ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ЛАЗЕР

Полезная модель относится к квантовой электронике и, в частности, к газовым лазерам, которые могут быть использованы в различных областях народного хозяйства для технологических целей.
Известен газодинамический лазер, содержащий турбореактивный двигатель с компрессором, источники рабочих газов в виде баллонов, камеру сгорания, сопловой блок, оптический резонатор, диффузор и систему охлаждения (патент США №4320358, НКИ 372-90, 16.03.1982).
Недостатком известного устройства является отсутствие мобильности, что связано в первую очередь со сложность системы охлаждения, в которой используется жидкий азот в качестве хладагента.
Известен газодинамический лазер, содержащий двигатель с компрессором, соединенным с входом камеры сгорания, сопловой блок, оптический резонатор с зеркалами, диффузор и систему охлаждения (патент РФ №2176120, МПК H 01 S 3/0953, H 01 S 3/22, опубл. 2001.11.20. БИ №32 «Газодинамический лазер» авторов Аполлонов В.В. и др.).
Недостатками данного технического решения является сложность конструкции.
Техническим результатом является упрощение конструкции устройства, за счет исключения ряда конструктивных блоков.
Технический результат достигается тем, что газодинамический лазер, содержащий сопловой блок, оптический резонатор с зеркалами по бокам и диффузор образуют газодинамическую камеру, дополнительно установлены камера предварительного расширения, которая со стороны по направлению вывода излучения соединена с газодинамической камерой, а с другой - жестко соединена со стволом накачки, имея с ним перепускное отверстие внутри которого расположены основной и вспомогательный перфорированные поршни, причем к противоположной
части ствола жестко присоединена камера толкающего газа, внутри которой размещена с возможностью осевого перемещения тарелка основного клапана. При импульсном режиме работы газодинамического лазера дополнительного охлаждения не требуется.
Отсутствие двигателя с компрессором, камеры сгорания и системы охлаждения упрощает конструкцию.
На фиг.1 показана принципиальная схема газодинамического лазера.
В газодинамический лазер, содержащий сопловой блок 1, оптический резонатор 2 и диффузор 3, дополнительно введена камера толкающего газа 4 (фиг.1), тарелка основного клапана 5, способная перемещаться в осевом направлении, ствол устройства накачки 6, в котором установлены основной поршень 7 и вспомогательный перфорированный поршень 8, камера предварительного расширения 9, жестко соединена со стволом и имеет перепускное отверстие со стволом. Газодинамическая камера образована сопловым блоком 1 и боковыми стенками оптического резонатора 2 и жестко соединена с диффузором 3. При импульсном режиме работы дополнительного охлаждения не требуется.
Газодинамический лазер работает следующим образом.
2
2
Камера толкающего газа 4 заполняется до заданного давления толкающим газом. Ствол устройства накачки 6 заполняется рабочей смесью (к примеру, 0.09 СО:0.18 N:0.73 Не). После запуска тарелка основного клапана 5 (фиг.1) перемещается вниз, пропуская толкающий газ в ствол устройства накачки 6. Основной поршень 7 и вспомогательный перфорированный поршень 8 приходят в движение, причем за один ход основного поршня 7 вспомогательный - 8 успевает сделать несколько колебаний, разогревая рабочую смесь. Подход основного поршня 7 к верхней мертвой точке сопровождается интенсивным истечением рабочей смеси через перепускное отверстие в камеру предварительного
2
расширения 9, где, согласно известному явлению, идет ее дополнительный разогрев (Шмелев В.М., Марголин А,Д., Василик Н.Я., Крупкин В.Г., Волов Д.Б. Баллистический плазмотрон с вихревой камерой для накачки твердотельных лазеров // Теплофизика высоких температур. 1998. Т.36 №4 С.548). Параметры газа в камере предварительного расширения 9 выравниваются, причем давление понижается до расчетного. Далее начинается истечение рабочей смеси из соплового блока 1. Происходит замораживание верхних колебательных уровней СО, а нижние быстро "термализуются" и принимают температуру поступательных и вращательных состояний среды, охлажденной вследствие расширения в сопловом блоке. При наличии инверсной населенности последующий вывод излучения возможен через зеркала оптического резонатора 2, жестко соединенный диффузор 3 перпендикулярно потоку рабочей смеси.
При давлении рабочей смеси на входе в сопловой блок - 10-2- атм, температуре - 1500-3000 к, диаметре критического сечения сопл - 0.001-0.005 м и энерговкладе 100 кДж, при КПД 0.1% получаем 100 Дж в импульсе. Время истечения можно оценить как V6/Sa≅100 мс, где V6 - объем камеры предварительного расширения, S - общая площадь критических сечений сопл, А - скорость звука в критическом сечении.
Энергию в импульсе лазерного излучения газодинамического лазера можно изменять подбором состава рабочей смеси газов, изменением геометрии установки и массы ее поршней, изменением энергии толкающего газа.
Использование предлагаемого газодинамического лазера позволит упростить конструкцию, исключить дополнительное охлаждение при импульсном режиме работы.