АКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ЛАЗЕРА НА ПАРАХ ГАЛОГЕНИДА МЕТАЛЛА

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке активных элементов лазеров на парах галогенидов металлов, например, бромида меди.
Известна газоразрядная трубка лазера с парами галогенида меди [US, №4635271,А, 1987], включающая вакуумно-плотную оболочку, снабженную в ее нижней части контейнерами в виде отростков для размещения галогенида меди, например бромида меди и которые окружены электрическими нагревателями или печами для создания необходимого давления паров рабочего вещества.
Нагреваются только контейнеры с бромидом меди, т.е. есть используются нагреватели только для резервуаров. Разогрев рабочего канала осуществляют за счет разряда.
В качестве прототипа выбран прибор, описанный в [А 50 - Watt copper bromide laser. SPIE. 2001. V.4184. P.203-206]. В нижней части активной зоны газоразрядной трубки расположены контейнеры для размещения бромида меди, при этом активная зона газоразрядной трубки с контейнерами окружена металлическим кожухом, в который вмонтированы нагреватели для контейнеров, а также содержатся средства контроля температуры контейнеров с бромидом меди.
Недостатком прототипа является то, что рабочий канал активного элемента окружен металлическим кожухом вместе с контейнерами для теплоизоляции, т.е. реализуется температурный режим одинаковый, как для трубки, так и для контейнеров с бромидом. Соответственно, нет возможности независимого регулирования температуры контейнеров и активной зоны.
Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции активного элемента лазера на парах галогенида металла, преимущественно, бромида меди, позволяющей повысить КПД лазера по источнику высокого напряжения за счет введения дополнительного внешнего нагрева рабочего канала, независимого от нагрева контейнеров с рабочим веществом.
Технический результат повышение мощности лазерной генерации без повышения мощности блока высокого напряжения (БВН), т.е. возможность использования маломощных БВН для накачки трубок больших размеров.
Поставленная задача решается тем, что, как и известный, предлагаемый активный элемент лазера на парах галогенида металла содержит вакуумно-плотную оболочку с выходными окнами на ее торцах, по меньшей мере, два электрода на ее концах, рабочий
канал, контейнеры с рабочим веществом, например бромидом меди, расположенные периодично по всей длине рабочего канала, средства нагрева контейнеров со средствами контроля температуры их нагрева, и тепловую камеру, охватывающую рабочий канал.
Новым является то, что внутри тепловой камеры, охватывающей рабочий канал без контейнеров с рабочим веществом, расположен нагревательный элемент со средствами контроля температуры рабочего канала.
Кроме того, тепловая камера представляет собой прямоугольный металлический кожух со слоем теплоизоляции, по периметру дна которого расположен нагревательный элемент, например, нихромовая спираль.
Кроме того, тепловая камера имеет крышку сверху, выемки с боков для трубки, и отверстия в дне для контейнеров с бромидом меди.
Кроме того, с обеих сторон рабочего канала расположены ловушки отработанного рабочего вещества.
Кроме того, электроды заполнены медной стружкой.
Кроме того, активный элемент содержит дополнительную емкость с адсорбентом, насыщенным галогеноводородом, средства ее нагрева и средства контроля температуры емкости с адсорбентом.
Кроме того, активный элемент содержит блок управления средствами нагрева рабочего канала, контейнеров с рабочим веществом и емкости с адсорбентом, насыщенным галогеноводородом.
В зависимости от объема газоразрядной трубки (ГРТ) требуемая мощность для нагрева трубки разная и эта мощность должна быть вкачена в трубку. Когда нет внешнего нагрева, нагрев до рабочей температуры осуществляется за счет энергии разряда, т.е. за счет энергии от БВН. Имея БВН на какую-то максимальную мощность, можно разогреть до рабочей температуру трубки, размеры которых не превышают какой-то определенной величины. Используя внешний нагрев, т.е. введение основной мощности, не за счет БВН, а посредством печи, можно любую трубку разогреть до нужной температуры и генерация будет даже с маломощным БВН. БВН на мощности более чем 1,5-2 кВт имеют большие массогабаритные размеры и требуют водяного охлаждения. Кроме того, их работа менее стабильна.
Тепловая камера для внешнего нагрева рабочего канала независимая от нагревателей контейнеров, представляет собой прямоугольный кожух: металлическая основа и слой теплоизоляции. Она имеет крышку сверху, выемки с боков для трубки, отверстия в дне для контейнеров. Тепловая камера имеет ножки и может быть
использована в качестве опоры для трубки. Длина тепловой камеры соответствует длине рабочего канала. Нагревательный элемент проходит по периметру дна кожуха
Для нагрева контейнеров с CuBr и НВr могут быть использованы известные конструкции. В прелагаемом изобретении нагреватель представляет собой керамическую трубку, на которую намотан нагревательный элемент (проволока из нихрома). Сверху нагреватель покрыт слоем теплоизоляции (термостойкая вата, лента). Нагреватели надеваются на контейнеры с бромидом меди и на емкость насыщенную бромоводородом (генератор водорода)
Для контроля температуры применяются термопары и электронный блок контроля температуры (БУТ), управляющий нагревателями.
Используются два источника питания - источник питания газоразрядной трубки и источник питания средств нагрева.
Сначала включается нагреватель тепловой камеры, в которую помещен рабочий канал, вместе с ним или после разогрева до рабочей температуры (или до какой-то условленной) включается разряд. Когда температура достигает рабочей, включаются нагреватели контейнеров с бромидом меди. Нагрев рабочего канала осуществляется и до включения нагрева контейнеров и после, т.е. одновременно с ним. После того, как в трубке будет достаточно паров бромида, можно включать генератор водорода (нагреватель НВr). Лазер может работать как с генератором водорода, так и без него. Однако мощность с генератором водорода значительно выше.
На фиг. приведена конструкция предлагаемого активного элемента лазера на парах галогенида металла.
Активный элемент состоит из вакуумно-плотной кварцевой оболочки 1 с окнами 2 на торцах, с ловушками 3 с обеих сторон рабочего канала и электродов 4, с контейнерами 5 для бромида меди и емкостью бромоводорода 6. Рабочий канал активного элемента помещен в металлический кожух 7, на дне которого расположен нагревательный элемент 8 и имеются отверстия для вывода контейнеров с бромидом меди (CuBr). Нагреватели контейнеров для бромида меди (CuBr) 9 и емкости с бромоводородом (НВr) 10 представляют собой кварцевые (металлические) трубки, на которые намотаны нагревательные элементы 11, 12. Для контроля температуры внутри кожуха и температуры контейнеров используются термопары 13. Термопары и нагревательные элементы подключены к блоку управления температурой 14. Электрическая накачка лазера осуществляется блоком высокого напряжения 15.
Активный элемент работает следующим образом. После включения нагревателя 7 и подачи высоковольтных импульсов возбуждения от блока высокого напряжения 15
происходит разогрев трубки до температуры 650-700°С в области рабочего канала, после чего включаются нагреватели контейнеров с CuBr 9, которые создают требуемое для генерации давление паров бромида меди. Температура контейнеров подбирается экспериментальным путем по максимуму генерации. Аналогичным образом подбирается температура нагревателя НВr 10. Блок 14 осуществляет стабилизацию температуры на заданном уровне.