RU2017290C1

RU2017290C1 - Waveguide gas laser

Info

Publication number: RU2017290C1
Authority: RU
Inventors: Л.И. Кац; В.А. Сосунов
Original assignee: Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском государственном университете
Priority date: 1991-06-17
Filing date: 1991-06-17
Publication date: 1994-07-30

Abstract

FIELD: quantum electronics. SUBSTANCE: waveguide gas laser has waveguide system with gas-filled tube placed in it and excitation source. Waveguide system is manufactured in the form of two parallel identical waveguides. Rectangular coupling waveguide with open ends is installed between them perpendicular. Narrow walls of stub are matched with wide walls of parallel waveguides. Gas-filled tube is placed in space between waveguides. EFFECT: improved operational characteristics. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для создания волноводных молекулярных СО₂-лазеров.The invention relates to quantum electronics and can be used to create waveguide molecular CO ₂ lasers.

Известен лазер с высокочастотной накачкой, у которого электроды, охватывающие разрядный капилляр, образуют двухпроводниковую линию [1]. Короткозамкнутые на одном конце электроды представляют четвертьволновый колебательный контур с рабочей частотой 120 мГц. Который подключается к источнику мощности. При этом установлено, что высокочастотное возбуждение газовой среды позволило снять в этом устройстве ряд физических ограничений, связанных с большими потерями энергии на создание тлеющего разряда. Однако применяемая частота еще недостаточно велика, так как при увеличении частоты накачки до 200-900 мГц существенно уменьшается мощность накачки, а также уменьшается уровень флуктуаций лазерного излучения. A known laser with high-frequency pumping, in which the electrodes covering the discharge capillary form a two-conductor line [1]. Short-circuited at one end of the electrodes represent a quarter-wave oscillatory circuit with an operating frequency of 120 MHz. Which is connected to a power source. It was found that the high-frequency excitation of the gaseous medium made it possible to remove a number of physical limitations in this device associated with large energy losses for creating a glow discharge. However, the applied frequency is still not large enough, since with an increase in the pump frequency to 200–900 MHz, the pump power substantially decreases, and the level of fluctuations of the laser radiation also decreases.

Наиболее близким по сущности техническим решением является газовый лазер [2] . В нем лазерная трубка, представляющая собой кварцевый капилляр, расположена вдоль оси прямоугольного волновода. Электpоды для возбуждения разряда постоянного тока находились вне волновода. Наложение СВЧ-полей в диапазоне 2-5 ГГц (сечение волновода 72х10 мм) позволило увеличить мощность, генерируемую лазером, более чем в два раза. The closest in essence technical solution is a gas laser [2]. In it, a laser tube, which is a quartz capillary, is located along the axis of a rectangular waveguide. The electrodes for exciting a direct current discharge were outside the waveguide. Superposition of microwave fields in the range of 2-5 GHz (waveguide cross-section 72x10 mm) made it possible to increase the power generated by the laser by more than two times.

Однако газоразрядная трубка внутри волновода является плохо согласуемым с СВЧ-волной объектом, вдоль трубки устанавливается стоячая волна, нарушается модальный состав поля в волноводе, волновод трудно согласуем с источником СВЧ-энергии, эти факторы приводят к неэффективности возбуждения активного элемента. However, the gas discharge tube inside the waveguide is poorly compatible with the microwave wave, a standing wave is established along the tube, the modal field composition in the waveguide is violated, the waveguide is difficult to coordinate with the microwave energy source, these factors lead to inefficiency of excitation of the active element.

Целью изобретения является повышение эффективности возбуждения газового волновода лазера при снижении флуктуации лазерного излучения. The aim of the invention is to increase the efficiency of excitation of a gas laser waveguide while reducing fluctuations in laser radiation.

Это достигается тем, что в волноводный газовый лазер, содержащий волноводную систему с расположенной в ней газонаполнительной трубкой и источник возбуждения введен прямоугольный волновод связи. Волноведущая система выполнена в виде двух параллельных идентичных волноводов, газонаполненная трубка установлена в отрезке прямоугольного волновода связи, соединяющем два параллельных идентичных волновода так, что широкие стенки волновода связи перпендикулярны широким стенкам идентичных волноводов и выступают за пределы их смежных поверхностей, в боковых стенках волновода связи выполнены сквозные отверстия, а длина волновода связи удовлетворяет соотношению λ_вш/4≥l_ш, где λ_вш - длина волны основного типа колебаний в волноводе, l_ш - длина волновода связи. Кроме того, широкие стенки волновода связи расположены в плоскостях, перпендикулярных продольным осям соединяемых волноводов.This is achieved by the fact that a rectangular coupling waveguide is introduced into a waveguide gas laser containing a waveguide system with a gas-filling tube located therein and an excitation source. The waveguide system is made in the form of two parallel identical waveguides, a gas-filled tube is installed in the segment of a rectangular communication waveguide connecting two parallel identical waveguides so that the wide walls of the communication waveguide are perpendicular to the wide walls of identical waveguides and extend beyond their adjacent surfaces, in the side walls of the communication waveguide the through holes and the length of the waveguide connection satisfies λ _VSH / 4≥l _br, where _VSH λ - wavelength of the main oscillation mode in the waveguide, l _m - communication waveguide length. In addition, the wide walls of the coupling waveguide are located in planes perpendicular to the longitudinal axes of the connected waveguides.

На чертеже изображено предложенное устройство, общий вид. The drawing shows the proposed device, General view.

Идентичные волноводы 1,2 расположены параллельно один над другим. Между ними перпендикулярно размещен запредельный волноводный шлейф 3, узкие стенки которого совмещены с широкими стенками волноводов 1,2. Внутри волноводного шлейфа 3 в пространстве между волноводами 1,2 размещена газонаполненная трубка. Identical waveguides 1.2 are arranged parallel to one another. Between them perpendicularly placed transcendental waveguide loop 3, the narrow walls of which are combined with the wide walls of the waveguides 1,2. Inside the waveguide loop 3 in the space between the waveguides 1,2 is a gas-filled tube.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Разрядная трубка 4 с соответствующим газовым наполнением, расположенная поперек отрезка прямоугольного волновода, возбуждается электромагнитной энергией СВЧ-поля, распространяющейся по волноводу 1. Длина волновода l_ш близка к четверти длины волны основных типа СВЧ-колебаний в данном волноводе. Размер широкой стенки волновода связи а_ш больше размера широкой стенки соединенных волноводов а. Боковые стенки у волновода связи отсутствуют. Так как участки прямоугольного волновода связи, выходящие за пределы широких стенок связываемых волноводов, можно в данном случае рассматривать как отрезки предельных волноводов, то излучения энергии СВЧ-колебаний через отсутствующие боковые стенки не будет. Эти разомкнутые на конце отрезки предельных волноводов используются для вывода мощности генерации лазера.A discharge tube 4 with corresponding gas filling, located across a segment of a rectangular waveguide, is excited by the electromagnetic energy of the microwave field propagating through waveguide 1. The wavelength l _w is close to a quarter of the wavelength of the main types of microwave oscillations in this waveguide. The size of the wide wall of the coupling waveguide a _{w is} larger than the size of the wide wall of the connected waveguides a. Side walls of the communication waveguide are absent. Since the sections of a rectangular coupling waveguide that extend beyond the wide walls of the connected waveguides can be considered in this case as segments of limiting waveguides, there will be no radiation of microwave energy through missing side walls. These open-ended segments of limiting waveguides are used to output the laser generation power.

Волновод связи, в котором расположен разрядный капилляр, возбуждается за счет поперечной компоненты магнитного поля волны, распространяющейся в одном из связываемых волноводов. При этом обеспечивается возможность подачи мощности на газонаполненную трубку как при одностороннем падении мощности со стороны волновода 1, так и при двустороннем возбуждении со стороны волновода 1 и 2. Если энергия источника СВЧ-колебаний поступает в оба связанных волновода, то, изменяя фазу колебаний в одном из волноводов, можно регулировать величину СВЧ-поля в месте расположения газового капилляра. Длина разрядного капилляра несколько больше широкой стенки соединенных волноводов а, но меньше размера широкой стенки волновода связи аш. В случае дополнительного возбуждения разряда постоянным током, на который накладывается СВЧ-поле, электроды находятся в отрезках предельных волноводов. The communication waveguide in which the discharge capillary is located is excited due to the transverse component of the magnetic field of the wave propagating in one of the connected waveguides. In this case, it is possible to supply power to a gas-filled tube both with a one-sided drop in power from the side of waveguide 1 and with two-sided excitation from the side of waveguide 1 and 2. If the energy of the microwave source comes into both coupled waveguides, then changing the phase of the oscillations in one From waveguides, it is possible to adjust the magnitude of the microwave field at the location of the gas capillary. The length of the discharge capillary is slightly larger than the wide wall of the connected waveguides a, but less than the size of the wide wall of the coupling waveguide al. In the case of additional excitation of the discharge by direct current, on which a microwave field is superimposed, the electrodes are located in segments of the limit waveguides.

Отрезки открытых на конце предельных волноводов - это участки волновода связи, сечение которых l_ш х b_ш и длина

. Подобная конструкция предусматривает включение многих газоразрядных трубок, которые подбором соответствующих фаз электромагнитных волн в волноводах 1 и 2, допускают создание многоэлементного лазера. Подбор формы дуги, по которой могут быть изогнуты питающиеся волноводы, обеспечит фокусировку излучения отдельных элементов.The segments of the limiting waveguides open at the end are the sections of the communication waveguide, the cross section of which is l _w x b _w and the length

. Such a design provides for the inclusion of many gas discharge tubes, which, by selecting the corresponding phases of electromagnetic waves in waveguides 1 and 2, allow the creation of a multi-element laser. The selection of the shape of the arc along which the feeding waveguides can be bent will provide focusing of the radiation of individual elements.

Таким образом, отличительной особенностью предлагаемой конструкции газового лазера является расположение разрядного капилляра поперек волновода связи, у которого отсутствуют боковые стенки. Это обеспечивает более равномерное распределение СВЧ-поля вдоль разрядного капилляра, возможность хорошего согласования газоразрядной трубки с волноводом и самого волновода с генератором, а также создание многоэлементного лазера с суммированием мощности отдельных элементов. Эти особенности приводят к увеличению эффективности возбуждения активного элемента. Thus, a distinctive feature of the proposed design of the gas laser is the location of the discharge capillary across the communication waveguide, which has no side walls. This ensures a more uniform distribution of the microwave field along the discharge capillary, the possibility of good matching of the gas discharge tube with the waveguide and the waveguide itself with the generator, as well as the creation of a multi-element laser with the summation of the power of individual elements. These features lead to an increase in the excitation efficiency of the active element.

Claims

1. A waveguide gas laser containing a gas-filled tube located in the waveguide system and an excitation source with lead electrodes, characterized in that a rectangular coupling waveguide is inserted into it, the waveguide system is made in the form of two parallel identical waveguides, the gas-filled tube is installed in a segment of a rectangular waveguide connection connecting two parallel identical waveguides so that the wide walls of the communication waveguide are perpendicular to the wide walls of identical waveguides and extend beyond The limits of their adjacent surfaces, through holes are made in the side walls of the communication waveguide, and the length of the communication waveguide satisfies the relation

≥ l _t
where λ _W is the wavelength of the main type of oscillation in the waveguide;
l _m is the length of the communication waveguide.

2. The laser according to claim 1, characterized in that the wide walls of the communication waveguide are located in planes perpendicular to the longitudinal axes of the connected waveguides.