Разрядная трубка лазера на парах металлов

РАЗРЯДНАЯ ТРУБКА ЛАЗЕРА НА ПАРАХ МЕТАЛЛОВ
Предлагаемое техническое решение относится к лазерной технике, а именно, к разрядным трубкам лазеров на парах металлов, и может быть использовано при их конструировании с целью повышения мопщости излучения.
Отличительной особенностью указанного класса лазеров является наличие  активного вещества (меди, золота, свинца, бария) в плазме газового разряда при температуре порядка 3000 °С, и несмачиваемой активным веществом оболочки разрядной трубки (обычно из керамики). Известна разрядная трубка лазера на парах меди с несмачиваемой активным веществом оболочкой, в которой активное вещество (медь) в виде отдельных колец малой толщины введено в разрядную трубку лазера 1. При включении разряда активное вещество (медь) разогревается до плавления. Часть его, определяемая температурой стенки оболочки разрядной трубки в области разряда, переходит в пар и участвует далее в процессах образования лазерной энергии. Оставшаяся часть активного вещества, вследствие несмачиваемости керамической оболочки, приобретает форму сферы, частично перекрывая апертуру пучка излучения и снижая его мопщость.
Наиболее близким техническим решением, прототипом полезной модели, является разрядная трубка лазера на парах металлов 2, включаюшая оболочку и блоки активного вещества кольцевой формы, содержапще подложку из смачиваемого активным веществом материала с нанесенным на нее расплавом активного вещества , установленные в глухих пазах кольцевой формы, выполненных с внутренней стороны в стенке оболочки. Блоки активного вещества установлены в пазах оболочки так, что их поверхность плотно прилегает к поверхности паза, а внутренний диаметр
2003119771
PiHIHJilliilpillllllll
/7/Г//  З/ОВ
Объект - полезная модель
блока активного вещества не менее диаметра соседних с ним частей оболочки.
При включении разряда в процессе разогрева разрядной трубки активное вещество плавится и испаряет атомы металла, которые в процессе диффузии заполняют все свободное пространство газоразрядной трубки. Масса вещества, вследствие смачиваемости материала подложки, удерживается поверхностью подложки из молибдена, не меняет форму и не перекрывает апертуру пучка излучения.
Недостатком конструкции прототипа является необходимость вьшолнения требования прилегания поверхности блока активного вещества к поверхности паза, что технологически выполнить достаточно сложно. При очень плотном прилегании нагревание элементов трубки в разряде и их расширение приводит к сдавливанию материалов паза и блока активного вещества и, как следствие, к их разрзпшению. При нагревании разрядной трубки свыще 1100 °С зазор уменьщается, медь плавится, стекает в зазор и далее выдавливается сближающимися при тепловом расширении поверхностями подложки и паза. Выдавленная часть меди стекает на поверхность керамики между пазами, образуя капли и перекрывая оптический канал, что искажает пучок излучения на выходе лазера при установке разрядной трубки в резонатор, уменьшая его мощность.
Целью настоящего технического решения является з еличение мощности пучка лазера.
Указанная цель достигается тем, что в разрядной трубке лазера на парах металлов, включающей оболочку и блоки активного вещества кольцевой формы, содержащие подложку из смачиваемого активным веществом материала с нанесенным на нее расплавом активного вещества, установленные в глухих пазах кольцевой формы, выполненных с внутренней стороны в стенке оболочки, подложка выполнена перфорированной каналами, один конец которых выходит на поверхность подложки.
2Лт//
соприкасающуюся с активным веществом, а другой- на поверхность
подложки, соприкасающуюся со стенками оболочки, при этом аксиальный
размер кольца подложки меньще ширины глухого паза на величину
0,(k2-ki)/(l+k2xT), а радиальный размер кольца подложки меньше
радиуса глухого паза на величину RxTx(k2-ki)/(l+k2xT), где
Ы- ширина паза, выполненного в оболочке
ki - коэффициеш теплощ)оводности материала оболочки град ;
k2 - коэффициент теплопроводности материала подложки град ;
R - радиус паза, выполненного в оболочке
Т- рабочая температура в области паза оболочки град.С.
В зависимости от конструктрюных и технологических особенностей изготовления разрядной трубки подложка может быть перфорирована одним каналом, а также отличаться тем, что оси каналов направлены вдоль радиуса трубки или под углом к нему.
Сущность предложенного технического решения заключается в следующем.
Между поверхностью паза и блока активного вещества, а именно, подложкой блока должен быть технологический зазор, обеспечивающий свободное расширение элементов конструкции при ее нагревании в разряде.
Чтобы при расширении элементов трубки не происходило выдавливания жидкой меди на поверхность оболочки в подложке должны быть выполнены каналы перфорации, один конец которых выходит на поверхность подложки, соприкасающуюся с активным веществом, а другой на поверхность подложки, соприкасающз юся со стенками оболочки. Через каналы излишки металла будут вытесняться, в основном, не в область керамической оболочки трубки, а на поверхность молибденовой подложки, где они растекаются, не образуя выпуклых капель и не перекрывая апертуру трубки. Кроме того, размер зазора должен быть таким, чтобы не происходило сдавливания элементов конструкции разрядной трубки при ее нагревании.
3.
Это требование обусловливает величину зазора между стенками паза,
выполненного в подложке, и поверхностью подложки, который должен быть
равен половине величины суммарного изменения аксиального размера
подложки и паза при изменении температуры, т.е. равен 0,5hxTx(k2-ki)
/() в области боковых поверхностей паза, а радиальный размер кольца
подложки меньше радиуса паза на величину RxTx(k2-ki)/(l+k2xT), где
Ь  ппфина паза, выполненного в оболочке
ki - коэффициент теплопроводности материала оболочки
k2 - коэффициент теплопроводности материала подложки
R - радиус паза, выполненного в оболочке
Т- рабочая температура в области паза оболочки град.С.
При вьшолнении этих условий количество меди, выдавленной на керамическую часть внутренней оболочки разрядной трубки уменьшится. Это снюит величину искажения пучка излучения и увеличит его мопщость.
В зависимости от конструктивных и технологических особенностей изготовления разрядной трубки подложка может быть перфорирована одним каналом, а также отличаться тем, что оси каналов направлены вдоль радиуса трубки или под углом к нему.
Супщость полезной модели поясняется чертежами (фиг. 1-6). На фиг.1, приведен вид трубки в -сечении фронтальной проекции в соответствии с предложенным решением. На фиг. 2 - показано сечение профильной проекции. На фиг. 3 - увеличенный вид части сечеьшя фронтальной хфоекции с пазом и блоком активного вещества, подложка которого перфорирована несколькими каналами. На фиг. 4 - подложка блока активного вещества перфорирована одним каналом. На фиг. 5 показаны подложки блоков активного вещества перфорированные каналами, оси которых имеют различные углы по отношению к радиусу оболочки. На фиг. 6 - подложка блока активного вещества перфорирована каналами, два из которых имеют выход к боковой поверхности паза
4o№3// i
На фиг. 1-6 предложенная конструкция трубки включает в себя оболочку (1), в стенке которой выполнены назы кольцевой формы (2). В назы вставлены с зазором (3) блоки активного вещества, состоящие из подложки (4а) из смаиваемого активным веществом материала, и нанесенным на нее расплавом активного вещества (46). Подложка перфорирована каналами (5),
Устройство работает следующим образом. В процессе разогрева разрядной трубки в разряде металл (медь) (46) блока активного вещества превращается в жидкость, часть которой затекает в каналы (5) в подложке (4а) и зазоры (3) между подложкой блока и поверхностью паза (2) в оболочке (1). Из зазоров при уменьшении их вследствие нагревания элементов трубки медь выдавливается. Через каналы перфорации металл выдавливается в рабочую область на молибденовой подложке, где он растекается и не перекрывает апертуру разрядной трубки. Это снижает величину искажения пучка излучения, повышает его мощность.
Эффективность полезной модели проверена экспериментальным путем на примере разрядной трубки лазера на парах меди. В конструкции без перфорации подложки мощность излучения составляла 40 Вт. В разрядной трубке с перфорацией- 50 Вт. Источники информации.
1 Патент Великобритании № 2 126 413, МКИ H01S 3/02 Лазер на  металла и смеси газов гелия и кадмия, приор, от 1982 г. 2 Пагент России №2191452, МКИ ПО IS 3/03 «Разрядная трубка лазера на парах металлов, приор, от 23.05.2000 г.