Активний елемент газорозрядного лазера

Активний елемент газорозрядного лазера, який містить коаксіально розташовані катод, анод, розрядний капіляр, оболонку з оптичними елементами на торцях, діелектричну перегородку, герметично з’єднану з оболонкою, яка розділяє катодну і анодну частини активного елемента, який відрізняється тим, що додатково містить діелектричну трубку, коаксіально розташовану зовні розрядного капіляра, герметично з’єднану з діелектричною перегородкою, причому довжина діелектричної трубки рівна довжині розрядного капіляра, а внутрішній діаметр діелектричної трубки dтр і зовнішній діаметр розрядного капіляра Dк зв’язані співвідношенням: dтр – Dк < 2dк, Зоя (13) 37225 родку, герметично з'єднану з оболонкою, яка роздiляє катодну i анодну частини активного елемента [2]. Однак, в данiй конструкцiї не досягається вирiвнювання тиску в аноднiй i катоднiй частинах розряду. Пiд час проходження струму через розрядний капiляр внаслiдок явищ електрофорезу виникає рiзниця тискiв i концентрацiї робочого газу в аноднiй i катоднiй частинах розряду. В результатi оптимальні умови для генерацiї виконуються лише в маленькiй частинi розрядного капiляра, що приводить до зменшення потужностi випромiнювання. Оскiльки рiзниця тискiв в аноднiй i катоднiй частинах розряду зростає з густиною струму, то для лазерiв з великим струмом розряду (аргоновi, криптоновi, ксеноновi, лазери на СО2) така конструкцiя взагалi не може бути використана, бо розряд зривається, не горить. В основу винаходу поставлено завдання створення активного елемента газорозрядного лазера, у якому введення додаткової дiелектричної трубки забезпечило б ефективне вирiвнювання тиску i концентрацiї робочого газу в аноднiй i катоднiй частинах активного елемента i за рахунок цього пiдвищення потужностi випромiнювання лазерiв i розширення сфери використання активних (11) Винахiд вiдноситься до квантової електронiки, а точнiше до конструкцiї активних елементiв газорозрядних лазерiв i може бути використаний при розробцi i виготовленнi рiзноманiтних газорозрядних лазерiв. Вiдомий активний елемент газорозрядного лазера з винесеними електродами [1]. В цьому активному елементi електроди розташованi в окремих колбах, з'єднаних з допомогою скляних трубок з розрядним капiляром. Крiм цього, анодна i катодна частини з'єднанi додатковою трубкою, розташованою паралельно до розрядного капiляра, з метою вирiвнювання тиску в аноднiй i катоднiй частинах розряду. Така конструкцiя має великi розмiри i масу, труднiсть виготовлення лазерiв з пiдвищеними механо-клiматичними характеристиками, незручнiсть в експлуатацiї. Додаткова трубка повинна мати великий електричний опiр на пробiй, щоб не допустити виникнення розряду в нiй. В результатi не відбувається ефективного вирiвнювання тиску в аноднiй i катоднiй чатинах розряду. Вiдомий активний елемент газорозрядного лазера, який мiстить коаксiально розташованi катод, анод, розрядний капiляр, оболонку з оптичними елементами на торцях, дiелектричну перего UA _______________________ C2 де dк - внутрішній діаметр капіляра. (19) (21) 95094024 (22) 04.09.1995 (24) 15.05.2001 (46) 15.05.2001, Бюл. № 4, 2001 р. (72) Сайчук Ярослав Дмитрович, Бобицький Ярослав Васильович, Сайчук Віталій Ярославович (73) Сайчук Ярослав Дмитрович, Бобицький Ярослав Васильович, Сайчук Віталій Ярославович (56) 1. Патент США № 3582821. 2. Авторське свiдоцтво СРСР № 380236, М. кл. Н01S3/03, 1970. 3. ЕР, № 0532293, М. кл. Н01S3/032, 1992. 4. Авторське свiдоцтво СРСР № 1797427, М. кл. Н01S3/038, 1990. 5. Авторське свiдоцтво СРСР № 1302971, М. кл. Н01S3/09, 1984. 6. Авторське свiдоцтво СРСР № 1771357, М. кл. Н01S3/03, 1990. 37225 елементiв для рiзноманiтних газорозрядних лазерiв. Поставлене завдання вирiшується тим, що в активному елементi газорозрядного лазера, який мiстить коаксiально розташованi катод, анод, розрядний капiляр, оболонку з оптичними елементами на торцях, дiелектричну перегородку, герметично з'єднану з оболонкою, яка роздiляє катодну i анодну частини активного елемента, згiдо з винаходом, додатково введено дiелектричну трубку, коаксiально розташовану зовнi розрядного капiляра, герметично з'єднану з дiелектричною перегородкою, причому довжина дiелектричної трубки рiвна довжинi розрядного капiляра, а внутрiшнiй дiаметр дiелектричної трубки dтр i зовнiшнiй дiаметр розрядного капiляра Dк зв’язанi спiввiдношенням dтр – Dк £ 2dк, де dк – внутрiшнiй дiаметр капiляра. В запропонованому активному елементi газорозрядних лазерiв за рахунок введення додаткової дiелектричної трубки мiж зовнiшнiм дiаметром розрядного капiляра i внутрiшнiм дiаметром дiелектричної трубки формується тороїдальний промiжок, через який робочий газ вiльно дифондує з анодної частини розряду в катодну i навпаки. Оскiльки розряди, що використовуються в газорозрядних лазерах, носять дифузiйний характер, то їх параметри задаються стiнками, що знаходяться найближче одна до одної. Тобто достатньо, при однаковiй довжинi розрядного капiляра i додаткової трубки, щоб рiзниця була (dтр – Dк)/2 £ dк i розряд буде виникати тiльки в розрядному капiлярi. При цьому поперечний перерiз тороїдального промiжку мiж внутрiшнiм дiаметром дiелектричної трубки i зовнiшнiм дiаметром капiляра буде значно бiльший нiж поперечний перерiз розрядного капiляра, що забезпечує ефективне вирiвнювання тискiв i концентрацiї робочого газу в аноднiй i катоднiй частинах активного елемента, а значить i по всiй довжинi розрядного капiляра. Однаковий тиск i концентрацiя робочого газу по всiй довжинi розрядного капiляра забезпечують оптимальну взаємодiю контура пiдсилення i поля резонатора, що приводить до збiльшення потужностi випромiнювання. Тобто в даному випадку ефективно вiдбирається енергiя по всiй довжинi розрядного капiляра. Оскiльки в запропонованiй конструкцiї вiдбувається ефективне вирiвнювання тискiв в катоднiй і анодній частинах активного елемента, то такий активний елемент можна використовувати i для лазерiв з великим струмом розряду, таких як лазери на парах Cd, Se, аргоновi, СО2 i т.п. На фiг. 1 зображено активний елемент газорозрядного лазера, на фiг. 2 – розрiз по АА, де 1оптичнi елементи, 2 - анод, 3 - катод, 4 - розрядний капiляр, 5 - зовнiшня оболонка, 6 - цанги, 7 дiелектрична трубка, 8 - дiелектрична перегородка, 9 - тороїдальна порожнина, Dк – зовнiшнiй дiаметр капiляра, dк – внутрiшнiй дiаметр капiляра, dтр – внутрiшнiй дiаметр діелектричної трубки. Активний елемент газорозрядного лазера складається з зовнiшньої оболонки 5 з оптичними елементами 1 у виглядi вихiдних вiкон або дзеркал, всерединi якої коаксiально розташованi анод 2, катод 3, розрядний капiляр 4. Зовнi розрядного капiляра 4 коаксiально розташована дiелектрична трубка 7, яка герметично з'єднана перегородкою 8 з зовнiшньою оболонкою 5. Перегородка 8 роздiляє активний елемент газорозрядного лазера на анодну i катодну частини. Капiляр 4 фiксується в дiелектричнiй трубцi 7 з допомогою цанг 6, якi вiльно пропускають газ. Довжина дiелектричної трубки 7 рiвна довжинi розрядного капiляра 4, а внутрiшнiй дiаметр дiелектричної трубки 7 dтр, зовнiшнiй Dк i внутрiшнiй dк дiаметр капiляра 3 зв’язанi спiввiдношенням dтр – Dк £ 2dк При подачi напруги на електроди (анод 2, катод 3) виникає розряд в капiлярi 4. В промiжку, мiж зовнiшньою оболонкою капiляра 4 i внутрiшньою оболонкою дiелектричної трубки 7 (тороїдальна порожнина 9) розряд не виникає внаслiдок того, що виконуються умови (dтр – Dк)/2 £ dк, а довжина дiелектричної трубки 7 рівна довжинi капiляра 4. Тобто втрата заряджених частинок буде більша в тороїдальнiй порожнинi 9, нiж в капiлярi 4. Таким чином, електричний опiр тороїдальної порожнини 9 бiльший електричного опору капiляра 4. З другої сторони для дифузiї нейтрального газу мiж катодною i анодною частинами активного елемента тороїдальна порожнина 9 має набагато менший опiр нiж капiляр 4, тому що площа перерiзу тороїдальної порожнини 9 Sпр набагато бiльша площi поперечного перерiзу капiляра 4 Sк, а довжина тороїдальної порожнини 9 i капiляра 4 рiвні. Для капiлярiв, що випускаються промисловiстю, розрахунок показує, що Sпр/Sк = (10–40). Таким чином, перенос молекул газу, викликаний електрофорезом, компенсується дифузiєю молекул через тороїдальну порожнину 9 i рiзниця тискiв в катоднiй i аноднiй частинах активного елемента не виникає. Внаслiдок цього тиск i концентрацiя робочого газу по всiй довжинi капiляра 4 однаковi. Отже, робочий газ по всiй довжинi капiляра 4 вносить свiй вклад в потужнiсть випромiнювання. В запропонованiй конструкцiї найбільш вiдповiдальний елемент – розрядний капiляр 4 не потребує герметичного з'єднання з iншими складовими активного елемента. Це дає змогу використовувати розряднi капiляри з тугоплавких матерiалiв без складної технологiї вакуумного зварювання i погодження температурних коефiцiєнтiв розширення в широкому температурному дiапазонi. Виготовлено активний елемент такої конструкцiї Не–Ne лазера, в якому спiввiдношення Sпр/Sк = 13. Потужнiсть випромiнювання зросла в порiвняннi з звичайною коаксiальною конструкцiєю в 1,5 рази. 2 37225 Фіг. 1 Фіг. 2 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 3