ГАЗОРАЗРЯДНЫЙ ЛАЗЕР

Предлагаемое техническое решение относится к области лазерной техники и может быть использовано при конструировании и производстве газоразрядных лазеров (ГРЛ), в которых усиление уменьшается с ростом диаметра трубки, например, в He-Ne или Не-Хе лазерах.
Резонаторы большинства ГРЛ представляют систему из одного сферического и одного плоского зеркал (резонатор плоскость-сфера) для повышения устойчивости генерации. Модовый объем, ограниченный каустикой поля резонатора, сужается по мере приближения к плоскому зеркалу. В He-Ne лазере усиление растет с уменьшением радиуса трубки. Поэтому для получения максимального усиления, а значит и мощности излучения лазера, необходимо, чтобы контуры активного элемента повторяли каустику поля резонатора.
Известен лазер с газоразрядной трубкой, в которой для увеличения усиления и, следовательно, мощности излучения разрядный канал выполнен в виде конуса. [Автор. свид. №213223, МПК H01S 3/08, опубл. 15.07.1974, БИ №26].
Поскольку в резонаторе плоскость-сфера радиус модового объема уменьшается по мере приближения к плоскому зеркалу, уменьшение радиуса трубки по мере приближения к плоскому зеркалу дает рост усиления, а значит и мощности излучения. В известном предложении усиление оказывается выше, чем в лазере с традиционной для ГРЛ цилиндрической трубкой. Недостатком такого лазера является высокая трудоемкость и сложность изготовления конической трубки.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является газоразрядный лазер с резонатором, состоящим из плоского и сферического зеркал, и комбинированной разрядной трубкой, включающей не менее двух цилиндрических секций разных радиусов. [Привалов В.Е. // Электронная техника серия 3, 1971, №3 (23), с.29] Радиусы и длины секций согласовываются с каустикой поля резонатора, т.е. рассчитываются по известным формулам из условия получения максимального усиления.
Недостатком прототипа является то, что при включении разряда в трубке наличие резкого изменения радиусов секций на их границе приводит к разным условиям прохождения электронов и ионов в этом месте. С одной стороны границы появляется избыток отрицательного заряда, с другой - положительного. Образующаяся совокупность зарядов называется двойным слоем. Он неустойчив, любые флуктуации в разряде приводят к появлению колебаний двойного слоя (см., например, В.Е.Привалов «Колебания в разряде газового лазера» // Квантовая электроника 1977, т.4, №10. с.2085), что обусловливает модуляцию излучения лазера, снижает его стабильность и даже может привести к срыву разряда.
Задачей предлагаемого технического решения является разработка газоразрядного лазера с повышенной стабильностью.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что аналогично прототипу газоразрядный лазер содержит резонатор, состоящий из плоского и сферического зеркал, и комбинированную разрядную трубку, включающую не менее двух цилиндрических секций разных радиусов. В отличие от прототипа, между цилиндрическими секциями трубки выполнена секция в виде усеченного конуса. Число таких конических секций может быть на одно меньше, чем цилиндрических секций.
Это позволяет сделать плавный переход на границе и устранить резкое изменение радиусов секций, что снижает вероятность возникновения колебаний в разряде лазера и повышает стабильность.
Сущность предлагаемого решения иллюстрируется фиг.1, на которой изображен продольный разрез газоразрядного лазера, где 1 - сферическое зеркало, 2 - плоское зеркало, 3 - разрядная трубка, 4 и 5 - цилиндрические секции разрядной трубки, 6 - дополнительная секция в виде усеченного конуса, расположенная между цилиндрическими секциями, 7 - каустика поля резонатора (пунктир).
Газоразрядный лазер включает резонатор со сферическим зеркалом 1 и плоским зеркалом 2, и комбинированную разрядную трубку 3, содержащую две цилиндрические секции разных радиусов 4, 5. Между цилиндрическими секциями 4 и 5 расположена дополнительная секция 6 в виде усеченного конуса. Поле резонатора, образованного сферическим 1 и плоским 2 зеркалами, локализовано в модовом объеме, ограниченном каустикой 7.
Газоразрядный лазер работает следующим образом. При возбуждении газового разряда в трубке 3, разряд становится активной средой. Фотон, испущенный возбужденным атомом газа в секции 5 в направлении плоского зеркала 2, индуцирует другие фотоны. В секции 5 эта группа фотонов, двигаясь в среде, численно растет. В секции 6 усиление нарастает за счет плавного уменьшения радиуса секции. Переходя в среду секции 4 с меньшим радиусом, где усиление еще больше, излучение нарастает, компенсируя потери. Лазер начинает излучать индуцированное излучение. Плавный переход между цилиндрическими секциями исключает возможность появления двойного слоя, а значит и его колебаний. В итоге предлагаемый лазер не имеет колебаний двойного слоя в разряде, поэтому излучение лазера стабильно.