RU2773020C1

RU2773020C1 - Discharge chamber of a gas-flow laser

Info

Publication number: RU2773020C1
Application number: RU2021122318A
Authority: RU
Inventors: Юрий Анатольевич Адаменков; Валентина Александровна Шайдулина; Михаил Александрович Горбунов
Original assignee: Акционерное Общество "Наука И Инновации"
Filing date: 2021-07-27
Publication date: 2022-05-30

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to the field of gas discharge physics, in particular, to gas flow lasers and can be used in the creation of high-power lasers with high radiation quality. The discharge chamber of a gas- flow laser is made in the form of a single quartz structure, consists of three pairs of mutually perpendicular tubes, on one pair of tubes the electrodes of the main charge are installed, the ends of which are made in the form of plates parallel to the gas flow, and the ends of the second pair are closed with optical windows, the third pair serves to organize a head-on gas flow.

EFFECT: reduction in size, simplicity of implementation, reduction in the number of seals, ease of operation.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области физики лазеров с использованием газового разряда, в частности, к газовым проточным лазерам и может быть использовано при создании мощных лазеров с высоким качеством излучения.The invention relates to the field of laser physics using a gas discharge, in particular, to gas flow lasers and can be used to create high-power lasers with high radiation quality.

Известен газовый лазер с проточной активной средой. Лазер содержит разрядную камеру, в которой электрическая часть выполнена в виде плоского анода и двух стержневых катодов. Ось оптического резонатора расположена поперек газового потока (п. США №4791637, H01S 3/03, 1998 г.). Недостатками известной камеры являются большие габариты и невысокое качество излучения, обусловленное неоднородностью электрического разряда в активной зоне.Known gas laser with a flowing active medium. The laser contains a discharge chamber, in which the electrical part is made in the form of a flat anode and two rod cathodes. The axis of the optical resonator is located across the gas flow (U.S. No. 4791637, H01S 3/03, 1998). The disadvantages of the known camera are large dimensions and low quality of radiation due to the inhomogeneity of the electric discharge in the active zone.

Известно устройство для формирования плазменно-пучкового разряда (п. РФ №2574339, H01J 37/077, опубл. 10.02.2016), включающее разрядную камеру и электродную систему из протяженных электродов. Разрядная камера представлена в виде кварцевой трубки, в которую помещена электродная система из алюминиевых электродов, анод выполнен в виде плоской пластины, катод - в виде цилиндрического стержня, вдоль которого прорезана полость прямоугольной формы, а половина области разряда ограничена в поперечном направлении диэлектрическими стенками. Боковые стенки состоят наполовину из алюминия внутри полосы катода и наполовину из стеклотекстолита в области между катодом и анодом. Конструкция камеры способствует оптимизации разряда, однако неприменима для использования в лазере на смеси инертных газов, поскольку возникают трудности с организацией устойчивого ламинарного газового потока в межэлектродном пространстве.A device for the formation of a plasma-beam discharge is known (p. RF No. 2574339, H01J 37/077, publ. 10.02.2016), including a discharge chamber and an electrode system of extended electrodes. The discharge chamber is presented in the form of a quartz tube, in which an electrode system of aluminum electrodes is placed, the anode is made in the form of a flat plate, the cathode is in the form of a cylindrical rod, along which a rectangular cavity is cut, and half of the discharge area is limited in the transverse direction by dielectric walls. The side walls are half aluminum inside the cathode strip and half fiberglass in the area between the cathode and anode. The design of the chamber contributes to optimizing the discharge, however, it is not applicable for use in a laser on a mixture of inert gases, since it is difficult to organize a stable laminar gas flow in the interelectrode space.

В качестве прототипа выбрана разрядная камера проточного газового лазера (п. РФ №2147783, H01S 3/097, опубл. 20.04.2000), содержащая два электрода предыонизации, выполненные в виде двух параллельных плоскостей. Плоскость симметрии камеры параллельна электродам предыонизации. Электроды основного разряда выполнены в виде трубок, перпендикулярных направлению газового потока на входе и выходе камеры. Оптический резонатор имеет ось, параллельную плоскости электродов предыонизации и перпендикулярную электродам основного разряда. Электроды основного разряда смещены в разные стороны относительно плоскости симметрии камеры на расстояние не менее половины диаметра светового луча оптического резонатора.As a prototype, a discharge chamber of a flowing gas laser (p. RF No. 2147783, H01S 3/097, publ. 20.04.2000), containing two preionization electrodes, made in the form of two parallel planes, was chosen. The symmetry plane of the chamber is parallel to the preionization electrodes. The main discharge electrodes are made in the form of tubes perpendicular to the direction of the gas flow at the inlet and outlet of the chamber. The optical resonator has an axis parallel to the plane of the preionization electrodes and perpendicular to the electrodes of the main discharge. The electrodes of the main discharge are displaced in different directions relative to the symmetry plane of the chamber at a distance of at least half the diameter of the light beam of the optical resonator.

Недостатком известной камеры являются сложность изготовления и адаптации, как механической, так и электрической части для нормального функционирования лазера на смеси инертных газов с оптической накачкой.The disadvantage of the known camera is the complexity of manufacturing and adaptation, both mechanical and electrical parts for the normal operation of the laser on a mixture of inert gases with optical pumping.

Техническим результатом заявляемой в качестве изобретения разрядной камеры проточного газового лазера является снижение габаритов, простота исполнения, сокращение количества герметизирующих уплотнений, удобство эксплуатации.The technical result of the discharge chamber of a flowing gas laser claimed as an invention is a reduction in size, ease of execution, a reduction in the number of seals, and ease of use.

Указанный технический результат достигается тем, что корпус разрядной камеры выполнен в виде единой конструкции из плавленого кварца и имеет три пары взаимно перпендикулярных трубок. Одна пара трубок служит для организации прямого направленного потока активной среды. Во второй паре установлены электроды основного разряда, концы которых выполнены в виде пластин, параллельных газовому потоку, а торцы третьей пары трубок закрыты оптическими окнами.This technical result is achieved by the fact that the body of the discharge chamber is made in the form of a single structure of fused quartz and has three pairs of mutually perpendicular tubes. One pair of tubes serves to organize a direct directed flow of the active medium. In the second pair, the main discharge electrodes are installed, the ends of which are made in the form of plates parallel to the gas flow, and the ends of the third pair of tubes are closed with optical windows.

Корпус разрядной камеры с патрубками в виде единой конструкции из плавленого кварца сформирован стекловарением. Это позволяет сократить количество герметизирующих уплотнений, изготовлять достаточно простым способом сразу несколько образцов камер для их взаимозаменяемости в случае поломки. При этом, поскольку вся конструкция разрядной камеры единая, достаточно снять ее и поставить другую (по типу замены бытовой лампочки). Изготовление всей конструкции из прозрачного материала (кварц) позволяет наблюдать за процессом разряда в камере во время работы лазерного устройства.The case of the discharge chamber with nozzles in the form of a single structure made of fused quartz was formed by glass melting. This makes it possible to reduce the number of hermetic seals and to manufacture several samples of chambers at once in a fairly simple way for their interchangeability in case of breakage. At the same time, since the entire design of the discharge chamber is the same, it is enough to remove it and put another one (similar to replacing a household light bulb). The manufacture of the entire structure from a transparent material (quartz) makes it possible to observe the discharge process in the chamber during the operation of the laser device.

Сущность заявляемой в качестве изобретения разрядной камеры поясняется чертежами.The essence of the discharge chamber claimed as an invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 схематично представлен разрез камеры вдоль оси газового потока, а на фиг. 2 - вид А-А камеры.In FIG. 1 schematically shows a section of the chamber along the axis of the gas flow, and Fig. 2 is an A-A view of the camera.

Разрядная камера проточного газового лазера имеет корпус 1, выполненный в виде единой конструкции из плавленого кварца, имеющей три пары взаимно перпендикулярных трубок. В паре трубок 2 установлены электроды основного разряда 3, а торцы трубок 4 закрыты оптическими окнами 5. Электроды основного разряда 3 представляют собой плоскопараллельные пластины, расположенные параллельно газовому потоку.The discharge chamber of a flow gas laser has a housing 1 made in the form of a single structure made of fused quartz, which has three pairs of mutually perpendicular tubes. In a pair of tubes 2, electrodes of the main discharge 3 are installed, and the ends of the tubes 4 are closed with optical windows 5. The electrodes of the main discharge 3 are plane-parallel plates located parallel to the gas flow.

В качестве примера изготовлен образец, в котором разрядная камера имеет габариты 90×100×32 мм, электроды выполнены из тантала. Плоскости электродов находятся на расстоянии порядка 4 мм друг от друга, размер поверхности электродов составляет 4×5 мм. Таким образом объем разрядного промежутка составляет 0,08 см³. Форма электродов позволяет оперативно изменять величину межэлектродного промежутка.As an example, a sample was made in which the discharge chamber has dimensions of 90×100×32 mm, the electrodes are made of tantalum. The planes of the electrodes are at a distance of about 4 mm from each other, the size of the surface of the electrodes is 4×5 mm. Thus, the volume of the discharge gap is 0.08 cm ³ . The shape of the electrodes allows you to quickly change the size of the interelectrode gap.

Разрядная камера работает следующим образом. Изделие устанавливается в лазерное устройство так, чтобы обеспечить устойчивый поток активной среды. Электроды подключаются к источнику импульсного напряжения с помощью винтовых зажимов. На расстоянии 1-2 см от оптических окон устанавливаются зеркала оптического резонатора лазера. Оптическая накачка может подаваться, как в направлении движения газового потока (поперечная схема накачки), так и через зеркала оптического резонатора (продольная схема накачки).Discharge chamber works as follows. The product is installed in the laser device in such a way as to ensure a steady flow of the active medium. The electrodes are connected to the pulsed voltage source using screw terminals. At a distance of 1–2 cm from the optical windows, mirrors of the laser optical resonator are installed. Optical pumping can be applied both in the direction of the gas flow (transverse pumping scheme) and through the mirrors of the optical resonator (longitudinal pumping scheme).

Использование разработанной разрядной камеры позволило получить лазерную генерацию на уровне 550 мВт в среде инертных газов с оптической накачкой на длине волны 912 нм.The use of the developed discharge chamber made it possible to obtain lasing at a level of 550 mW in an inert gas medium with optical pumping at a wavelength of 912 nm.

Claims

The discharge chamber of a flowing gas laser, made in the form of a single structure made of quartz, consists of three pairs of mutually perpendicular tubes, on one pair of tubes there are electrodes of the main charge, the ends of which are made in the form of plates parallel to the gas flow, and the ends of the second pair are closed with optical windows, the third pair serves to organize a directly directed gas flow.