КИСЛОРОДНЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ
OXYGEN LASER EMITTER

Область изобретения
[0001] Настоящее изобретение относится к кислородному лазерному излучателю, целью которого является получение прямой лазерной генерации от возбужденной молекулы кислорода.
Предпосылки изобретения
2
g
2
2
2
g
3/2
1/2
1
1
2
2
[0002] Известно, что молекула синглетного кислорода (O(Δ)) генерируется в результате химической реакции газообразного хлора со смешанным раствором раствора перекиси водорода (HO) и гидроксида калия (KOH) или гидроксида натрия (NaOH). Химический кислородно-йодный лазер (как правило, называемый ХКИЛ, где ХКИЛ - аббревиатура для химического кислородно-йодного лазера), который функционирует как лазер путем передачи энергии O(Δ) атому йода (I) (то есть путем генерации I(P) в возбужденном состоянии из I(P) в основном состоянии), широко известен как лазер высокой мощности с длиной волны 1,315 мкм. В непатентной литературе 1-4 описывается химический кислородно-йодный лазер.
2
2
[0003] Исторически для упомянутой выше химической реакции часто используются так называемые барботажные устройства для создания генератора синглетного кислорода, который описан в непатентной литературе 5. В барботажных устройствах пузырьки газообразного хлора проходят через смешанный раствор HO и (KOH или NaOH), который называется щелочным раствором перекиси водорода (ЩРПВ). В частности, барботажные устройства главным образом использовались для ХКИЛ с 1977, то есть сразу после изобретения ХКИЛ, до середины 1990-х.
[0004] В 1980-х использовался так называемый метод мокрых стенок, в котором газообразный хлор контактирует со стенками, которые смачиваются ЩРПВ. В частности, генераторы с вращающимися дисками, которые используются в одном из методов мокрых стенок, широко использовались до конца 1990-х, поскольку при использовании этого метода легко увеличить подаваемое количество ЩРПВ.
[0005] После этого использовались так называемые струйные генераторы, которые способствовали созданию ХКИЛ большой мощности. В струйных генераторах раствор ЩРПВ впрыскивается через форсунки и вступает в реакцию с газообразным хлором. Так как полная поверхность ЩРПВ является большой, то за короткое время вызывается высокая степень химической реакции.
[0006] Однако струйные генераторы генерируют капельки ЩРПВ из вводимого ЩРПВ. Поскольку капельки транспортируются в резонатор лазера, было отмечено, что капельки негативно влияют на лазерную генерацию. Поэтому были разработаны так называемые аэрозольные генераторы. Поскольку генерация относительно больших капелек подавляется, это рассматривается как один из наиболее передовых методов генерации молекул синглетного кислорода.
2
g
2
g
2
g
2
g
2
g
2
g
1
1
1
1
1
1
[0007] Одна из причин использования передачи энергии от возбужденного O(Δ) к йоду, как это происходит в химическом кислородно-йодном лазере, состоит в том, что прямая генерация лазерного излучения от O(Δ) затруднена. На самом деле не было никаких сообщений относительно прямой генерации лазерного излучения от O(Δ). Однако существует сообщение, в котором говорится о том, что было обнаружено слабое свечение в эксперименте, который направлен на достижение прямой генерации лазерного излучения от O(Δ). В этом эксперименте не выполнялось наблюдение спектра, чтобы доказать генерацию лазерного излучения. Непатентная литература 6 является единственным сообщением, в котором говорится, что прямая генерация лазерного излучения от O(Δ) была успешной. В соответствии с непатентной литературой 5, хотя генерация лазерного излучения для окисного лазера была подтверждена, было сгенерировано лишь небольшое количество энергии. Так как после этого эксперимента не было никаких других сообщений относительно прямой генерации лазерного излучения от O(Δ), считалось, что реализация кислородного лазера является довольно трудной задачей.
2
g
2
g
2
g
1
1
1
[0008] Причина, почему прямое генерирование O(Δ) лазерного излучения затруднительно, состоит в том, что довольно длинное время жизни спонтанного излучения O(Δ) делает коэффициент усиления лазера, который обратно пропорционален времени жизни спонтанного излучения, довольно маленьким. Однако маленький коэффициент усиления не означает, что генерация лазерного излучения невозможна. Это означает лишь то, что генерация лазерного излучения является затруднительной. Поэтому считается, что если длина усиления является довольно большой, то генерация лазерного излучения возможна. Возможность генерации лазерного излучения показана в непатентной литературе 7, в которой теоретические соображения, включая эксперименты, объясняются наряду с целью генерирования O(Δ) лазерного излучения.
2
g
2
g
1
1
[0009] Считается, что, если большое количество O(Δ) генерируется за короткий промежуток времени, то O(Δ) с высоким давлением может заполнить внутренность резонатора лазера за малый промежуток времени. Это дает высокий коэффициент усиления, и может облегчить генерацию лазерного излучения. Поэтому считается, что работа лазера в импульсном режиме облегчает генерацию лазерного излучения. Непатентная литература 6 и 7 относится к экспериментам, которые направлены на работу лазера в импульсном режиме.
Список цитирования
Непатентная литература
[0010] Непатентная литература 1: Stephen C. Hurlick, et al., “COIL technology development at Boeing”, Proceedings of SPIE Vol. 4631, pp. 101-115, 2002.
Непатентная литература 2: Masamori Endo, “History of COIL development in Japan: 1982-2002”, Proceedings of SPIE Vol. 4631, pp. 116-127, 2002.
Непатентная литература 3: Edward A. Duff and Keith A. Truesdell, “Chemical oxygen iodine laser (COIL) technology and development”, Proceedings of SPIE Vol. 5414, pp. 52-68, 2004.
Непатентная литература 4: Jarmila Kodymova, “COIL-Chemical Oxygen Iodine Laser: advances in development and applications”, Proceedings of SPIE Vol. 5958, p. 595818, 2005.
Непатентная литература 5: Kevin B. Hewett, “Singlet oxygen generators - the heart of chemical oxygen iodine lasers: past, present and future”, Proceedings of SPIE Vol. 7131 (2009).
Непатентная литература 6: Hironari Miyajima, “Investigation of a laser oscillator development based on singlet excited oxygen”, The Faculty of Science and Engineering, Keio University, 1986.
Непатентная литература 7: Masamori Endo, et al., “Chemically Pumped O2(a-X) Laser”, Applied Physics B, Vol. 56, 71-78 (1993).
Непатентная литература 8: Wolfgang O. Schall, et al., “Fluid Mechanic Aspects for Rotating Disc Generators”, Proceedings of SPIE Vol. 3574, 265-272 (1998).
Непатентная литература 9: Karin M. Grunewald, et al., “Effects of the Gas Mixing on COIL Performance”, Proceedings of SPIE Vol. 3574, 315-320 (1998).
Сущность изобретения
Техническая проблема
2
g
2
g
2
g
2
g
1
1
1
1
[0011] Однако, что касается непатентной литературы 7, при генерации O(Δ) образуются очень маленькие капельки ЩРПВ, которые называются туманом. Отмечается, что туман препятствует генерации лазерного излучения из-за рассеивания излучения. В качестве генератора аэрозолей использовался пористый трубчатый генератор, и, таким образом, он не мог подавить генерацию тумана. Хотя можно учесть, что может использоваться фильтр, который отделяет O(Δ) от тумана, ожидается, что O(Δ) будет деактивироваться и/или будет уменьшено пропускание кислорода. Поэтому заполнение резонатора лазера O(Δ) с достаточно высоким давлением становится затруднительным.
[0012] Настоящее изобретение может решить упомянутые выше проблемы, которые препятствуют генерации лазерного излучения в кислородном лазерном излучателе, и может обеспечить кислородный лазерный излучатель с конфигурацией, которая может легко генерировать импульс лазерного излучения.
Решение проблем
[0013] Для решения упомянутых выше проблем кислородный лазерный излучатель в соответствии с настоящим изобретением использует генератор с вращающимися дисками для генератора синглетного кислорода, и размещает резонатор лазера непосредственно над генератором кислорода. Генератор с вращающимися дисками раскрыт в непатентной литературе 5, 8 и 9.
2
g
2
g
1
1
[0014] Генератор с вращающимися дисками использует химическую реакцию на основе поверхностной реакции для генерации O(Δ), в то время как пузырьковый генератор и струйный генератор используют поток капелек ЩРПВ. Аэрозольный генератор, показанный в непатентной литературе 7, генерирует туман ЩРПВ. По сравнению с пузырьковым генератором, струйным генератором и аэрозольным генератором генератор с вращающимися дисками генерирует O(Δ) с помощью реакции на спокойной поверхности. Поэтому способ, в котором используется генератор с вращающимися дисками, почти не генерирует капельки.
2
g
2
g
1
1
[0015] Однако просто использование генератора с вращающимися дисками для генератора синглетного кислорода (ГСК) в традиционном ХКИЛ вызывает следующую проблему. Традиционный генератор с вращающимися дисками имеет конструкцию, которая изображена на фиг. 10. В ГСК 901 находится ЩРПВ 906. Вращающийся диск 904, который вращается вокруг оси 905 вращения, прикреплен в ГСК 901. Газообразный хлор, обозначенный стрелкой 907, подается к ЩРПВ 906. Поэтому O(Δ) генерируется в ГСК 901 с помощью реакции между ЩРПВ и газообразным хлором. O(Δ) протекает через участок 902, где происходит реакция, как обозначено стрелкой 908.
2
g
2
g
1
1
[0016] Инжекторы 909 атомов йода размещены на участке 902, где происходит реакция. Следовательно, смесь атомов йода и O(Δ) протекает через участок 902, где происходит реакция, как обозначено стрелкой 910. Затем генерируются возбужденные атомы йода на участке 902, где происходит реакция, в результате реакции между атомами йода и O(Δ). Возбужденные атомы йода проходят через участок 902, где происходит реакция, и входят в резонатор 903 лазера. Поэтому резонатор лазера 903 заполнен возбужденными атомами йода. Участок 902, где происходит реакция, откачивается через резонатор 903 лазера, как обозначено стрелкой 912.
2
g
2
g
1
1
[0017] Участок 902, где происходит реакция, может быть достаточно длинным, чтобы хорошо смешать быстро текущий O(Δ) с атомами йода. Следовательно, внутренний объем резонатора 903 лазера составляет всего 10-30% от суммарного объема, который заполнен O(Δ). В частности, оптическая ось OA9 лазерного излучения перпендикулярна плоскости чертежа.
2
g
2
g
1
1
[0018] В настоящем изобретении ГСК и резонатор лазера могут быть тесно связаны между собой. Это позволяет увеличить отношение объема резонатора лазера к суммарному объему вплоть до более чем 80%. Поэтому резонатор лазера заполнен O(Δ) при в 3-9 раз более высоком давлении, чем в традиционном ХКИЛ, если генерируется такая же масса O(Δ). Следовательно, может быть получен высокий коэффициент усиления, и облегчается генерация лазерного излучения.
2
g
1
[0019] Хотя необходимо генерировать O(Δ) с высоким давлением за короткий промежуток времени для получения высокого коэффициента усиления, высокий коэффициент усиления также может быть получен при достижении высокой степени химической реакции путем введения большого количества газообразного хлора за короткий промежуток времени. Поэтому текущий с большой скоростью газообразный хлор может генерировать относительно большие капельки с поверхности раствора ЩРПВ несмотря на использование поверхностной реакции. Капельки могут влиять на генерацию лазерного излучения, когда капельки попадают в резонатор лазера. Поэтому в настоящем изобретении между ГСК и резонатором лазера размещается разделительная стенка.
[0020] Ось вращения генератора с вращающимися дисками может быть сделана из трубки для подавления генерации капелек. Через трубку может течь хладагент. Это позволяет охлаждать вращающийся диск. Соответственно, ЩРПВ, который покрывает поверхность вращающегося диска, охлаждается практически до той же самой температуры, что и вращающийся диск. Поскольку ЩРПВ холодный, он имеет более высокую вязкость, и поверхностное натяжение ЩРПВ увеличивается. Поэтому капельки практически не образуются, когда быстро текущий газообразный хлор протекает над поверхностью раствора. Вращающийся диск и ось вращения могут быть сделаны из коррозионностойкого металла.
2
g
2
g
1
1
[0021] Чем ниже температура ЩРПВ, тем труднее генерируются капельки. В настоящем изобретении хладагент может течь через ось вращения для охлаждения ЩРПВ вместо внешней подачи предварительно охлажденного ЩРПВ в ГСК. Так как химическая реакция для производства O(Δ) нагревает ЩРПВ своей теплотой реакции, простая подача извне предварительно охлажденного раствора ЩРПВ сразу увеличивает его температуру. С другой стороны, в настоящем изобретении температура ЩРПВ может удерживаться низкой даже при том, что O(Δ) продолжает генерироваться, так как вращающийся диск может непрерывно охлаждаться.
[0022] Другое преимущество упомянутого выше охлаждения путем прокачки хладагента внутри оси вращения состоит в том, что ЩРПВ, который контактирует с вращающимся диском, может быть охлажден в достаточной степени, даже если скорость вращения низкая. Поэтому скорость вращения может быть уменьшена. Когда скорость вращения низкая, генерация капелек может быть подавлена, так как центробежная сила становится небольшой. В то время как в случае охлаждения ЩРПВ за пределами емкости для раствора скорость вращения может быть достаточно высокой для того, чтобы температура раствора на диске поддерживалась низкой. Это с легкостью вызывает генерацию капелек.
Полезные эффекты изобретения
[0023] Настоящее изобретение обеспечивает кислородный лазерный излучатель, который легко генерирует импульсы лазерного излучения.
Краткое описание чертежей
[0024] Фиг. 1 является чертежом поперечного сечения кислородного лазерного излучателя 100 в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения;
фиг. 2 является поясняющим чертежом, поясняющим капельки, генерируемые вращающимся диском 104 кислородного лазерного излучателя 100;
фиг. 3 является поясняющим чертежом капелек, генерируемых вращающимся диском 104 кислородного лазерного излучателя 100;
фиг. 4 является поясняющим чертежом капелек 119B, генерируемых вращающимся диском 104 под действием центробежной силы;
фиг. 5 является видом в перспективе вращающегося диска 104 и оси 105 вращения кислородного лазерного излучателя 100;
фиг. 6 является чертежом поперечного сечения для вида сбоку кислородного лазерного излучателя 100;
фиг. 7 является чертежом поперечного сечения конструкции для подачи хладагента в и из оси 105 вращения кислородного лазерного излучателя 100;
фиг. 8 является чертежом поперечного сечения кислородного лазерного излучателя 200 в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;
фиг. 9 является чертежом поперечного сечения кислородного лазерного излучателя 300 в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения; и
фиг. 10 является чертежом поперечного сечения ХКИЛ, использующего генератор с вращающимися дисками.
Описание вариантов осуществления
[0025] Иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения объясняются со ссылкой на прилагаемые чертежи. Иллюстративные варианты осуществления, объясненные ниже, являются примерами настоящего изобретения, и настоящее изобретение не ограничивается этими иллюстративными вариантами осуществления. Следует отметить, что компоненты, обозначенные одинаковыми номерами позиций в описании и на чертежах, обозначают одни и те же компоненты.
[0026] Первый вариант осуществления
Далее описывается первый вариант осуществления в соответствии с настоящим изобретением на основании фиг. 1. Фиг. 1 показывает конфигурацию поперечного сечения, показывающую кислородный лазерный излучатель 100 в соответствии с настоящим изобретением, которое перпендикулярно оптической оси OA1 лазера. Кислородный лазерный излучатель 100 имеет резонатор 102 лазера и генератор 130 синглетного кислорода (ГСК). Кислородный лазерный излучатель 100 имеет конструкцию, объединяющую корпус 101A резонатора 102 лазера, в котором проходит лазерный луч, с корпусом 101B ГСК 130. Каждый из корпусов 101A и 101B является толстостенной трубой. Толстостенная труба сделана из металла, обладающего коррозийной стойкостью к ЩРПВ и газообразному хлору.
[0027] Корпус 101B заполнен ЩРПВ 103. Вращающийся диск 104 размещен с возможностью вращения в корпусе 101B. В корпусе 101B вращающийся диск 104 может вращаться вокруг оси 105 вращения. Направление оси 105 вращения параллельно направлению по ширине вращающегося диска 104. Ось 105 вращения перпендикулярна плоскости чертежа на фиг. 1. Ось 105 вращения располагается в центре вращающегося диска 104.
[0028] Более половины вращающегося диска 104 погружено в ЩРПВ. Желательным материалом для корпусов 101A и 101B является сплав на основе никеля, такой как монель, инконель или хастеллой, потому что сплавы на основе никеля обладают высокой коррозийной стойкостью. Кроме того, для корпусов 101A и 101B может использоваться прозрачная труба из поливинилхлорида, чтобы наблюдать их внутренность.
[0029] Например, корпус 101B имеет цилиндрическую форму, продольное направление которого расположено вдоль направления, перпендикулярного плоскости чертежа. Внутреннее пространство корпуса 101B больше, чем наружный диаметр вращающегося диска 104. Корпус 101B имеет инжекционную трубку 108, подающую трубку 115 и дренажную трубку 117. Инжекционная трубка 108 соединена с верхней частью корпуса 101B. Подающая трубка 115 и дренажная трубка 117 соединены с нижней частью корпуса 101B. Подающая трубка 115 и дренажная трубка 117 расположены ниже инжекционной трубки 108. Например, инжекционная трубка 108 соединена с корпусом 101B в местоположении, которое расположено выше оси 105 вращения. Подающая трубка 115 и дренажная трубка 117 соединены с корпусом 101B в местоположении, которое расположено ниже оси 105 вращения. Множество инжекционных трубок 108, множество подающих трубок 115 и множество дренажных трубок 117 может быть выстроено вдоль направления, перпендикулярного плоскости чертежа, соответственно.
[0030] Проход 121 соединен с корпусом 101B. Проход 121 соединен с корпусом 101B в местоположении, расположенном выше, чем инжекционная трубка 108. Проход 121 соединяет внутреннее пространство корпуса 101B с внутренним пространством корпуса 101A. То есть один конец прохода 121 соединен с корпусом 101B, а другой конец соединен с корпусом 101A. Резонатор лазера расположен непосредственно над ГСК и непосредственно соединен с ГСК 130. То есть резонатор лазера непосредственно соединен с ГСК 130 через проход 121.
[0031] Вращающийся диск 104 вращается вокруг оси 105 вращения в направлении, показанном стрелкой 106. Следовательно, поверхность верхней части вращающегося диска 104, которая не погружена в ЩРПВ 130, покрыта ЩРПВ 103. Вращающийся диск 104 также сделан из коррозиестойкого металла. Ось 105 вращения является металлической трубкой. Хладагент, который охлажден до -20 градусов по Цельсию, течет во внутренность оси 105 вращения. Так как ось 105 вращения и вращающийся диск 104 сделаны из металла, ось 105 вращения и вращающийся диск 104 имеют высокий коэффициент теплопроводности. Поэтому температура вращающегося диска 104 поддерживается на уровне около -20 градусов по Цельсию. Материалы вращающегося диска 104 и оси 105 вращения являются, предпочтительно, сплавом на основе никеля, имеющим высокую коррозионную стойкость.
2
g
2
g
2
g
1
1
1
[0032] Чтобы генерировать O(Δ), газообразный хлор подается в направлении, показанном стрелкой 107. Затем газообразный хлор вводится в корпус 101B через инжекционную трубку 108. Инжекционная трубка 108 имеет вентиль 109, который может быть открыт или закрыт. То есть вентиль 109 расположен непосредственно перед корпусом 101B, и вентиль 109 открывается только во время генерации O(Δ). Когда газообразный хлор подается в корпус 101B, газообразный хлор взаимодействует с ЩРПВ на поверхности вращающегося диска 104. Эта реакция производит O(Δ).
2
g
2
g
1
1
[0033] O(Δ), который генерируется в корпусе 101B, течет через проход 121, как показано пунктирной стрелкой 110. Затем O(Δ) течет в резонатор 102 лазера. Хотя на фиг. 1 изображена только одна инжекционная трубка, фактически множество инжекционных трубок 108 выстроено в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа.
[0034] Ось 105 вращения является полой трубкой. Через полую часть оси 105 вращения течет хладагент. Это поддерживает низкую температуру оси 105 вращения и вращающегося диска 104. Когда температура вращающегося диска 104 поддерживается равной -20 градусов по Цельсию, температура ЩРПВ может поддерживаться почти такой же, как температура вращающегося диска 104. Следовательно, вязкость ЩРПВ становится равной 30 мПа⋅с, что в три раза выше, чем при 0 градусов по Цельсию. Это затрудняет сдувание ЩРПВ, который покрывает поверхность вращающегося диска 104, даже если газообразный хлор течет с высокой скоростью к поверхности вращающегося диска 104. Кроме того, высокая вязкость может подавить сдувание ЩРПВ под действием центробежной силы вращающегося диска 104. В непатентной литературе 8 приводятся объяснения касательно вязкости ЩРПВ. Вязкость ЩРПВ при 0 градусов по Цельсию равна 10 мПа⋅с, в то время как она равна 30 мПа⋅с при -20 градусов по Цельсию, что в три раз выше, чем при 0 градусов по Цельсию.
2
g
1
[0035] Даже если текущий с высокой скоростью газообразный хлор может сдуть ЩРПВ с поверхности вращающегося диска 104, вязкость ЩРПВ становится высокой. Соответственно, генерируемые капельки не являются маленькими, как в тумане, а вместо этого имеют относительно большой размер. Поэтому капельки не попадают в резонатор 102 лазера вместе с O(Δ), текущим, как показано с помощью пунктирной линии 110.
2
g
1
[0036] Также в этой конфигурации под резонатором 102 лазера расположена разделительная стенка 111 для отделения корпуса 101A от корпуса 101B. Поэтому разделительная стенка 111 может остановить капельки, летящие по прямой линии от поверхности вращающегося диска 104. Это препятствует прохождению капелек через резонатор 102 лазера. Хотя разделительная стенка 111 является частью полых корпусов 101A и 101B, вместо этого могут использоваться любые пластины, если они могут быть размещены между вращающимся диском 104 и резонатором 102 лазера. Однако проход 121 сформирован с правой стороны от разделительной стенки. Необходимо сформировать пространство в части корпуса 101B, чтобы доставить O(Δ) в резонатор лазера 102. Поэтому часть корпуса 101b соединяется с проходом 121.
[0037] Функция разделительной стенки 111 будет объяснена с использованием фиг. 2, 3 и 4. Как показано на фиг. 2, газообразный хлор, показанный стрелкой 107, подается в корпус 101B с высокой скоростью. Затем относительно большие капельки 119 могут быть сдуты с поверхности вращающегося диска 104 и лететь прямо. Поэтому капельки 119 блокируются разделительной стенкой 111, показанной на фиг. 3, или попадают в проход 121. Однако капельки 119, которые попадают в проход 121, просто попадают на внутреннюю стенку 121C, которая расположена с правой стороны прохода 121. Поэтому капельки 119 не попадают напрямую в резонатор 102 лазера.
[0038] Когда капельки 120 формируются под действием центробежной силы вращающегося диска 104, как показано на фиг. 4, капельки 120 летят в направлении касательных линий к периметру вращающегося диска 104. Следовательно, капельки 120 блокируются разделительной стенкой 111. Поэтому капельки 120 не попадают непосредственно в резонатор 102 лазера.
[0039] В частности, так как вращающийся диск 104 вращается по часовой стрелке, как показано стрелкой 106, проход 121 сформирован с правой стороны от разделительной стенки 111. Как было описано выше, вращающийся диск 104 вращается в направлении, которое является практически таким же, как направление от разделительной стенки 111 к проходу 121. Поэтому капельки 120, сдуваемые c вращающегося диска 104 под действием центробежной силы, не попадают непосредственно в резонатор 102 лазера. Другими словами, как видно на поперечном сечении, перпендикулярном оси 105 вращения, в верхней части корпуса 101B местоположение разделительной стенки 111 может быть c находящейся выше по потоку стороны относительно вращения, в то время как местоположение прохода 121 может быть с находящейся ниже по потоку стороны относительно вращения.
[0040] Например, если смотреть на ГСК 130 вдоль оси 105 вращения, так что вращающийся диск 104 вращается по часовой стрелке, то можно видеть, что проход 121 расположен с правой стороны от разделительной стенки 111. С другой стороны, если смотреть на ГСК 130 вдоль оси 105 вращения, так что вращающийся диск 104 вращается против часовой стрелки, то проход 121 располагается с левой стороны от разделительной стенки 111. Таким образом, на виде в перспективе, перпендикулярном оси 105 вращения, взаимное расположение прохода 121 и разделительной стенки 111 определяется направлением вращения вращающегося диска 104. На фиг. 1 разделительная стенка 111 расположена непосредственно над осью 105 вращения. Проход 121 расположен с правой стороны от оси 105 вращения.
2
g
2
g
1
1
[0041] В частности, непосредственно перед режимом генерации лазера резонатор 102 лазера заранее откачивается через выпускную трубку 112 как показано на фиг. 1. Чтобы сделать это, вентиль 113, который расположен непосредственно над резонатором 102 лазера, заранее открывается, а затем резонатор 102 лазера откачивается в направлении, показанном стрелкой 114. После откачивания вентиль 113 закрывается, чтобы генерируемый O(Δ) мог заполнить резонатор 102 лазера. Подводя итог, внутреннее пространство корпуса 101A заполняется O(Δ) после того, как вентиль 113 закрыт. Так как вентиль 113 расположен близко к корпусу 101A, мертвое пространство, расположенное перед вентилем 113 и вне корпуса 101A, будет небольшим. То есть в выпускной трубке 112 вентиль 113 расположен непосредственно около корпуса 101A. Вакуумный насос, который не показан, соединен с выпускной трубкой 112.
2
g
2
g
2
g
2
g
1
1
1
1
[0042] Как объяснялось выше, в кислородном лазерном излучателе 100 корпус 101B, который формирует ГСК 130, непосредственно соединен с корпусом 101A, который формирует резонатор 102 лазера. Поэтому после закрытия вентиля 113 генерируемый O(Δ) заполняет резонатор 102 лазера, пространство которого является практически всем пространством, которое может заполнить O(Δ). Так как процент объема резонатора 102 лазера от всего объема, заполняемого O(Δ), составляет приблизительно 90%, мертвое пространство становится весьма небольшим. Поэтому можно легко заполнить резонатор 102 лазера O(Δ) при высоком давлении. Следовательно, может быть получен большой коэффициент усиления, и может быть легко достигнута генерация лазерного излучения в импульсном режиме.
2
2
g
2
1
[0043] В частности, ЩРПВ 103 подается через подающую трубку 115, как показано стрелкой 116A, и накапливается в нижней части корпуса 101B. Охлажденный раствор ЩРПВ может подаваться через подающую трубку 115. Так как в ЩРПВ 103 генерируется HO в результате химической реакции генерации O(Δ), концентрация ЩРПВ 103 уменьшается. Поэтому HO и ЩРПВ 103 сливаются через дренажную трубку 117, как показано стрелкой 116B. Что касается слитого ЩРПВ, из него удаляется образовавшаяся соль, проверяется концентрация, а затем ЩРПВ опять подается в корпус 101B через подающую трубку 115.
[0044] На фиг. 5 показан вид в перспективе вращающегося диска 104 и оси 105 вращения. Множество вращающихся дисков 104 размещены на небольшом расстоянии друг от друга. Другими словами, множество вращающихся дисков 104 расположены коаксиально. Все вращающиеся диски 104 имеют одинаковый размер. Все вращающиеся диски 104 нанизаны на ось 105 вращения для фиксации. То есть ось 105 вращения проходит через упомянутое множество вращающихся дисков 104. Поэтому упомянутое множество вращающихся дисков 104 вращается вокруг оси 105 вращения.
2
g
1
[0045] Хладагент течет в ось 105 вращения, как показано стрелкой 118A, и вытекает, как показано стрелкой 118B. Поэтому температура оси 105 вращения и вращающихся дисков 104, которые контактируют с осью 105 вращения, может поддерживаться низкой. Использование множества вращающихся дисков 104 может увеличить полную площадь поверхности для химической реакции генерации O(Δ).
[0046] Фиг. 6 показывает чертеж поперечного сечения вида сбоку кислородного лазерного излучателя 100. Резонатор 102 лазера состоит из полностью отражающего рефлектора 131 и выходного зеркала 132, которые прикреплены с обоих концов корпуса 101A. Полностью отражающий рефлектор 131 прикреплен к одному концу цилиндрического корпуса 101A, а выходное зеркало 132 прикреплено к другому концу. Лазерное излучение отражается от полностью отражающего рефлектора 131 и поступает на выходное зеркало 132. Одна часть лазерного излучения извлекается из выходного зеркала 132, а оставшаяся его часть отражается по направлению к полностью отражающему рефлектору 131. Поэтому лазерное излучение извлекается как LA1. Цилиндрический корпус 101B и цилиндрический корпус 101A размещены параллельно друг другу. Оптическая ось лазера практически параллельна оси 105 вращения.
[0047] Ось 105 вращения в форме трубки присоединена с возможностью вращения к двигателю 123. Ось 105 вращения удерживается регулятором 124A потока и регулятором 124B потока, которые управляют потоком хладагента. Подробности этого показаны на фиг. 7, которая является чертежом поперечного сечения регулятора 124A потока. Ось 105 вращения удерживается и герметизируется с помощью двух уплотнительных колец 126A и 126B. Так как регулятор 124A потока удерживает ось 105 вращения, хладагент течет, как показано стрелкой. Поэтому хладагент может течь и циркулировать без утечки из внутренности оси 105 вращения. Хотя это не показано на фиг. 6, уплотнительные кольца аналогично присоединены к обеим стенкам корпуса 101B, через которые проходит ось 105 вращения.
[0048] Трубка 125, которая соединяет регулятор 124A потока с регулятором 124B потока, имеет охлаждающее устройство 127, которое может поддерживать поток хладагента через трубку 125 при постоянной температуре. Что касается хладагента, желательно использовать такой хладагент, который не может быть заморожен при -20 градусах по Цельсию и не вызывает коррозию металла. Одним таким хладагентом является галден (Galden), который является фторированной жидкостью. Также могут использоваться спирты.
[0049] Второй вариант осуществления
Далее будет описан второй вариант осуществления в соответствии с настоящим изобретением со ссылкой на фиг. 8. Фиг. 8 показывает чертеж поперечного сечения кислородного лазерного излучателя 200. Кислородный лазерный излучатель 200 имеет резонатор 202 лазера, который сформирован корпусом 201A, сделанным из толстостенной трубы большого диаметра для получения большого объема мод. Поэтому кислородный лазерный излучатель 200 предназначен для генерации намного более высокой энергии лазерного излучения, чем энергия лазерного излучения кислородного лазерного излучателя 100, показанного на фиг. 1.
[0050] Для генерации высокой энергии лазерного излучения ГСК 230 имеет два ряда вращающихся дисков 204A и 204B. Эта конфигурация отличается от конфигурации по первому варианту осуществления. Описание содержания, аналогичного содержанию для первого варианта осуществления, будет опущено.
[0051] Вращающиеся диски 204A и 204B расположены рядом друг с другом. Ось 205A вращения для вращающегося диска 204A и ось 205B вращения для вращающегося диска 205B параллельны друг другу. Направления вращения вращающегося диска 204A и вращающегося диска 205B являются противоположными, как показано на фиг. 8 стрелками. На фиг. 8 вращающийся диск 204A вращается против часовой стрелки, а вращающийся диск 204B вращается по часовой стрелке. Для предотвращения создания помех друг другу вращающимся диском 204A и вращающимся диском 204B ось 205A вращения разнесена с осью 205B вращения.
[0052] Хотя на фиг. 8 изображены только два диска, вращающийся диск 204A и вращающийся диск 205B состоят из множества дисков, которые выстроены в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа. Так как это аналогично конфигурации, показанной на фиг. 5 и так далее, подробное описание опускается. Ось 205A вращения и ось 205B вращения являются полыми для того, чтобы в них протекал хладагент. Так как это также аналогично конфигурации, показанной на фиг. 6, 7 и так далее, подробное описание будет опущено.
[0053] Газообразный хлор для начала химической реакции подается из инжекционной трубки 208, которая установлена в нижней части корпуса 201B. Газообразный хлор течет через инжекционную трубку 208 и испускается вправо и влево из верхнего края инжекционной трубки 208, как показано стрелками. Инжекционная трубка 208 закреплена между вращающимся диском 204A и вращающимся диском 205B. Инжекционная трубка 208 проходит через дно корпуса 201B и простирается выше уровня ЩРПВ 203.
[0054] Подающая трубка 215A и подающая трубка 215B присоединены в нижней части корпуса 201B. Подающие трубки 215A и 215B установлены у основания корпуса 201B. ЩРПВ течет в корпус 201B через подающие трубки 215A и 215B, как показано стрелками 216A и 216B. Дренажная трубка 217A и дренажная трубка 217B присоединены на боковых поверхностях корпуса 201B. Дренажная трубка 217A и дренажная трубка 217B присоединены на боковых противоположных поверхностях корпуса 201B. В этой структуре дренажная трубка 217A присоединена на левой стороне корпуса 201B, в то время как дренажная трубка 217B присоединена на правой стороне корпуса 201B. Как было описано выше, концентрация ЩРПВ уменьшается в результате химической реакции с газообразным хлором. Следовательно, ЩРПВ, концентрация которого уменьшается, сливается через дренажные трубки 217A и 217B, как показано стрелками 218A и 218B.
[0055] Разделительная стенка 211 расположена выше вращающегося диска 204A и вращающегося диска 204B. Разделительная стенка 211 является частью корпуса 201A. Даже если капельки генерируются при сдувании ЩРПВ, прилипшего к поверхности вращающегося диска 204A или вращающегося диска 204B, газообразным хлором, капельки не могут попасть непосредственно в резонатор 202 лазера.
[0056] Разделительная стенка 211 расположена выше оси 205A вращения и оси 205B вращения. Для вращающегося диска 204B, который вращается по часовой стрелке, проход 221B расположен с правой стороны от разделительной стенки 211. В то время как для вращающегося диска 204A, который вращается против часовой стрелки, проход 221A расположен с левой стороны от разделительной стенки 211. Поэтому разделительная стенка 211 расположена между проходом 221A и проходом 221B.
2
g
1
[0057] Блок 222 прикреплен непосредственно над вращающимся диском 204A и вращающимся диском 204B для формирования пространства, в которое течет газообразный хлор. Блок 222 расположен непосредственно под разделительной стенкой 211. В результате прикрепления блока 222, как упомянуто выше, газообразный хлор течет только около поверхностей вращающегося диска 204A и вращающегося диска 204B. Это препятствует выходу газообразного хлора в резонатор 202 лазера без контакта с ЩРПВ. Кроме того, у блока 222 есть функция уменьшения мертвого пространства. Поэтому процент объема резонатора 202 лазера от всего объема, который может заполнить O(Δ), может достигать приблизительно 90%. Материал блока 222 является предпочтительно материалом, обладающим коррозионной стойкостью и хорошей обрабатываемостью. Поэтому желательна, например, фтористрая смола, такая как Тефлон (зарегистрированный товарный знак) или полипропилен.
2
g
2
g
1
1
[0058] Хотя в упомянутом выше варианте осуществления используются два ряда вращающихся дисков 204A и 204B, число дисков может быть увеличено. Следовательно, площадь поверхности химической реакции для генерации O(Δ) увеличивается. Поэтому скорость генерации O(Δ) может быть увеличена, что позволяет получить высокую выходную энергию лазерного излучения.
[0059] Третий вариант осуществления
2
g
1
Далее будет описан третий вариант осуществления в соответствии с настоящим изобретением со ссылкой на фиг. 9. Фиг. 9 является чертежом поперечного сечения кислородного лазерного излучателя 300. Кислородный лазерный излучатель 300 имеет резонатор 302 лазера, который сформирован корпусом 301A, сделанным из толстостенной трубы большого диаметра для получения большого объема мод. Поэтому используются два ряда вращающихся дисков 304A и 304B для генерации O(Δ).
[0060] Кислородный лазерный излучатель 300 имеет два ряда вращающихся дисков 304A и 304B для получения высокой выходной энергии лазерного излучения. Эта конфигурация отличается от конфигурации по первому варианту осуществления. Описание содержания, аналогичного содержанию для первого варианта осуществления, будет опущено. Ось 305A вращения и ось 305B вращения являются полыми, чтобы хладагент тек в оси вращения 305A и 305B.
[0061] Направления вращения вращающегося диска 304A и диска 305B являются противоположными направлениям вращающихся дисков 204A и 204B, показанных на фиг. 8. Например, в поперечном сечении, перпендикулярном оси 305A вращения, вращающийся диск 304B и вращающийся диск 304A выстроены справа налево. Вращающийся диск 304A, размещенный с левой стороны, вращается по часовой стрелке, а вращающийся диск 304B, размещенный с правой стороны, вращается против часовой стрелки.
2
g
1
[0062] Две инжекционных трубки 308A и 308B размещены с внешней стороны вращающегося диска 304A или вращающегося диска 304B. Например, инжекционная трубка 308A, которая подает газообразный хлор к вращающемуся диску 304A, присоединена на поверхности левой стороны корпуса 301B, в то время как инжекционная трубка 308B, которая подает газообразный хлор к вращающемуся диску 304B, присоединена на поверхности правой стороны корпуса 301B. Газообразный хлор подается, как показано стрелками 307A и 307B. Когда вентили 309A и 309B открываются, газообразный хлор течет в корпус 301B, что начинает химическую реакцию генерации O(Δ).
[0063] Две подающих трубки 315A и 315B присоединены на внешней стороне вращающегося диска 304A и вращающегося диска 304B, соответственно. Подающая трубка 315A присоединена в нижней части поверхности левой стороны корпуса 301B, в то время как подающая трубка 315B присоединена в нижней части поверхности правой стороны корпуса 301B. ЩРПВ подается в корпус 301B через подающую трубку 315A и подающую трубку 315B, как показано стрелками 316A и 316B. Дренажная трубка 317 присоединена на дне корпуса 301B. Дренажная трубка 317 расположена между вращающимся диском 304A и вращающимся диском 304B в горизонтальном направлении. ЩРПВ, концентрация которого уменьшается в результате химической реакцией, сливается через дренажную трубку 317, как показано стрелкой 318.
[0064] В этом варианте осуществления два блока 322A и 322B прикреплены к внутренней стороне корпуса 301B для формирования пространства, в которое подается газообразный хлор для протекания химической реакции. Блоки 322A и 322B предотвращают поступление газообразного хлора непосредственно в резонатор 302 лазера без контакта с ЩРПВ. Точно так же как для блока 222, материалом блока 322A и блока 322B желательно является Тефлон (зарегистрированный товарный знак), полипропилен и т.п.
2
g
1
[0065] В этом варианте осуществления O(Δ), генерируемый в двух рядах вращающихся дисков 304A и 304B, подается в резонатор 302 лазера через единственный проход 321. Проход 321 расположен непосредственно под оптической осью OA3. Для вращающегося диска 304A, который вращается по часовой стрелке, проход 321 располагается с правой стороны от разделительной стенки 311A, в то время как для вращающегося диске 304B, который вращается против часовой стрелки, проход 321 располагается с левой стороны от разделительной стенки 311B.
[0066] Это упрощает изготовление корпуса 301A, состоящего из резонатора 302 лазера. Другими словами, проход 321 может быть сформирован путем формирования широкого разреза на трубе, которая является материалом корпуса 301A.
[0067] Если газообразный хлор сдувает ЩРПВ, прилипший к поверхности вращающегося диска 304A, генерируемые капельки 420 летят, как показано пунктирной стрелкой, и попадают только в край разделительной стенки 311B. Поэтому капельки 320 могут с трудом попасть в резонатор 302 лазера. Хотя разделительные стенки 311A и 311B являются частью корпуса 301A, они специально называются «разделительными стенками», так как они располагаются непосредственно над вращающимися дисками 304A и 304B для блокирования капелек.
2
g
2
g
1
1
[0068] Хотя в упомянутом выше варианте осуществления используются два ряда вращающихся дисков 304A и 304B, число вращающихся дисков может быть увеличено. Следовательно, площадь поверхности химической реакции для генерации O(Δ) увеличивается. Поэтому скорость генерации O(Δ) может быть увеличена, что позволяет получать высокую выходную энергию лазерного излучения.
2
g
2
g
1
1
,
[0069] Хотя в вариантах осуществления с первого по третий для генерации O(Δ) вращаются вращающиеся диски, вместо этого могут вращаться пластины имеющие другую форму. Может вращаться вращающаяся пластина другой формы, отличающейся от круглого диска. Другими словами, O(Δ) может генерироваться путем подачи газообразного хлора к вращающейся пластине, погруженной в ЩРПВ.
[0070] Хотя изобретение было, в частности, показано и описано со ссылкой на его иллюстративные варианты воплощения, изобретение включает в себя различные изменения, которые не оказывают негативного влияния на цель и преимущества изобретения, и оно не ограничивается этими иллюстративными вариантами воплощения.
Промышленная применимость
[0071] В соответствии с настоящим изобретением может быть реализован кислородный лазерный излучатель и может быть произведен импульсный лазер. В частности, поскольку оно легко масштабируется, может быть произведен импульсный лазер очень большой мощности путем использования камеры большого объема, которая может содержать большой объем молекул синглетного кислорода. Поэтому настоящее изобретение является подходящим для создания возбуждающих импульсов в термоядерном синтезе с инерциальным удержанием плазмы, в котором необходим импульсный лазер очень большой мощности, или устройства для уничтожения опасных летающих объектов.
Список ссылочных позиций
[0072] 100 - КИСЛОРОДНЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ
101A, 101B - КОРПУСА
102 - РЕЗОНАТОР ЛАЗЕРА
103 - ЩРПВ
104 - ВРАЩАЮЩИЙСЯ ДИСК
105 - ОСЬ ВРАЩЕНИЯ
106 - НАПРАВЛЕНИЕ ВРАЩЕНИЯ
107 - НАПРАВЛЕНИЕ ПОТОКА ГАЗООБРАЗНОГО ХЛОРА
108 - ИНЖЕКЦИОННАЯ ТРУБКА
109 - ВЕНТИЛЬ
110 - НАПРАВЛЕНИЕ ПОТОКА
111 - РАЗДЕЛИТЕЛЬНАЯ СТЕНКА
112 - ВЫПУСКНАЯ ТРУБКА
113 - ВЕНТИЛЬ
114 - НАПРАВЛЕНИЕ ВЫПУСКА
115 - ПОДАЮЩАЯ ТРУБКА
116A, 116B - НАПРАВЛЕНИЯ ПОТОКА ЩРПВ
117 - ДРЕНАЖНАЯ ТРУБКА
118A, 118B - НАПРАВЛЕНИЯ ПОТОКА ЩРПВ
119 - НАПРАВЛЕНИЕ ПОТОКА КАПЕЛЕК ПОД ДЕЙСТВИЕМ КОНТАКТА С ГАЗООБРАЗНЫМ ХЛОРОМ
120 - НАПРАВЛЕНИЕ ПОТОКА КАПЕЛЕК ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СИЛЫ
121 - ПРОХОД
121C - ВНУТРЕННЯЯ СТЕНКА
123 - ДВИГАТЕЛЬ
124A, 124B - РЕГУЛЯТОРЫ ПОТОКА
125 - ТРУБКА
126A, 126B - УПЛОТНИТЕЛЬНЫЕ КОЛЬЦА
127 - ОХЛАЖДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
131 - ПОЛНОСТЬЮ ОТРАЖАЮЩИЙ РЕФЛЕКТОР
132 - ВЫХОДНОЕ ЗЕРКАЛО
200 - КИСЛОРОДНЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ
201A, 201B - КОРПУСА
202 - РЕЗОНАТОР ЛАЗЕРА
203 - ЩРПВ
204A, 204B - ВРАЩАЮЩИЕСЯ ДИСКИ
205A, 205B - ОСИ ВРАЩЕНИЯ
207 - НАПРАВЛЕНИЕ ПОТОКА ГАЗООБРАЗНОГО ХЛОРА
208 - ИНЖЕКЦИОННАЯ ТРУБКА
211 - РАЗДЕЛИТЕЛЬНАЯ СТЕНКА
212 - ВЫПУСКНАЯ ТРУБКА
213 - ВЕНТИЛЬ
214 - НАПРАВЛЕНИЕ ВЫПУСКА
215A, 215B - ПОДАЮЩАЯ ТРУБКИ
216A, 216B - НАПРАВЛЕНИЯ ПОТОКА ЩРПВ
217A, 217B - ДРЕНАЖНЫЕ ТРУБКИ
218A, 218B - НАПРАВЛЕНИЯ ПОТОКА ЩРПВ
221A, 221B - ПРОХОДЫ
222 - БЛОК
300 - КИСЛОРОДНЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ
301A, 301B - КОРПУСА
302 - РЕЗОНАТОР ЛАЗЕРА
303 - ЩРПВ
304A, 304B - ВРАЩАЮЩИЕСЯ ДИСКИ
305A, 305B - ОСИ ВРАЩЕНИЯ
307A, 307B - НАПРАВЛЕНИЯ ПОТОКА ГАЗООБРАЗНОГО ХЛОРА
308A, 308B - ИНЖЕКЦИОННЫЕ ТРУБКИ
311A, 311B - РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ СТЕНКИ
312 - ВЫПУСКНАЯ ТРУБКА
313 - ВЕНТИЛЬ
314 - НАПРАВЛЕНИЕ ОТКАЧКИ
315A, 315B - ПОДАЮЩАЯ ТРУБКИ
316A, 316B - НАПРАВЛЕНИЯ ПОТОКА ЩРПВ
317 - ДРЕНАЖНАЯ ТРУБКА
318 - НАПРАВЛЕНИЕ ПОТОКА ЩРПВ
320 - НАПРАВЛЕНИЕ ПОТОКА КАПЕЛЕК
321 - ПРОХОД
322A, 322B - БЛОКИ
900 - ХКИЛ
901 - ГСК
902 - ЧАСТЬ, ГДЕ ПРОИСХОДИТ РЕАКЦИЯ МЕЖДУ СИНГЛЕТНЫМ КИСЛОРОДОМ И ATOMАМИ ЙОДА
903 - РЕЗОНАТОР ЛАЗЕРА
904 - ВРАЩАЮЩИЙСЯ ДИСК
905 - ОСЬ ВРАЩЕНИЯ
906 - ЩРПВ
907 - ГАЗООБРАЗНЫЙ ХЛОР
908 - НАПРАВЛЕНИЕ СИНГЛЕТНОГО КИСЛОРОДА
909 - ИНЖЕКТОР ATOMОВ ЙОДА
910 - НАПРАВЛЕНИЕ ПОТОКА СИНГЛЕТНОГО КИСЛОРОДА И АТОМОВ ЙОДА
912 - НАПРАВЛЕНИЕ ВЫПУСКА
LA1 - ЛАЗЕР
OA1, OA2, OA3, OA9 - ОПТИЧЕСКИЕ ОСИ.