АКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ГЕЛИЙ-НЕОНОВОГО ЛАЗЕРА

Полезная модель относится к области квантовой электроники и может быть использована для создания активного элемента гелий-неонового лазера.
Известен активный элемент двухчастотного стабилизированного газового лазера с внутренними зеркалами, по крайней мере, одно из которых выполнено фазоанизотропным. Фазоанизотропное зеркало представляет собой подложку с нанесенными на нее несколькими диэлектрическими слоями. На поверхности подложки или одного из диэлектрических слоев расположен ряд параллельных пазов с шагом
где λ - длина волны излучения лазера, n- показатель преломления, на границе которого образован паз. Это позволяет создать необходимую фазовою анизотропию зеркала (см. а.с. СССР №1639375, кл. H01S 3/13, опубл. 1992 г.).
Недостатком данного устройства является относительно низкая мощность излучения, обусловленная потерями в пазах зеркала.
Известен газовый лазер, содержащий цилиндрическую оболочку, внутри которой расположены анод, полый цилиндрический катод и разрядный канал. Один конец разрядного канала входит в полость катода, а другой конец со стороны анода имеет форму усеченного конуса, большее основание которого соединено с цилиндрической оболочкой, и зеркала, расположенные в юстировочных втулках по торцам цилиндрической оболочки, отличающийся тем, что конец разрядного канала, входящий в полость катода, выполнен в виде второго усеченного конуса, большее основание которого повернуто к выводу катода, при этом отношение высоты «h» второго усеченного конуса к длине «1» находится в пределах 1:10≥h/1≥1:30 (см. патент РФ № 2330364 кл. H01S 3/22, опубл. 2008 г.)
Недостатком данного устройства является относительно низкая мощность излучения, а также низкий процент выхода годных изделий.
Известен гелий-неоновый лазер, содержащий цилиндрическую оболочку, внутри которой расположены анод, полый цилиндрический катод и разрядный канал. Полый катод выполнен из свернутого металлического листа, примыкающего к стеклянной оболочке лазера (см. патент РФ № 2009586, кл. H01S 3/22, опубл. 1994 г.)
Эта конструкция позволяет отказаться от изготовления катодов методом расточки полостей и от крепежных элементов, так как катод удерживается в катодной полости благодаря наличию упругих сил свертки.
Такой катод обеспечивает повышенную долговечность, однако мощность лазерного излучения может уменьшаться из-за запыления поверхности катода материалами распада напыления зеркал.
Наиболее близким по технической сущности является активный элемент двухчастотного He-Ne лазера, содержащий вакуумную оболочку, анод, полый цилиндрический катод, переходящий в полусферу, которая с выпуклой стороны переходит в полый цилиндр меньшего диаметра, разрядный канал, входящий в полость катода, резонатор с двумя внутренними зеркалами, размещенными в котировочных узлах, один из которых намагничен до 1≤H≤50 мТ, резонатора L и длина разрядного капилляра N выбраны согласно соотношению 0,6≤N/L≤0,8 C(см.пат. РФ № 116701 кл. H01S 3/03, опубл. 2012 г.) - прототип.
Недостатком данного устройства является низкая мощность лазерного излучения. Поскольку в процессе технологической обработки происходит распыление материала зеркал, распыленные частицы зеркала, состоящие из кремния, гафния, титана и др. попадают на холодные части активного элемента (катодного зеркала), снижая мощность лазерного излучения. До обработки эти материалы были в виде окислов напылены на поверхность зеркал. В процессе технологической обработки в разряде, частично, напыление зеркал разрушается и в виде частиц поступает в разрядный промежуток. В разрядном промежутке электрическое поле на конце капилляра имеет вид, близкий к сферическому. Под действием электрического поля заряженные положительно ионы устремляются на катод, создавая поток газа. Поток газа, в свою очередь, увлекает за собой частицы материалов. Частицы материалов осаждаются на поверхности зеркала, чем создают потери мощности излучения на зеркале.
Задача, на решение которой направлена данная полезная модель, состоит в создании активного элемента газового лазера повышенной мощности излучения.
отв
кап
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в известном активном элементе гелий-неонового лазера с внутренними зеркалами, содержащем вакуумную оболочку, анод, полый цилиндрический катод, переходящий в полусферу, которая с выпуклой стороны переходит в полый цилиндр меньшего диаметра, разрядный канал, входящий в полый катод, резонатор с двумя внутренними зеркалами, размещенными в котировочных узлах, один из которых намагничен до 1≤H≤50 мТ, со стороны анода в зоне перехода полого цилиндрического катода в полусферу выполнены отверстия диаметром 2,5÷3 мм с шагом 10-20 мм, при этом диаметр отверстий, расположенных по краю полусферы, и диаметр капилляра, находятся в соотношении 1≤d/d≤4 (1).
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленной полезной модели, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно заявленная полезная модель соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 показана конструкция активного элемента гелий-неонового лазера.
отв
кап
Конструкция содержит цилиндрическую вакуумную оболочку (2), внутри которой расположен анод (7), полый цилиндрический катод с отверстиями (3), разрядный капилляр (4), один конец которого входит в полость катода, а другой конец со стороны анода имеет форму усеченного конуса, большее основание которого соединено с цилиндрической оболочкой, и котировочные узлы (1) по торцам цилиндрической оболочки, в которых расположены фазоанезатропные зеркала, отличающаяся тем, что в зоне перехода полого цилиндрического катода в полусферу выполнены отверстия диаметром 2,5÷3 мм с шагом 10-20 мм, при этом диаметр отверстия и диаметр капилляра связаны соотношением 1≤d/d≤4 (1).
При включении разряда в разрядном промежутке (4) создается положительный столб, где формируется поток электронов к аноду и поток ионов к катоду.
Электрическое поле (6, 5) является источником энергии, перемещающим заряженные частицы. В результате заряженные частицы плазмы увлекают газ к отверстиям (3) и к катодному юстировочному узлу (1).
Газ, в свою очередь, увлекает частицы гафния, тантала и другие примеси, которые через отверстия выходят в дополнительный объем между катодом и вакуумной оболочкой активного элемента, снижая количество частиц, которые осаждаются на катодном зеркале, и повышая мощность лазерного излучения.
отв
кап
Следует отметить, что соотношение: 1≤d/d≤4 (1) должно выполняться по следующим соображениям:
Если соотношение менее 1, то пропускная способность отверстий снижается и эффект формирования газового потока в дополнительный объем между катодом и вакуумной оболочкой не выражен явно.
Если соотношение более 4, то скорость потока нейтрального газа снижается и энергии частиц недостаточно, чтобы покинуть разрядный промежуток и оказаться в дополнительном объеме. Кроме того, при больших отверстиях может зажигаться разряд не в капилляре, а в оболочке активного элемента.
На фиг. 2 показан катод в виде полого цилиндра (8), переходящего в полусферу (9), отверстия (3), расположенные в зоне перехода в полусферу, с выпуклой стороны полусфера катода переходит во второй полый цилиндр меньшего диаметра (10).
На фиг. 3а показаны спектры частиц, осажденных на катодном зеркале в условиях отсутствия отверстий в катоде. Распределение и концентрация материалов по поверхности катода получена методом зондовой спектроскопии, зондовым электронным микроскопом.
На фиг. 3б показаны исследованные тем же методом спектры частиц, осажденных на катодном зеркале, после того, как выполнены отверстия в катоде.
Пример выполнения активного элемента с предлагаемыми изменениями в конструкции.
Были изготовлены 4 активных элемента, с размерами:
диаметры капилляра - 0,9 мм,
длина активного элемента - 245 мм,
диаметр оболочки - 26 мм,
наполнение: гелия к неону 9:1. Общее давление смеси 3,6 мм рт. ст.
Результаты измерений мощности лазерного излучения (Р) для 4-х активных элементов приведены в таблице.
Мощность лазерного излучения для такого типа активных элементов (прототип) составляет в среднем 2,5-3,2 мВт. Таким образом, предлагаемое техническое решение позволит выпускать активные элементы с повышенной мощностью лазерного излучения.