RU2055426C1

RU2055426C1 - Electrode

Info

Publication number: RU2055426C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Атежев; К.Л. Богомолов; С.К. Вартапетов
Original assignee: Научно-производственное внедренческое предприятие "Лазерная лаборатория"
Priority date: 1992-10-06
Filing date: 1992-10-06
Publication date: 1996-02-27

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: invention relates to electric discharge lasers. Electrode has form with wire elements arranged in parallel to each other put on it. Form has guides for linear movement which are placed along its greater side on which wire elements are positioned. Wire elements have shape of ring with cutout segment which embraces form. Wire element has rectangular shape in cross-section. Elements are manufactured from elastic material and are mounted closely to each other in mechanically stressed state. Electrode form has through hole perpendicular to bearing surface of electrode. Form carries limiters of guides of linear movement which surfaces are smoothly conjugate to bearing surface of frame and cylindrical surface including outer outline of each wire element. EFFECT: enhanced operational efficiency and reliability. 7 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к электроразрядным лазерам ТЕ-типа. The invention relates to quantum electronics, in particular to electrical discharge TE-type lasers.

Известен электрод, выполненный из проволоки [1]
Конструкция такого электрода не позволяет получить жесткий линейно-протяженный электрод точной формы.Known electrode made of wire [1]
The design of such an electrode does not allow to obtain a rigid linearly extended electrode of an exact shape.

Известно техническое решение, в котором проволочные элементы закреплены на каркасе [2]
Недостатком данного технического решения является то, что усилия, необходимые для натяжения проволочных элементов, приводят к деформации каркаса. Крепление проволочных элементов не позволяет менять расстояние между ними и производить их замену.A technical solution is known in which the wire elements are fixed to the frame [2]
The disadvantage of this technical solution is that the efforts required to tension the wire elements lead to deformation of the frame. The fastening of the wire elements does not allow changing the distance between them and replacing them.

Прототипом предлагаемого технического решения является электрод, содержащий проволочные элементы, установленные на каркасе параллельно друг другу [3]
Недостатком этого электрода является то, что расстояние между проволочными элементами не может изменяться. Отсутствует возможность замены проволочных элементов, что делает электрод неремотнопригодным. Электрическое поле, создаваемое электродом, неоднородно, что делает не эффективной работу лазера при высоких давлениях рабочего газа.The prototype of the proposed technical solution is an electrode containing wire elements mounted on the frame parallel to each other [3]
The disadvantage of this electrode is that the distance between the wire elements cannot be changed. There is no possibility of replacing wire elements, which makes the electrode unrepairable. The electric field created by the electrode is inhomogeneous, which makes the laser not efficient at high working gas pressures.

Технической задачей является упрощение конструкции электрода, повышение его унификации и эксплуатационных характеристик в электроде, содержащем каркас с расположенным на нем параллельно друг другу проволочными элементами, причем каркас выполнен с направляющими линейного перемещения, расположенными вдоль его большей стороны, в которых размещены проволочные элементы. Проволочные элементы имеют форму кольца с вырезанным сегментом, охватывающего каркас. Проволочные элементы выполнены из упругого материала и установлены в механически напряженном состоянии. В каркасе имеется сквозное отверстие, перпендикулярное опорной поверхности электрода. Проволочные элементы установлены вплотную друг к другу. Поперечное сечение проволочного элемента имеет прямоугольную форму. На торцах каркаса установлены ограничители направляющих линейного перемещения с поверхностью плавного сопряжения рабочей и опорной поверхностей электрода. The technical task is to simplify the design of the electrode, increase its unification and operational characteristics in the electrode containing the frame with wire elements located parallel to each other, and the frame is made with linear guides located along its greater side, in which the wire elements are placed. The wire elements are ring-shaped with a cut-out segment spanning the frame. The wire elements are made of elastic material and are installed in a mechanically stressed state. The frame has a through hole perpendicular to the supporting surface of the electrode. Wire elements are installed close to each other. The cross section of the wire element has a rectangular shape. At the ends of the frame, linear guides are installed for guides of linear displacement with the smooth interface of the working and supporting surfaces of the electrode.

Известны технические решения с предлагаемым выполнением электродов. Поэтому предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями. Known technical solutions with the proposed implementation of the electrodes. Therefore, the proposed technical solution has significant differences.

Сущность изобретения заключается в том, что наличие на каркасе вдоль большей его стороны (т. е. вдоль направления, в котором форма поперечного сечения электрода не меняется) направляющих линейного перемещения и установка в них проволочных элементов с возможностью их перемещения позволяют легко, быстро и с высокой точностью собирать электрод, изменять расстояние между проволочными элементами для оптимизации его газо- и светопрозрачности, заменять проволочные элементы при ремонте. Установка проволочных элементов вплотную друг к другу позволяет использовать электрод как сплошной, но изготовленный с минимумом электродного материала и по более простой технологии (не требуется механической обработки для получения сложного и высокочастотного электродного профиля больших (длинной около 1 м и более размеров). Проволочные элементы в форме кольца с вырезанным сегментом, охватывающего каркас, обеспечивают более плавную в поперечном сечении форму электрода. The essence of the invention lies in the fact that the presence on the frame along its greater side (i.e., along the direction in which the cross-sectional shape of the electrode does not change) of linear guides and the installation of wire elements in them with the possibility of their movement make it easy, fast and with assemble the electrode with high accuracy, change the distance between the wire elements to optimize its gas and light transmission, replace the wire elements during repair. The installation of wire elements close to each other allows you to use the electrode as a solid, but made with a minimum of electrode material and using simpler technology (no machining is required to obtain a complex and high-frequency electrode profile of large (about 1 m or more in length). the shape of a ring with a cut-out segment spanning the frame provides a smoother cross-sectional shape of the electrode.

Проволочные элементы, выполненные из упругого материала и установленные с упругой деформацией, позволяют за счет "заневоливания" повысить качество электрического контакта проволочных элементов с каркасом. Wire elements made of elastic material and installed with elastic deformation, due to "gouging" to improve the quality of the electrical contact of the wire elements with the frame.

Сквозное отверстие в каркасе, перпендикулярное опорной поверхности, позволяет использовать данный электрод в лазерах предыонизацией излучением через зону рабочей поверхности электрода. Прямоугольная форма поперечного сечения проволочного элемента обеспечивает более однородную форму электрода в продольном направлении в варианте плотной установки упругих элементов. Ограничители направляющих линейного перемещения, имеющие поверхность плавного сопряжения рабочей и опорной поверхностей электрода, с одной стороны предохраняют "пакет" упругих элементов от выпадания, а с другой обеспечивают однородность электрического поля на торцах электрода. Приведенные признаки упрощают конструкцию электрода и расширяют возможность его применения. A through hole in the frame, perpendicular to the supporting surface, allows the use of this electrode in lasers by preionizing radiation through the area of the working surface of the electrode. The rectangular cross-sectional shape of the wire element provides a more uniform longitudinal shape of the electrode in a dense installation of elastic elements. Limiters of linear motion guides having a smooth interface between the working and supporting surfaces of the electrode, on the one hand, protect the “package” of elastic elements from falling out, and on the other, ensure the uniformity of the electric field at the ends of the electrode. These signs simplify the design of the electrode and expand the possibility of its application.

На фиг.1 изображен электрод, поперечное сечение; на фиг.2 электрод с выполнением проволочного элемента в форме кольца с вырезанным сегментом, поперечное сечение; на фиг.3 изображено сечение А-А на фиг.2. Figure 1 shows the electrode, a cross section; figure 2 electrode with the implementation of the wire element in the form of a ring with a cut segment, cross section; figure 3 shows a section aa in figure 2.

Электрод содержит каркас 1 с расположенными на нем параллельно друг другу проволочными элементами 2 (фиг. 1). На каркасе 1 вдоль его большей стороны имеются направляющие линейного движения в виде параллельных кромок а, b, c, d. Электрод по фиг.2 имеет проволочные элементы 2 в форме кольца с вырезанным сегментом, охватывающего каркас 1. В каркасе выполнено отверстие е. Проволочные элементы установлены вплотную (фиг.3 справа). Поперечное сечение проволочных элементов 3 прямоугольной формы. На торцах электрода установлены ограничители 4 на винтах 5. Ограничители 4 имеют поверхность f, которая обеспечивает плавное сопряжение рабочей цилиндрической поверхности g, включающей внешний контур каждого проволочного элемента, и опорной h поверхности каркаса. The electrode comprises a frame 1 with wire elements 2 located on it parallel to each other (Fig. 1). On the frame 1 along its greater side there are linear motion guides in the form of parallel edges a, b, c, d. The electrode of FIG. 2 has wire elements 2 in the form of a ring with a cut-out segment spanning the frame 1. A hole is made in the frame e. The wire elements are installed close to each other (Fig. 3 on the right). Cross section of wire elements 3 of a rectangular shape. At the ends of the electrode, limiters 4 are mounted on the screws 5. The limiters 4 have a surface f, which ensures smooth coupling of the working cylindrical surface g, including the external contour of each wire element, and the supporting h of the frame surface.

Электрод работает в составе электродной системы ТЕ-лазера, формируя объемный газовый разряд. К электроду электрический ток подводится через опорную поверхность h. Каркас 1 выполнен токопроводящим и через контакты на рамках a, b, c, d ток течет к проволочным элементам. Объемный разряд формируется на рабочей поверхности g. Рабочая поверхность g образована совокупностью поверхностей проволочных элементов, установленный с необходимым для оптимальной предыонизации и обострения электрического поля зазором L между ними или в случае использования электрода сплошным с плотной установкой. Такую унифицированность электрода обеспечивают наличие направляющих прямолинейного движения, в качестве которых служат кромки a, b, c, d, и возможность паремещения по ним проволочных элементов. При этом требуемый сложный профиль электрода обеспечивается не точной механической обработкой деталей большого размера (типичная длина электрода около 1 м при требовании к точности формы в пределах 0,02 мм) из труднообрабатываемого материала (типичные материалы никель, вольфрам), а формовкой относительно небольших элементов из промышленно выпускаемой проволоки. При этом большие размеры, точность и жесткость электрода обеспечиваются каркасом относительно простой формы из дешевого и легко обрабатываемого материала, например алюминиевого сплава. The electrode operates as part of the TE laser system, forming a volumetric gas discharge. An electric current is supplied to the electrode through the supporting surface h. The frame 1 is made conductive and through the contacts on the frames a, b, c, d, the current flows to the wire elements. A volume discharge is formed on the working surface g. The working surface g is formed by the set of surfaces of the wire elements, installed with the gap L between them necessary for optimal preionization and sharpening of the electric field, or in the case of using a solid electrode with a tight installation. Such uniformity of the electrode is ensured by the presence of guides of rectilinear motion, which are the edges a, b, c, d, and the possibility of para-movement of wire elements along them. In this case, the required complex profile of the electrode is provided not by precise machining of large parts (typical electrode length of about 1 m with a mold accuracy requirement of 0.02 mm) from difficult to process material (typical materials are nickel, tungsten), but by molding relatively small elements from industrially produced wire. At the same time, the large size, accuracy and rigidity of the electrode are provided by a relatively simple form frame made of cheap and easily processed material, for example, aluminum alloy.

Применение проволочного элемента в форме кольца с вырезанным сегментом, охватывающего каркас, упрощает конструкцию каркаса, так как кромки a, b, c, d, выполняющие функции направляющих, выполнены на каркасе с внешней стороны. Удаление от рабочей поверхности электрода g кромок b,c исключает их влияние, поэтому однородность электрического поля в разрядном промежутке повышается. Проволочные элементы из материала с упругими свойствами позволяют устанавливать их механически в напряженном состоянии, что улучшает качество контактов электродных элементов с каркасом за счет прижимающих усилий. При этом сохраняются преимущества, создаваемые возможностью перемещения проволочных элементов в направляющих. Сквозное отверстие е в каркасе, перпендикулярное опорной поверхности h, служит для введения излучения предыонизации или рабочего газа в разрядный промежуток через электрод, а также уменьшает вес электрода
Проволочные элементы 3 с прямоугольным поперечным сечением, особенно в варианте плотной их установки (фиг.3 справа), улучшают однородность формы электрода, а следовательно, однородность электрического поля, создаваемого электродом. Кроме того, увеличивается поверхность контакта проволочных элементов с каркасом, что улучшает токоподвод к проволочным элементам. За счет оптимального сечения расходуется меньшее количество ценного материала для изготовления проволочных элементов.The use of a wire element in the form of a ring with a cut-out segment covering the frame simplifies the design of the frame, since the edges a, b, c, d, which act as guides, are made on the frame from the outside. The removal of the edges b, c from the working surface of the electrode g eliminates their influence, therefore, the uniformity of the electric field in the discharge gap increases. Wire elements made of a material with elastic properties make it possible to install them mechanically in a stressed state, which improves the quality of contacts of the electrode elements with the frame due to pressing forces. At the same time, the advantages created by the ability to move the wire elements in the guides are retained. The through hole e in the frame perpendicular to the supporting surface h serves to introduce preionization radiation or working gas into the discharge gap through the electrode, and also reduces the weight of the electrode
The wire elements 3 with a rectangular cross-section, especially in the embodiment of their tight installation (figure 3 on the right), improve the uniformity of the shape of the electrode, and therefore, the uniformity of the electric field generated by the electrode. In addition, the contact surface of the wire elements with the frame increases, which improves the current supply to the wire elements. Due to the optimal cross section, less valuable material is used for the manufacture of wire elements.

Ограничители 4 направляющих линейного перемещения с одной стороны предохраняют пакет проволочных элементов от выпадания, а с дpугой за счет наличия поверхности f плавного сопряжения рабочей g и опорной h поверхностей электрода обеспечивают однородность электрического поля на торцах электрода, что существенно для формирования объемного разряда при работе электрода в условиях высокого давления рабочего газа. The limiters 4 of the linear guides on one side protect the package of wire elements from falling out, and on the other hand due to the smooth surface f of the working g and the supporting surface h of the electrode, the electric field is uniform at the ends of the electrode, which is essential for the formation of a volume discharge during operation of the electrode in high pressure working gas.

В настоящий момент создана электродная система мощного эксимерного лазера, в которой как частично прозрачный, так и сплошной электроды выполнены на основе изобретения. Электродные элементы выполнены из никелевой проволоки диаметром 1 мм, а каркас из сплава Д16. Лабораторные испытания подтвердили простоту, многовариантность исполнений электрода с использованием одних и тех же элементов и ремонтропригодность. Кроме того, КПД лазера при работе с описанными электродами повысился в 1,5 раза по сравнению с работой на известных устройствах. At present, an electrode system of a high-power excimer laser has been created, in which both partially transparent and solid electrodes are made on the basis of the invention. The electrode elements are made of nickel wire with a diameter of 1 mm, and the frame is made of D16 alloy. Laboratory tests have confirmed the simplicity, multivariance of electrode designs using the same elements and maintainability. In addition, the laser efficiency when working with the described electrodes increased by 1.5 times compared with the work on known devices.

Claims

1. ELECTRODE containing a frame with wire elements arranged parallel to each other, characterized in that the frame is made with linear guides located along its greater side, in which the wire elements are placed.

2. The electrode according to claim 1, characterized in that the wire elements are in the form of a ring with a cut-out segment spanning the frame.

3. The electrode according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the wire elements are made of elastic material and installed in a mechanically stressed state.

4. The electrode according to claims 1 to 3, characterized in that the frame has a through hole perpendicular to the supporting surface of the electrode.

5. The electrode according to claims 1 to 4, characterized in that the wire elements are mounted close to each other.

6. The electrode according to claims 1 to 5, characterized in that the cross section of the wire element has a rectangular shape.

7. The electrode according to claims 1 to 6, characterized in that on the ends of the frame there are linear guides for guides of linear movement with the surface of smooth mating of the supporting surface of the frame and a cylindrical surface including the outer contour of each wire element.