIE laset. Nikumb S.K., Seguin H.J.J., Seguin V.A., Willis R.J., Reshee H. W. "IEEE J. Quantum Electon", 1989, 25, N 7.1725-1735), в которых для накачки рабочей среды используется комбинированный разряд, когда между двумя электродами по одной электрической цепи зажигается кратковременный самостоятельный разряд (заменяющий электронный пучок), создающий плазмы с заданной концентрацией, а основная доля энергии вводится в газ при распаде плазмы на стадии несамостоятельного разряда по другой электрической цепи, что обеспечивает ввод энергии при оптимальных условиях. Элементом, развязывающим электрические цепи самостоятельного и несамостоятельного, является индуктивность.

Недостатком этого устройства является снижение амплитуды тока на начальной стадии несамостоятельного разряда из-за наличия в его цепи индуктивности, и, самое главное, потеря индуктивностью развязывающих свойств по мере необходимости увеличения тока несамостоятельного разряда при увеличении объема возбуждаемой среды.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству является электроразрядный лазер являющийся, прототипом (авт. св. N 713468, кл. H 01 S 3/09, опублик. в БИ N 10 за 1981, с. 289.), с комбинированной системой возбуждения. Устройство содержит два основных электрода, подключенных к системам предыонизации накопителям энергии самостоятельных разрядов, основу накопителю, питающему несамостоятельный разряд, и промежуточный электрод в виде сетки или пластины, подключенный к системе предыонизации и через коммутатор к накопителям энергии самостоятельных разрядов. В исходном состоянии эти накопители заряжены до направления, превышающего пробивное напряжение газового промежутка. После включения коммутатора напряжение от накопителей энергии самостоятельного разряда подается на промежуточный электрод, и в обоих промежутках зажигаются самостоятельные разряды, создающие в межэлектродных объемах плазму с заданной концентрацией электронов. После разрядки накопителей разряд переходит в несамостоятельную стадию и энергия в газ поступает из основного накопителя при оптимальной для накачки лазера напряженности электрического поля. При снижении тока несамостоятельного разряда до заданного уровня в промежутках снова зажигаются самостоятельные разряды и процесс повторяется.

Недостаток данного устройства заключается в том, что процессе горения самостоятельных разрядов в промежутках анод - промежуточный электрод, катод - промежуточный электрод напряжение от основного накопителя, постоянно приложенное к электродам анод - промежуточный электрод - катод, в одном промежутке складывается, а в другом вычитается из напряжения, подаваемого на промежуточный и основные электроды для зажигания самостоятельного разряда. Таким образом, при различной напряженности поля в двух промежутках создается изначально различная концентрация электродов, и на стадии несамостоятельного разряда происходит перераспределение напряжения, что приводит к пробою того промежутка, на котором выпала большая напряженность поля. Данный недостаток можно было бы устранить, выравнивания напряженности поля путем изменения межэлектродного расстояния. Но так как потенциал промежуточного электрода в процессе горения самостоятельных разрядов и разрядки накопителей непрерывно меняется, то невозможно обеспечить равенство полей длительное время и, следовательно, создание в этих промежутках плазмы с одинаковой концентрацией электронов. Кроме того, при разных давлениях, составах рабочей смеси и режим накачки для достижения максимальной мощности необходимо разное напряжение горения несамостоятельного разряда, что в данной схеме невозможно и, следовательно, ведет к снижению предельных энерговкладов.

Другим существенным недостатком устройства является постоянство по направлению потока газа межэлектродного расстояния. В этом случае поперечный потоку слой рабочей газовой среды по мере пролета через разрядную зону будет нагреваться, концентрация частиц в этом слое будет снижаться, а при наличии в рабочей среде слоев газа, параллельных направлению протекания тока, с различной концентрацией частиц и, соответственно, различным отношением напряженности электрического поля к числу частиц в единице объема, большая плотность тока придется на слои газа с меньшей концентрацией. Таким образом, из-за развития неустойчивостей в слоях с пониженной концентрацией частиц, уменьшается предельная энергия, рассеиваемая в газе, и ухудшается однородность накачки газовой смеси.

Кроме того, использование в качестве промежуточного электрода сетки или пластины приводит к необходимости повторного возбуждения уже ионизированной плазмы (иначе генерация будет осуществляться только в импульсном режиме), и созданию между основными электродами слоев газа с разной степенью ионизации. Что опять же приводит к возникновению неустойчивостей в слоях с повышенной ионизацией и ограничения предельной энергии, рассеиваемой в газе а также ухудшению однородности накачки газовой смеси.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, т.е. увеличение мощности, рассеиваемой в газе (и, следовательно, мощности излучения), однородности накачки среды, а также упрощение установки промежуточного электрода.

Указанная цель достигается, если лазер содержит два основных электрода, подключенных к обкладкам накопительных конденсаторов, основному накопителю и основному источнику питания, и промежуточный электрод, подсоединенный к накопительным конденсаторам систем предыонизации и через коммутатор к противоположным обкладкам обоих накопительных конденсаторов и дополнительному источнику питания, и где один основной электрод подключен к обкладке накопительного конденсатора через первичную обмотку импульсного трансформатора, а другой основной электрод подключен к обкладке второго накопительного конденсатора через вторичную обмотку этого же импульсного трансформатора, число витков в которой равно числу витков в первичной обмотке.

Указанная цель так же достигается, если лазер содержит два основных электрода, подключенных к основному накопителю, и промежуточный электрод, подключенный к накопительным конденсаторам систем предыонизации и через индуктивность к средней точке основного накопителя, собранного из двух последовательно соединенных конденсаторных блоков, и к обкладке накопительного конденсатора, вторая обкладка которого подключена к дополнительному источнику питания и коммутатору, у которого второй вывод заземлен, что при использовании тиратрона в качестве коммутатора дает возможность включить тиратрон по более надежной схеме, когда катод и один из выводов нити подогрева заземлены), и где один основной электрод подключен к высоковольтному выводу основного накопителя и основному источнику питания через первичную обмотку импульсного трансформатора, а другой основной электрод подключен к второму выводу основного накопителя и заземленному выводу основного источника питания через вторичную обмотку этого же импульсного трансформатора, число витков в которой равно числу витков в первичной обмотке.

Электрическую мощность, рассеиваемую в газе, можно дополнительно повысить, если расстояние между основными электродами, поперек которых осуществляется прокачка газа через разрядный объем, после достижения потоком газа зоны генерации увеличено настолько, чтобы отношение величины электрического поля к числу частиц в единице объема газа оставалось неизменным, а промежуточный электрод выполнен в виде трубки или стержня и установлен посередине между двумя основными электродами на входе потока газа в разрядную зону, диаметр промежуточного электрода выбирается из условия однократного возбуждения одного и того же объема газа: d ≅ v/ν, , где d - диаметр электрода v - скорость потока газа, ν - частота следования импульсов самостоятельного разряда.

Отличительным признаками в таких решениях являются: - подключение одного основного электрода к обкладке накопительного конденсатора через первичную обмотку импульсного трансформатора, а второго основного электрода к обкладке второго накопительного конденсатора через вторичную обмотку этого же импульсного трансформатора, число витков в которой равняется числу витков в первичной обмотке; - подключение промежуточного электрода через индуктивность к средней точке основного накопителя, собранного из двух последовательно соединенных конденсаторных блоков, и к обкладке накопительного конденсатора, вторая обкладка которого подключена к дополнительному источнику питания и к выводу коммутатора, второй вывод которого заземлен; подключение первого основного электрода к выводу основного накопителя и основному источнику питания через первичную обмотку импульсного трансформатора, а второго основного электрода к второму выводу основного накопителя и заземленному выводу основного источника питания через вторичную обмотку этого же импульсного трансформатора, число витков в которой равно числу витков в первичной обмотке; - расстояние между основными электродами, поперек которых осуществляется прокачка газа через разрядный объем после достижения потоком газа зоны генерации, увеличено настолько, чтобы отношение величины электрического поля к числу частиц в единице объема газа оставалось неизменным, а промежуточный электрод выполнен в виде трубки или стержня и установлен посередине между двумя основными электродами на входе потока газа в разрядную зону.

Технический результат обусловлен тем, что в процессе зажигания самостоятельных разрядов в промежутках анод - промежуточный электрод, катод - промежуточный электрод электрическое поле накопителя энергии несамостоятельного разряда, постоянно приложенное к электродам анод - катод, в одном промежутке складывается, а в другом вычитается из поля самостоятельного разряда. Таким образом, при различной напряженности электрического поля в двух промежутках разряд зажигается только том, в котором напряженность больше. Ток разряда проходит через одну из обмоток импульсного трансформатора так, что в другой обмотке наводится ЭДС, которая дополнительно прикладывается к невозбужденному промежутку. Напряженность поля в невозбужденном промежутке будет возрастать до тех пор пока в нем не загорится разряд и электрические поля в обоих промежутках не уравняются. Следовательно, такой подход позволяет вне зависимости от разницы межэлектродного расстояния создать между электродами плазму с одинаковой концентрацией электронов. Импульсный трансформатор намотан коаксиальным кабелем на кольцевом ферритовом сердечнике со встречным включением обмоток и не вносит индуктивное сопротивление в протекание тока самостоятельного разряда, так как магнитное поле в трансформаторе при встречном направлении протекания токов через первичную и вторичную обмотки практически равно нулю.

Во время самостоятельного разряда между электродами создается плазма с одинаковой концентрацией электронов (по п.1), с тем отличием, что во время несамостоятельного разряда ток от основного накопителя протекает через импульсный трансформатор. В этом случае токи, протекающие в первичной и вторичной обмотках импульсного трансформатора, направлены в одну сторону, но в таком режиме происходит насыщение магнитопровода трансформатора и его индуктивное сопротивление также практически равно нулю.

В начальной стадии протекания тока несамостоятельного разряда основная доля энергии идет на возбуждение верхнего лазерного уровня, температура и концентрация частиц газа изменяются незначительно. Этим (так как смесь прокачивается через разрядный промежуток) обусловлено наличие на основных электродах параллельно участка. После достижения потоком зоны генерации происходит передача энергии с нижнего лазерного уровня в тепловую энергию, рабочая смесь быстро нагревается, понижается концентрация частиц газа в промежутке, поэтому параллельный участок основных электродов переходит в линейно расширяющийся таким образом, чтобы отношение величины электрического поля к числу частиц газа в единице объема на всем протяжении разрядно зоны оставалось неизменным. Тогда плотность тока через любые участки разрядной зоны будет одинакова, что затрудняет развитие неустойчивостей, ограничивающих предельную энергию, вводимую в разряд. Диаметр промежуточного электрода выбирается из условия однократного возбуждения одного объема газа: d ≅ v/ν, , таким образом, чтобы обеспечить однородное распределение однократно ионизированной плазмы по всему межэлектродному промежутку. Такой подход позволяет повысить максимальную мощность; введенную в газ, и однородность плазмы разряда.

На фиг.1 приведена блок-схема электроразрядного лазера с импульсным трансформатором, включенным в цепь самостоятельного разряда; на фиг.2 приведена блок-схема электроразрядного лазера с импульсным трансформатором, включенным в цепь самостоятельного и несамостоятельного разрядов; на фиг.3 приведено поперечное сечение разрядной камеры с прокачкой газа поперек профилированных электродов.

На фиг.1 показана блок-схема электроразрядного лазера, в котором основной потенциальный электрод 1 подключен к обкладке основного накопителя 9 и источнику питания 12, обкладке накопительного конденсатора 8 через первичную обмотку импульсного трансформатора 6. Основной заземленный электрод 2 подключен к второй обкладке основного накопителя 9 и заземленному выводу источника питания 12, к обкладке накопительного конденсатора 7 и выходу источника питания 11 через вторичную обмотку импульсного трансформатора 6, число витков в которой равняется числу витков в первичной обмотке. Промежуточный электрод 3 подключен к обкладкам конденсаторов 5 (вторые обкладки которых подключен к электродам системы предварительной ионизации 4) и к коммутатору 10, второй вывод которого подключен к соединенным между собой обкладкам накопительных конденсаторов 7, и потенциальному выводу источника питания 11. Импульсный трансформатор 6 намотан коаксиальным кабелем, на кольцевом ферритовом сердечнике и подключен таким образом, чтобы токи, протекающие через электродные промежутки 1-3 и 2-3, были направлены в обмотках трансформатора в противоположные стороны.

На фиг.2 показана блок-схема электроразрядного лазера, в котором промежуточный электрод 3 подключен через индуктивность 13 к средней точке основного накопителя, собранного из двух последовательно соединенных конденсаторных блоков 8 и 9, а также к обкладкам конденсаторов 5 (вторые обкладки которых подключены к электродам системы предварительной ионизации) и к обкладке накопителя 7, вторая обкладка которого подключена к дополнительному источнику питания 11 и к выводу коммутатора 10, второй вывод которого заземлен. Основной потенциальный электрод 1 подключен к обкладке основного накопителя 8-9 и потенциальному выводу основного источника питания 12 через первичную обмотку импульсного трансформатора 6. Основной электрод 2 подключен к заземленным обкладке основного накопителя 8-9 и выводу основного источника питания 12 через вторичную обмотку этого же импульсного трансформатора 6, число витков в которой равняется числу витков в первичной обмотке. Импульсный трансформатор 6 намотан коаксиальным кабелем на кольцевом ферритовом сердечнике и подключен таким образом, чтобы токи, протекающие через электродные промежутки 1-3 и 2-3, были направлены в обмотках трансформатора в противоположные стороны.

На фиг. 3 изображено поперечное сечение разрядной камеры 7 с системой профилированных электродов 1-3-2, поперек которых осуществляется прокачка газовой смеси. Основные электроды 1, 2 выполнены так, что поперечное газовому потоку сечение разрядной зоны после достижения потоком зоны генерации расширяется в такой степени, чтобы отношение величины электрического поля к числу частиц в единице объема оставалось измененным. Промежуточный электрод 3 выполнен в виде трубки или стержня и установлен посередине между основными электродами 1-2 на входе потока газа в разрядную зону 6. Диаметр промежуточного электрода 3 выбирается из условия однократного возбуждения одного и того же объема газа: d ≅ v/ν. .

Электронная часть электроразрядного лазера может быть собрана по схеме, приведенной на фиг.1 или 3. В таком случае электродная система (фиг.3) подключена в точке а к обкладке основного накопителя 9 и потенциальному выходу основного источника питания 12 (фиг.1), в точке б - к заземленным обкладке основного накопителя 9 и выходу источника питания 12 (фиг.1), в точке в - к коммутатору 10 фиг.1).

Устройство, приведенное на фиг.1, работает следующим образом.

В исходном состоянии батарея конденсаторов 9 заряжена от основного источника питания 12 до напряжения U₁. Конденсатор 8 заряжен от вспомогательного источника питания 11 до напряжения U₂ по цепи: источник 11 - конденсатор 8 - первичная обмотка трансформатора 6 - батарея конденсаторов 9 - вторичная обмотка трансформатора 6. Конденсатор 7 заряжен от вспомогательного источника питания 11 до напряжения U₂ по цепи: источник 11 - конденсатор 7. Поскольку емкость конденсаторов 7 и 8 много меньше емкости конденсаторной батареи 9, а U₂ >> U₁, то напряжение на конденсаторе 8 практически равно напряжению на конденсаторе 7. Конденсаторы 5 не заряжены. После подачи импульса управления на коммутатор 10, он открывается и напряжение U₂ передается на промежуточный электрод 3 и через конденсаторы на подсветочные электроды 4. На фронте этого импульса зажигается вспомогательный разряд в промежутках 4-1 и 4-2, производящий предварительную ионизацию рабочей среды между электродами 1-3 и 3-2, и конденсаторы 5 заряжается. Так как к электродам 1-2 приложено напряжение U₁ от конденсаторной батареи 9, напряженности электрических полей в промежутках 1-3 и 3-2 различны и при достижении пробивного напряжения в промежутке с большей напряженностью электрического поля 1-3 или 3-2 (в зависимости от полярности включения U₁ и U₂) возбуждается разряд. Ток разряда конденсатора 7 или 8 проходит через одну из обмоток импульсного трансформатора 6 так, что в другой обмотке наводится ЭДС, которая дополнительно прикладывается к невозбужденному промежутку (3-2 или 1-3). Таким образом напряженность поля в невозбужденном промежутке будет возрастать до тех пор, пока в нем не загорится разряд и электрические поля в обеих промежутках не уравняются. Следовательно, между электродами 1-3 и 3-2 зависимости от разницы межэлектродного расстояния возникают разряды с одинаковой концентрацией электронов. Конденсаторы 5 при этом разряжаются через плазму, созданную в промежутках 4-2-3 и 4-1-3.

Импульсный трансформатор 6 намотан коаксиальным кабелем со встречным включением обмоток и не вносит индуктивное сопротивление в протекание тока самостоятельного разряда от накопителей 7 и 8, так как магнитное поле в трансформаторе при встречном направлении протекания токов через первичную и вторичную обмотки практически равно нулю. Плазма, созданная на стадии самостоятельного разряда проводит ток от основного накопителя 9, которым производится накачка рабочей среды лазера. Поскольку при оптимальном, с точки зрения накачки лазера, напряжении U₁, воздействующем на плазму, ионизация среды не восполняет убыль заряженных частицу вследствие рекомбинации, ток уменьшается. Поддержание разряда восполнением зарядоносителей осуществляется подачей импульсного напряжения амплитудой U₁ при очередном включении коммутатора 10. При этом указанный процесс повторяется.

Устройство, приведенное на фиг.2, работает следующим образом.

В исходном состоянии батарея конденсаторов 8-9 заряжена от основного источника питания 12 до напряжения U₁. Конденсатор 7 заряжен от вспомогательного источника питания 11 до напряжения U₂ по цепи: источник 11 - конденсатор 8 - индуктивность 13 - батарея конденсаторов 8 и конденсаторов 9 - источник 12 (так как емкость конденсаторной батареи 8-9 много больше емкости конденсатора 7). Конденсаторы 5 не заряжены. После подачи импульса управления на коммутатор 10 он открывается и напряжение U₂ передается на заземленную общую точку схемы. При этом, промежуточный электрод 3 оказывается под потенциалом - U₂ относительно основных электродов 1 и 2. На фронте этого импульса зажигается вспомогательный разряд в промежутках 4-1 и 4-2, производящий предварительную ионизацию рабочей среды между электродами 1-3 и 3-2, и конденсаторы 5 заряжаются. Так как к электродам 1-2 приложено напряжение U₁ от конденсаторной батареи 8-9, напряженности электрических полей в промежутках 1-3 и 3-2 различны, и при достижении пробивного напряжения в промежутке с большей напряженностью электрического поля 1-3 или 3-2 (в зависимости от полярности включения U₁ и U₂) возбуждается разряд. Ток разряда конденсатора 7 происходит через одну из обмоток импульсного трансформатора 6 так, что в другой обмотке наводится ЭДС, которая дополнительно прикладывается к невозбужденному промежутку (3-2 или 1-3). Таким образом, напряженность поля в невозбужденном промежутке будет возрастать до тех пор, пока в нем не загорится разряд и электрические поля в обоих промежутках не уравняются. Следовательно, между электродами 1-3 и 3-2 вне зависимости от разницы межэлектродного расстояния возникают разряды с одинаковой концентрацией электронов. Конденсаторы 5 при этом разряжаются через плазму, созданную в промежутках 4-2-3 и 4-1-3. Плазма, созданная на стадии самостоятельного разряда, проводит ток от основного накопителя 8-9, которым производится накачка рабочей среды лазера. Импульсный трансформатор 6 намотан коаксиальным кабелем на кольцевом ферритовом сердечнике со встречным включением обмоток и не вносит индуктивное сопротивление в протекание тока самостоятельного разряда от накопителя 7, так как магнитное поле в трансформаторе при встречном направлении протекания токов через первичную и вторичную обмотки практически равно нулю. Во время протекания тока от основного накопителя 8-9, т.е. во время несамостоятельного разряда, токи, протекающие в первичной и вторичной обмотках импульсного трансформатора 6, направлены в одну сторону, но в этом режиме происходит насыщение магнитопровода трансформатора и его индуктивное сопротивление также практически равно нулю. Поскольку при оптимальном, с точки зрения накачки лазера, напряжении U₁, воздействующем на плазму, ионизация среды не восполняет убыль заряженных частиц вследствие рекомбинации, ток уменьшается. Поддержание разряда восполнения зарядоносителей осуществляется подачей импульсного напряжения амплитудой U₁ при очередном включении коммутатора 10. При этом указанный процесс повторяется.

Электроразрядный лазер (п.1, 2) с разрядной камерой, приведенной на фиг. 3, работает следующим образом.

В исходном состоянии конденсаторы 5 не заряжены. При приходе высоковольтного импульса на промежуточный электрод 3 и через конденсаторы на подсветочные электроды 4, на фронте этого импульса зажигается вспомогательный разряд в промежутках 4-1 и 4-2, производящий предварительную ионизацию рабочей среды между электродами 1-3 и 3-2, конденсаторы 5 заряжаются. При достижении пробивного напряжения в промежутках 1-3 и 3-2 в них зажигаются самостоятельные разряды. Конденсаторы 5 при этом разряжаются через плазму, созданную в промежутках 4-2-3 и 4-1-3. Плазма, созданная разрядами между электродами 1-3, 2-3 и смещающаяся потоком газа вдоль электродов 1-2, приводит ток от основного накопителя 9 (фиг.1), которым производится накачка рабочей среды лазера. В начальной стадии протекания тока несамостоятельного разряда основная доля энергии идет на возбуждение верхнего лазерного уровня, температура и концентрация частиц рабочей среды изменяются незначительно. Эти (так как смесь прокачивается через разрядный промежуток) обусловлено наличие на электродах 1, 2 параллельного участка. После достижения потоком зоны генерации происходит передача энергии с нижнего лазерного уровня в тепловую энергию, рабочая смесь быстро нагревается, понижается концентрация частиц газа в промежутке, что при постоянной напряженности электрического поля приводило бы к неограниченному возрастанию отношения величины электрического поля к концентрации частиц газа в разрядном объеме и, следовательно, к снижению однородности накачки рабочей смеси, предельной мощности, введенной в газ, КПД. Для устранения этого после достижения зоны генерации параллельный участок электродов 1-2 переходит в линейно-расширяющийся таким образом, чтобы отношение величины электрического поля к числу частиц в единице объема газа на всем протяжении разрядной зоны оставалось неизменным.

Поскольку при оптимальном, с точки зрения накачки лазера, напряжении U₁, воздействующем на плазму, ионизация среды не восполняет убыль заряженных частиц вследствие рекомбинации, ток уменьшается. Поддержание разряда восполнением зарядоносителей осуществляется подачей импульсного напряжения амплитудой U₁ при очередном включении коммутатора 10 (фиг.1). При этом указанный процесс повторяется. Частота повторения импульсов самостоятельного разряда в промежутках 1-3 и 2-3 (фиг.3) и диаметр промежуточного электрода 3 выбираются из условия однократного возбуждения одного объема газа d ≅ v/ν, , таким образом, чтобы обеспечить однородное распределение плазмы по всему межэлектродном промежутку 1-2.

Работоспособность предлагаемого устройства приведена на примере CO₂-лазера с объемом активной среды 4,5 х 2 х 80 см (с межэлектродными расстояниями по 2,25 см), заполненным рабочей смесью газов, в которой содержалось 2 мм рт.ст. CO₂, 14 мм рт.ст. N₂ 44 мм рт.ст. He. В качестве коммутатора 10 (фиг. 1) использовался тиратрон ТГИ1-1000/25. Для обеспечения предварительной ионизации рабочей среды использовались два ряда вспомогательных острийных электродов 4, установленных на расстоянии 5 мм до основных электродов 1, 2 по потоку газа. Расстояние между остриями 1 см. Суммарная емкость конденсаторов 5 подсветки составляла 1,5 нФ. Емкость конденсаторов 7 и 8 по 1 нФ, зарядное напряжение U₂ - 12 кВ. Емкость конденсаторной батареи 9 составляла 4 мкФ, зарядное напряжение U₁ = 2 кВ. Таким образом, на электроды 1-2 было подано постоянное напряжение 2 кВ, после срабатывания тиратрона на электроды 1-3 и 2-3 подавались импульсы напряжения амплитудой порядка 6 кВ с отрицательным потенциалом среднего электрода 3 относительно основных электродов 1 и 2. Импульсный трансформатор 6 намотан двадцатью витками коаксиального кабеля на кольцевом феррите 10 х 6 х 1,5 см. В качестве первичной обмотки использована средняя жила коаксиального кабеля, в качестве вторичной - оплетки коаксиального кабеля. Импульсы самостоятельного разряда подавались в пакетном режиме по 3 импульса в пакете через 100 мкс каждый, частота следования пакетов 900 Гц.

В таких условиях зарегистрирована удельная мощность, введенная в газ за время пакета импульсов, 20 Вт/см³ или средняя удельная мощность 7,5 Вт/см³. Это подтверждает положительный эффект заявляемого устройства.

Проведенные расчеты показывают, что при использовании электродной системы, приведенной на фиг.3, в данных условиях длина параллельного участка электродов 1 и 2 должна составлять порядка 1 см, а угол наклона расширяющегося части относительно параллельного участка порядка 20^o.

Формула изобретения

1. Электроразрядный лазер, содержащий газовую кювету с разрядной камерой и устройством для прокачки газа, два основных электрода, подключенных к обкладкам накопительных конденсаторов, основному накопителю и основному источнику питания, и промежуточный электрод, подсоединенный к накопительным конденсаторам систем предыонизации и через коммутатор к противоположным обкладкам обоих накопительных конденсаторов и дополнительному источнику питания, отличающийся тем, что один основной электрод подключен к обкладке накопительного конденсатора через первичную обмотку импульсного трансформатора, а другой основной электрод подключен к обкладке второго накопительного конденсатора через вторичную обмотку этого же импульсного трансформатора, число витков в которой равно числу витков в первичной обмотке.

2. Электроразрядный лазер, содержащий газовую кювету с разрядной камерой и устройством для прокачки газа, два основных электрода, подключенных к основному накопителю, и промежуточный электрод, подключенный к накопительным конденсаторам систем предыонизации, отличающийся тем, что промежуточный электрод подключен через индуктивность к средней точке основного накопителя, собранного из двух последовательно соединенных конденсаторных блоков, и к обкладке накопительного конденсатора, вторая обкладка которого подключена к дополнительному источнику питания и коммутатору, у которого второй вывод заземлен, один основной электрод подключен к высоковольтному выводу основного накопителя и основному источнику питания через первичную обмотку импульсного трансформатора, а другой основной электрод подключен ко второму выводу основного накопителя и заземленному выводу основного источника питания через вторичную обмотку этого же импульсного трансформатора, число витков в которой равно числу витков в первичной обмотке.

3. Лазер по пп.1 и 2, отличающийся тем, что расстояние между основными электродами, поперек которых осуществляется прокачка газа через разрядный объем, после достижения потоком газа зоны генерации увеличено настолько, чтобы отношение величины электрического поля к числу частиц в единице объема газа оставалось неизменным, а промежуточный электрод выполнен в виде трубки или стержня и установлен посередине между двумя основными электродами на входе потока газа в разрядную зону, диаметр промежуточного электрода выбирается из условия однократного возбуждения одного и того же объема газа:
d = v/ν,
где d - диаметр электрода;
v - скорость потока газа;
ν - частота следования импульсов самостоятельного разряда.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3