ЛАЗЕР

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам для генерации стимулированного излучения, и может быть использована для создания лазеров.
Известен лазер ОГМ-20 [1], включающий излучатель и блок питания и управления. Излучатель содержит расположенную в его корпусе активный элемент и импульсную лампу накачки. Блок питания и управления содержит пульт управления, блок поджига лампы накачки, блок питания (накачки). Пульт управления формирует импульсы, поступающие на блок поджига лампы накачки, который вырабатывает высоковольтные импульсы, поджигающие лампу накачки. Блок питания обеспечивает необходимую электрическую энергию накачки лазера.
В процессе эксплуатации лазера в связи с накоплением в газонаполненной колбе лампы накачки примесей, появляющихся в процессе горения разряда, напряжение зажигания лампы накачки возрастает. При увеличении напряжения зажигания лампы накачки до напряжения электрического пробоя изоляции электродов лампы накачки происходит пробой указанной изоляции, в связи с чем появляются пропуски зажигания лампы накачки, приводящие к пропускам импульсов излучения генерации Л, что уменьшает надежность работы лазера.
Более высокую надежность работы позволяет получить лазер [2], являющийся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбранный в качестве прототипа.
Лазер включает излучатель и блок питания. Излучатель имеет металлический корпус, в котором установлены активный элемент и лампа накачки. Блок питания содержит источник питания, выход которого соединен с одной обкладкой конденсатора и с анодным выводом лампы накачки, формирователь импульса напряжения, выход которого соединен с первичной обмоткой импульсного трансформатора. При этом первый вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора соединен с катодным выводом лампы накачки, второй вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора, первая обкладка конденсатора и металлический корпус излучателя электрически соединены между собой, первый вывод источника питания соединен с второй обкладкой конденсатора и анодным выводом лампы накачки.
Наличие металлического корпуса излучателя, и указанная электрическая схема питания лампы накачки позволяют уменьшить напряжение зажигания лампы накачки, и соответственно, увеличить надежность работы лазера.
Однако металлический корпус излучателя устанавливается конструктивно на достаточно большом расстоянии от электродов лампы накачки, что не позволяет увеличить до максимально возможного значения напряженность электрического поля около электродов лампы накачки, и таким образом, уменьшить напряжение зажигания лампы накачки до минимально возможного значения, и соответственно, максимально увеличить надежность работы лазера.
Задачей полезной модели является увеличение надежности работы лазера за счет увеличения напряженности электрического поля около электродов лампы накачки.
Сущность полезной модели заключается в том, что в лазере, содержащем блок питания и излучатель, включающий металлический корпус с расположенными в нем активным элементом и лампой накачки, а блок питания содержит источник питания, конденсатор, формирователь импульсов напряжения, импульсный трансформатор, выводы первичной обмотки которого соединены с выходом формирователя импульсов напряжения, первый вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора соединен с катодным выводом лампы накачки, второй вывод вторичной обмотки импульсного трансформатора, первая обкладка конденсатора и металлический корпус электрически соединены между собой, первый вывод источника питания соединен с второй обкладкой конденсатора и анодным выводом лампы накачки, в отличие от прототипа, излучатель содержит металлический электрод, электрически соединенный с металлическим корпусом и расположенный вблизи лампы накачки, а второй вывод источника питания электрически соединен с металлическим корпусом.
Возможно расположение металлического электрода в области катода лампы накачки, выполнение металлического электрода в виде лепестка, охватывающего лампу накачки, а также нанесение на наружную боковую поверхность лампы накачки электропроводящего покрытия.
Введение в излучатель металлического электрода, электрически соединенного с металлическим корпусом и расположенного вблизи лампы накачки, позволяет увеличить напряженность электрического поля около электродов лампы накачки, уменьшая при этом напряжение зажигания лампы накачки, и соответственно, увеличить надежность работы лазера.
Электрическое соединение второго вывода источника питания с металлическим корпусом излучателя позволяет уменьшить омические потери при работе лампы накачки, увеличивая при этом световое излучение лампы и обеспечивая большее превышение энергии накачки лазера над пороговым значением, и соответственно, увеличить надежность работы лазера.
Возможное расположение металлического электрода в области катода лампы накачки, выполнение металлического электрода в виде лепестка, охватывающего лампу накачки, а также нанесение на наружную боковую поверхность лампы накачки электропроводящего покрытия позволяет увеличить напряженность электрического поля около катода лампы накачки до более высокого значения, уменьшая при этом напряжение зажигания лампы накачки, и соответственно, увеличить надежность работы лазера.
Полезная модель поясняется фигурой.
На фигуре представлена функциональная схема лазера.
Лазер включает излучатель 1 и блок питания 2. Излучатель 1 имеет металлический корпус 3, в котором расположены активный элемент 4 и лампа накачки 5, имеющая анод 6 и катод 7. Излучатель 1 содержит также металлический электрод 8, электрически соединенный с металлическим корпусом 3 излучателя 1 и расположенный вблизи лампы накачки 5.
Блок питания 2 содержит источник питания 9, конденсатор 10, формирователь импульсов напряжения 11, импульсный трансформатор 12, первичная обмотка 13 которого соединена с выходом формирователя импульсов напряжения 11, первый вывод вторичной обмотки 14 импульсного трансформатора 12 соединен с катодным выводом лампы накачки 5, второй вывод вторичной обмотки 14 импульсного трансформатора 12, первая обкладка конденсатора 10 и металлический корпус 3 излучателя 1 электрически соединены между собой. Первый вывод источника питания 9 соединен с второй обкладкой конденсатора 10 и анодным выводом лампы накачки 5, а второй вывод источника питания 9 электрически соединен с металлическим корпусом 3 излучателя 1.
В качестве активного элемента излучателя 1 используется активный элемент из калийгадолиниевого вольфрамата с неодимом, в качестве лампы накачки лампа типа ИНП 3/45.
Металлический корпус 3 излучателя 1 изготовлен из алюминия, металлический электрод 8 изготовлен из латуни.
Металлический электрод 8 может быть расположен в любой области между катодом 7 и анодом 6 лампы накачки 5. В нашем случае металлический электрод 8 был расположен в области катода 7 лампы накачки 5, что позволило уменьшить при этом напряжение зажигания лампы накачки 5 и увеличить надежность работы лазера.
Металлический электрод 8 может быть выполнен в любом виде. В нашем случае металлический электрод 8 был выполнен в виде лепестка, охватывающего колбу лампы накачки 5, что позволило обеспечить более равномерное радиальное распределение напряженности электрического поля около электродов 6 и 7 лампы накачки 5 и уменьшить при этом напряжение зажигания лампы накачки 5, и соответственно, увеличить надежность работы лазера.
Лампа накачки 5 может быть выполнена как с покрытием на колбе, так и без него. Однако, нанесение на наружную боковую поверхность колбы лампы накачки 5 электропроводящего покрытия позволяет обеспечить минимально возможное расстояние от него до электродов 6 и 7 лампы накачки 5, и соответственно, уменьшить при этом напряжение зажигания лампы накачки 5, и соответственно, увеличить надежность работы лазера.
Источник питания 9 предназначен для заряда конденсатора 10 и выполнен в виде преобразователя низкого напряжения в однополярно высокое [3].
Формирователь импульсов напряжения 11 предназначен для формирования короткого импульса напряжения на первичной обмотке 13 импульсного трансформатора 12 и выполнен с использованием конденсатора М4В-Н20-1600В-0,01 мкФ±20%, который разряжается через упомянутую первичную обмотку 13 при подаче импульса управления на тиристор TA32N14A10.
Лазер работает следующим образом.
Источник питания 9 вырабатывает однополярное напряжение и заряжает конденсатор 10 до напряжения в несколько кВ. Этим же источником заряжается конденсатор формирователя импульсов напряжения 11.
Формирователь импульсов напряжения 11 работает от внешнего запуска, с которого поступает импульс управления тиристором TA32N14A10. При этом тиристор открывается, и конденсатор формирователя импульсов напряжения 11 разряжается через упомянутую первичную обмотку 13. На вторичной обмотке 14 импульсного трансформатора 12 формируется импульс высокого напряжения, который прикладывается положительной полярностью к катоду 7 лампы накачки 5, а отрицательной полярностью к металлическому корпусу 3 излучателя 1 и к металлическому электроду 8, электрически соединенному с корпусом 3 излучателя 1, и через конденсатор 10 к аноду 6 лампы накачки 5. Импульс высокого напряжения, приложенный между катодом 7 лампы накачки 5 и металлическим электродом 8, создает в лампе накачки 5 электрическое поле с большой напряженностью около катода 7, инициирующее возникновение отрицательных ионов, которые ускоряются электрическим полем и попадая на катод 7 вызывают выход положительных и отрицательных ионов с катода 7. Под воздействием электрического поля между катодом 7 и анодом 6 указанные положительные ионы двигаются к аноду 6, а отрицательные ионы двигаются к катоду 7, вызывая попутно лавинную ионизацию газового наполнения лампы накачки 5. Происходит высоковольтный пробой (зажигание) лампы накачки 5. При ионизации газа в межэлектродном промежутке лампы накачки 5 она становится проводящей электрический ток, при этом заряженный конденсатор 10 разряжается через лампу накачки 5, что сопровождается свечением электропроводящей плазмы лампы накачки 5 и облучением активного элемента 4, что в свою очередь вызывает генерацию лазерного излучения в излучателе 1.
6
Описанный лазер позволяет обеспечить надежную работу без пропусков зажигания лампы накачки 5 примерно до 10 импульсов излучения (увеличение примерно в 10 раз по сравнению с прототипом).
Источники информации.
1. Белостоцкий Б.Р., Любавский Ю.В., Овчинников В.М. Основы лазерной техники. - М. Советское радио, 1972. - С.376 - 379.
2. Патент на изобретение BY №4944 от 28.07.1999 г., МПК Н01S 3/09. - Прототип.
3. Патент на ПМ BY №4188 от 23.07.2007 г., МПК Н02М 3/00.