Разрядная камера проточного газового лазера
DISCHARGE CHAMBER OF A GAS-FLOW LASER

Изобретение относится к области физики лазеров с использованием газового разряда, в частности, к газовым проточным лазерам и может быть использовано при создании мощных лазеров с высоким качеством излучения.
Известен газовый лазер с проточной активной средой. Лазер содержит разрядную камеру, в которой электрическая часть выполнена в виде плоского анода и двух стержневых катодов. Ось оптического резонатора расположена поперек газового потока (п. США №4791637, H01S 3/03, 1998 г.). Недостатками известной камеры являются большие габариты и невысокое качество излучения, обусловленное неоднородностью электрического разряда в активной зоне.
Известно устройство для формирования плазменно-пучкового разряда (п. РФ №2574339, H01J 37/077, опубл. 10.02.2016), включающее разрядную камеру и электродную систему из протяженных электродов. Разрядная камера представлена в виде кварцевой трубки, в которую помещена электродная система из алюминиевых электродов, анод выполнен в виде плоской пластины, катод - в виде цилиндрического стержня, вдоль которого прорезана полость прямоугольной формы, а половина области разряда ограничена в поперечном направлении диэлектрическими стенками. Боковые стенки состоят наполовину из алюминия внутри полосы катода и наполовину из стеклотекстолита в области между катодом и анодом. Конструкция камеры способствует оптимизации разряда, однако неприменима для использования в лазере на смеси инертных газов, поскольку возникают трудности с организацией устойчивого ламинарного газового потока в межэлектродном пространстве.
В качестве прототипа выбрана разрядная камера проточного газового лазера (п. РФ №2147783, H01S 3/097, опубл. 20.04.2000), содержащая два электрода предыонизации, выполненные в виде двух параллельных плоскостей. Плоскость симметрии камеры параллельна электродам предыонизации. Электроды основного разряда выполнены в виде трубок, перпендикулярных направлению газового потока на входе и выходе камеры. Оптический резонатор имеет ось, параллельную плоскости электродов предыонизации и перпендикулярную электродам основного разряда. Электроды основного разряда смещены в разные стороны относительно плоскости симметрии камеры на расстояние не менее половины диаметра светового луча оптического резонатора.
Недостатком известной камеры являются сложность изготовления и адаптации, как механической, так и электрической части для нормального функционирования лазера на смеси инертных газов с оптической накачкой.
Техническим результатом заявляемой в качестве изобретения разрядной камеры проточного газового лазера является снижение габаритов, простота исполнения, сокращение количества герметизирующих уплотнений, удобство эксплуатации.
Указанный технический результат достигается тем, что корпус разрядной камеры выполнен в виде единой конструкции из плавленого кварца и имеет три пары взаимно перпендикулярных трубок. Одна пара трубок служит для организации прямого направленного потока активной среды. Во второй паре установлены электроды основного разряда, концы которых выполнены в виде пластин, параллельных газовому потоку, а торцы третьей пары трубок закрыты оптическими окнами.
Корпус разрядной камеры с патрубками в виде единой конструкции из плавленого кварца сформирован стекловарением. Это позволяет сократить количество герметизирующих уплотнений, изготовлять достаточно простым способом сразу несколько образцов камер для их взаимозаменяемости в случае поломки. При этом, поскольку вся конструкция разрядной камеры единая, достаточно снять ее и поставить другую (по типу замены бытовой лампочки). Изготовление всей конструкции из прозрачного материала (кварц) позволяет наблюдать за процессом разряда в камере во время работы лазерного устройства.
Сущность заявляемой в качестве изобретения разрядной камеры поясняется чертежами.
На фиг. 1 схематично представлен разрез камеры вдоль оси газового потока, а на фиг. 2 - вид А-А камеры.
Разрядная камера проточного газового лазера имеет корпус 1, выполненный в виде единой конструкции из плавленого кварца, имеющей три пары взаимно перпендикулярных трубок. В паре трубок 2 установлены электроды основного разряда 3, а торцы трубок 4 закрыты оптическими окнами 5. Электроды основного разряда 3 представляют собой плоскопараллельные пластины, расположенные параллельно газовому потоку.
3
В качестве примера изготовлен образец, в котором разрядная камера имеет габариты 90×100×32 мм, электроды выполнены из тантала. Плоскости электродов находятся на расстоянии порядка 4 мм друг от друга, размер поверхности электродов составляет 4×5 мм. Таким образом объем разрядного промежутка составляет 0,08 см. Форма электродов позволяет оперативно изменять величину межэлектродного промежутка.
Разрядная камера работает следующим образом. Изделие устанавливается в лазерное устройство так, чтобы обеспечить устойчивый поток активной среды. Электроды подключаются к источнику импульсного напряжения с помощью винтовых зажимов. На расстоянии 1-2 см от оптических окон устанавливаются зеркала оптического резонатора лазера. Оптическая накачка может подаваться, как в направлении движения газового потока (поперечная схема накачки), так и через зеркала оптического резонатора (продольная схема накачки).
Использование разработанной разрядной камеры позволило получить лазерную генерацию на уровне 550 мВт в среде инертных газов с оптической накачкой на длине волны 912 нм.