ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ТРУБКА ДЛЯ ЛАЗЕРА НА СТРОНЦИИ

Полезная модель относится к устройствам со стимулированным излучением, в частности к газовым лазерам, и может быть использована для создания лазеров на парах стронция, обеспечивающих генерацию пучка высоко коллимированного излучения с поперечным сечением в виде правильного круга с ровной поверхностью.
Известна газоразрядная трубка для лазера на парах стронция (ПМ РФ №170550), которая содержит керамическую трубку из окиси бериллия ВеО, являющуюся разрядной трубкой, внешнюю кварцевую трубку, и две плоских прозрачных для инфракрасного излучения пластины. При этом разрядная трубка из окиси бериллия выполнена с внутренним диаметром (8÷50)мм и с толщиной стенок (2÷3) мм и на ее концах установлено по одному металлическому электроду, а внутри объема этой разрядной трубки помещены один или несколько кусочков металлического стронция. Указанная кварцевая трубка выполнена с внутренним диаметром, превышающим диаметр разрядной трубки, по меньшей мере, на 3 мм, расположена эта разрядная трубка внутри кварцевой трубки соосно с ней, а пространство между стенками этих трубок заполнено термостойким теплоизолятором, например, каолиновой ватой. На концах разрядной трубки жестко установлено по одному металлическому электроду, а плоские прозрачные для инфракрасного излучения пластины жестко закреплены на концах кварцевой трубки таким образом, чтобы они полностью перекрывали канал разрядной трубки, и чтобы плоскость каждой из этих пластин была расположена под углом (91÷95) градусов к геометрической оси разрядной трубки. При этом пластины наклонены в противоположные стороны.
Для возбуждения генерации через внутренний объем разрядной трубки от указанных металлических электродов пропускают высокочастотный импульсный электрический разряд. В результате этого в канале разрядной трубки образуются пары стронция, которые под воздействием разряда генерируют лазерное излучение. Поперечное сечение потока лазерного излучения формируется поперечным сечением внутреннего канала разрядной трубки и выходит наружу через указанные прозрачные для инфракрасного излучения пластины. При этом, поскольку на внутренней поверхности разрядной трубки расположены кусочки металлического стронция, то эти кусочки перекрывают часть лазерного пучка, формируемого в канале, на нем отображаются кусочки металлического стронция, лежащие на внутренней поверхности разрядной трубки, и наружу выходит лазерный пучок с искаженным поперечным сечением. В целом же эти искажения поперечного сечения пучка приводят к тому, что распределение энергии излучения в пучке является неравномерным, что неприемлемо для проведения многих технологических процессов, протекающих под воздействием лазерного излучения.
Технической задачей данной полезной модели является повышение равномерности распределения энергии излучения в пучке лазерного излучения. Для этого необходимо размещение кусочков стронция в канале разрядной трубки осуществить таким образом, чтобы при генерации лазерного излучения они не перекрывали внутренний канал разрядной трубки.
Поставленная задача решается тем, что заявленная газоразрядная трубка, так же, как известная, содержит кварцевую трубку, установленную внутри нее и соосно с ней разрядную трубку из окиси бериллия, две плоские пластины, выполненные из прозрачного для инфракрасного излучения материала, и два расположенных перед плоскими пластинами металлических электрода, концы которых находятся за пределами канала разрядной трубки. При этом наружный диаметр упомянутой разрядной трубки меньше внутреннего диаметра кварцевой трубки, промежуток между стенками кварцевой трубки и разрядной трубки заполнен термостойким теплоизолятором, например, каолиновой ватой. Как и в прототипе, прозрачные для инфракрасного излучения пластины жестко и герметично закреплены на концах кварцевой трубки таким образом, что они полностью перекрывают канал разрядной трубки, а плоскость каждой из упомянутых пластин расположена под углом 91÷95 градусов к геометрической оси разрядной трубки. Указанные пластины наклонены относительно геометрической оси в противоположные стороны.
В отличие от известной газоразрядной трубки, в заявленной газоразрядной трубке установлена дополнительная разрядная трубка из ВеО, которая выполнена таким образом, что ее длина равна длине основной разрядной трубки из окиси бериллия, наружный диаметр меньше внутреннего диаметра упомянутой кварцевой трубки, а внутренний диаметр превышает внешний диаметр основной разрядной трубки не более чем на 1,0 мм. Таким образом, основная разрядная трубка заключена в дополнительную трубку из окиси бериллия, а термостойкий теплоизолятор размещается между стенками кварцевой трубки и дополнительной разрядной трубки. В стенке основной разрядной трубки 2 выполнены, по меньшей мере, два сквозных прямоугольных отверстия шириной 4 мм и длиной не менее 4 мм, которые параллельны оси основной трубки и расположены на расстоянии 3÷5 мм друг от друга; на внешней поверхности основной разрядной трубки выполнены ортогональные оси трубки кольцевые канавки шириной 3÷4 мм, каждая из которых захватывает одно из упомянутых сквозных отверстий. В каждой из канавок размещен кусочек стронция.
На фиг. 1 показана газоразрядная трубка в сборе.
На фиг. 2 показана основная разрядная трубка в разрезе.
Цифрами на схемах обозначены:
1 - кварцевая трубка;
2 - основная разрядная трубка из окиси бериллия;
3 - дополнительная разрядная трубка из окиси бериллия;
4 - термостойкий теплоизолятор;
5 - электроды;
6 - плоские прозрачные для инфракрасного излучения пластины;
7 - канавки на наружной поверхности разрядной трубки 2;
8 - сквозные отверстия, через которые вводят кусочки стронция;
9 - ось основной разрядной трубки 2, совпадающая с осью газоразрядной трубки в целом.
Газоразрядная трубка для лазера на стронции содержит кварцевую трубку 1, основную разрядную трубку 2, дополнительную разрядную трубку 3, две плоские прозрачные для инфракрасного излучения пластины 6, два металлических электрода 5. При этом и основная разрядная трубка 2 и дополнительная разрядная трубка 3 выполнены из окиси бериллия и имеют одинаковую длину. Дополнительная разрядная трубка 3 выполнена с гладкими внутренними стенками, ее внутренний диаметр имеет величину большую, чем величина наружного диаметра основной разрядной трубки 2, причем внутренний диаметр дополнительной разрядной трубки 3 превышает наружный диаметр основной разрядной трубки 2 настолько, чтобы основная разрядной трубка 2 плотно входила в канал дополнительной разрядной трубки 3, поэтому внутренний диаметр дополнительной разрядной трубки 3 превышает наружный диаметр основной разрядной трубки 2 не более чем на 1,0 мм (фиг. 1).
В стенке основной разрядной трубки 2 выполнены два или несколько сквозных отверстий 8 прямоугольной формы размером не меньше 4×4 мм, которые расположены на одной линии вдоль оси трубки 2. По наружной поверхности стенки трубки 2 выполнены канавки 7 шириной не менее длины отверстия, например, 4 мм и более, и глубиной 3+5 мм (зависит от величины кусочков стронция и толщины стенки основной разрядной трубки 2). Каждая из этих канавок 7 начинается от одного из указанных сквозных отверстий 8, проходит по наружной поверхности разрядной трубки 2 и захватывает отверстие 8 (фиг. 2). Канавка 7 огибает ось 9 в плоскости, ортогональной этой оси. При этом основная разрядная трубка 2 плотно вставлена в канал дополнительной разрядной трубки 3, а сама эта дополнительная разрядная трубка 3 вместе со вставленной в ее канал основной разрядной трубкой 2 соосно установлена в канал кварцевой трубки 1. На торцах кварцевой трубки 1 жестко установлены плоские прозрачные для инфракрасного излучения пластины 6, которые расположены таким образом, чтобы они полностью перекрывали канал основной разрядной трубки 2, и чтобы плоскость каждой из этих пластин 6 была расположена под углом (91÷95) градусов к геометрической оси разрядной трубки 2, причем сами эти пластины 6 наклонены относительно указанной геометрической оси в противоположные стороны, а на торцах разрядной трубки 2 закреплено по одному металлическому электроду 5, каждый из которых расположен перед плоской прозрачной для инфракрасного излучения пластиной б. Разрядный конец электрода находился за пределами полости основной разрядной трубки 2 и не создает механической помехи потоку излучения (см. фиг. 1).
Заявленная газоразрядная трубка для лазера стронции работает следующим образом. При снятых выходных окнах 6 газоразрядную трубку в сборе располагают горизонтально и так, чтобы сквозные отверстия 8 в стенке основной разрядной трубки 2 находились внизу. Затем через канал этой разрядной трубки 2 в сквозные отверстия, выполненные в ее стенке, вводят кусочки металлического стронция, размер которых обычно находится в пределах 2+3 мм (см. поз. 8 фиг. 1). Эти кусочки проваливаются в отверстия и укладываются на поверхность стенки дополнительной разрядной трубки 3. После этого всю газоразрядную трубку в сборе поворачивают вокруг оси на 180° так, чтобы под действием силы тяжести кусочки стронция скользили по гладкой поверхности трубки 3, и по канавкам в трубке 2 переместились в нижнюю часть дополнительной трубки 3, а сквозные отверстия 8 разрядной трубки 2 оказались в верхней части. Таким образом, кусочки стронция оказываются изолированными от внутренней поверхности основной разрядной трубки 2 и не загораживают ее сечение. Затем к торцам кварцевой трубки 1 герметично присоединяют прозрачные для инфракрасного излучения пластины 6, из самой кварцевой трубки 1 откачивают воздух и заполняют ее полость нейтральным газом, например, неоном. Теперь при подаче электрического напряжения на электроды 5, установленные по концам основной разрядной трубки 2, в канале этой трубки создается высоковольтный электрический разряд, который разогревает внутренний объем основной разрядной трубки 2, а вместе с ним и внутренний объем всей газоразрядной трубки до температуры, при которой металлический стронций испаряется. Из-за градиента давления пар по канавкам 7 переходит в разрядный канал разрядной трубки 2. Проходящий по этому каналу высоковольтный электрический разряд возбуждает пары стронция, обеспечивая генерацию излучения, которое по разрядному каналу основной разрядной трубки 2 попадает на плоские прозрачные для инфракрасного излучения пластины 6. Таким образом, создаваемое в основной разрядной трубке 2 излучение беспрепятственно выходит наружу. При этом, поскольку сечение канала основной разрядной трубки 2 оказывается свободным, выходящий пучок излучения формируется полным поперечным сечением этого канала и выходит без искажений, обеспечивая получение нового технического результата - получение не искаженного в поперечном сечении пучка излучения.
Источники информации
1. Патент РФ №170550 «Газоразрядная трубка для лазера на парах стронция», МПК H01S 3/227, опубл. 28.04.2017.