RU2329578C1 - Gas laser with high-frequency excitation - Google Patents
Gas laser with high-frequency excitation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2329578C1 RU2329578C1 RU2006147326/28A RU2006147326A RU2329578C1 RU 2329578 C1 RU2329578 C1 RU 2329578C1 RU 2006147326/28 A RU2006147326/28 A RU 2006147326/28A RU 2006147326 A RU2006147326 A RU 2006147326A RU 2329578 C1 RU2329578 C1 RU 2329578C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- electrode
- recess
- grounded electrode
- grounded
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области квантовой электроники и может использоваться при производстве газовых лазеров, возбуждаемых поперечным высокочастотным (ВЧ) разрядом, в том числе волноводных СО2 лазеров, для систем лазерной локации и связи, а также при создании лазерной медицинской аппаратуры и лазерных технологических установок.The invention relates to the field of quantum electronics and can be used in the production of gas lasers excited by a transverse high-frequency (HF) discharge, including waveguide CO 2 lasers, for laser location and communication systems, as well as in the creation of laser medical equipment and laser technological installations.
Известно, что наилучшие энергетические характеристики и высокие ресурсные показатели газовых (преимущественно на СО2) лазеров достигнуты при использовании ВЧ накачки [1]. Сравнительно низкие частоты ВЧ возбуждения (до 40 МГц) целесообразно использовать для накачки СО2 лазеров с поперечным ВЧ разрядом в трубках с резонатором открытого типа. Более высокие частоты ВЧ возбуждения (~100 МГц) предпочтительны для накачки компактных волноводных газоразрядных лазеров, характеризуемых наличием волноводных резонаторов света, в которых распространение излучения в основном происходит посредством распространения волноводных мод, а не мод свободного пространства [2]. В качестве волноводов используются полые диэлектрические направляющие структуры с характерным размером разрядного канала в случае СО2 лазеров 1,5-3 мм, который может иметь произвольную геометрическую конфигурацию: круглую, эллиптическую, квадратную или прямоугольную.It is known that the best energy performance and high resource indices gas (mainly CO 2) laser achieved using HF pump [1]. It is advisable to use relatively low frequencies of RF excitation (up to 40 MHz) for pumping CO 2 lasers with a transverse RF discharge in tubes with an open resonator. Higher frequencies of RF excitation (~ 100 MHz) are preferable for pumping compact waveguide gas-discharge lasers characterized by the presence of waveguide light resonators in which radiation propagation mainly occurs through the propagation of waveguide modes rather than free-space modes [2]. As waveguides, hollow dielectric guiding structures with a characteristic size of the discharge channel in the case of CO 2 lasers of 1.5-3 mm, which can have an arbitrary geometric configuration: round, elliptical, square or rectangular, are used.
Известен волноводный газовый лазер с ВЧ возбуждением [см. пат. США № 4169251, МПК H01S 3/097, публ. 25.09.79], содержащий волноводный разрядный канал, сформированный с двух противоположных сторон электродами, к которым подводится ВЧ мощность для возбуждения газовой среды, а с двух других сторон - диэлектрическими пластинами, и зеркала резонатора, установленные на торцах канала.Known waveguide gas laser with RF excitation [see US Pat. US No. 4169251, IPC
В данной конструкции отражающие поверхности зеркал имеют прямой контакт с плазмой газового разряда, что ведет к их быстрой деградации и, как следствие, к снижению ресурсных характеристик лазера. Большие проблемы связаны с изготовлением протяженной металлокерамической структуры с помощью клеевых соединений или низкотемпературной пайки ее элементов. Оба эти процесса влекут за собой дополнительное загрязнение и невозможность хорошего обезгаживания внутреннего объема волноводного канала. Кроме того, разные коэффициенты линейного расширения деталей, образующих разрядную структуру, могут привести к разгерметизации лазера.In this design, the reflecting surfaces of the mirrors have direct contact with the gas discharge plasma, which leads to their rapid degradation and, as a result, to a decrease in the laser resource characteristics. Big problems are associated with the manufacture of an extended cermet structure using adhesive joints or low-temperature soldering of its elements. Both of these processes entail additional pollution and the impossibility of good degassing of the internal volume of the waveguide channel. In addition, different linear expansion coefficients of the parts forming the discharge structure can lead to depressurization of the laser.
Известна конструкция волноводного газового лазера с ВЧ возбуждением [см. пат. США № 4481634, МПК H01S 3/097, публ. 6.11.84], включающая два параллельных, расположенных напротив друг друга продольных электрода, к которым подводится ВЧ мощность для возбуждения газовой среды. Нижний, заземленный электрод выполнен вогнутым в продольном и поперечном направлениях по всей длине, а узкий верхний электрод соответственно выпуклым в продольном и поперечном направлениях.A known design of a waveguide gas laser with RF excitation [see US Pat. US No. 4481634, IPC
Большим недостатком данной конструкции является сложность технологии изготовления протяженного изогнутого металлического волновода требуемого качества. Охлаждение газовой смеси в разрядном канале идет в основном в направлении одного заземленного электрода, в то время как в металлокерамическом волноводе охлаждение осуществляется в радиальном направлении и поэтому примерно в 1,5 раза эффективнее. Ухудшение охлаждения разрядного канала, а также волноводные потери и потери на согласование волновода с зеркалами резонатора ведут к заметному уменьшению мощности излучения и соответственно КПД лазера.A big disadvantage of this design is the complexity of the manufacturing technology of an extended curved metal waveguide of the required quality. The cooling of the gas mixture in the discharge channel is mainly in the direction of one grounded electrode, while in the cermet waveguide, the cooling is carried out in the radial direction and is therefore approximately 1.5 times more efficient. Deterioration in the cooling of the discharge channel, as well as waveguide losses and losses due to matching the waveguide with the cavity mirrors, lead to a noticeable decrease in the radiation power and, accordingly, the laser efficiency.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному является волноводный газовый лазер с ВЧ возбуждением [см. пат. РФ № 2244367, МПК H01S 3/097, приор. 26.05.03], включающий ВЧ источник накачки, заполненный рабочей газовой смесью корпус, размещенный в нем разрядный канал, который ограничен с двух противоположных сторон потенциальным и заземленным ВЧ электродами, а с двух других сторон диэлектрическими пластинами, и установленные по торцам разрядного канала высокоотражающее и светоделительное зеркала оптического резонатора.The closest in technical essence to the claimed is a waveguide gas laser with RF excitation [see US Pat. RF № 2244367, IPC
В отпаянных лазерах с диффузионным охлаждением активной среды тепловая энергия, выделяемая плазмой газового разряда, отводится через стенки разрядного канала. Поэтому использование двух диэлектрических пластин со сравнительно низкой теплопроводностью (например, теплопроводность широко применяемой в конструкциях волноводов керамики Al2О3 на порядок меньше теплопроводности алюминиевого сплава) не обеспечивает эффективного охлаждения разрядного канала, что является недостатком данной конструкции. Кроме того, конструкция волноводного канала, также как и у аналогов, не позволяет осуществить эффективное согласование наиболее простых в изготовлении плоских зеркал резонатора с волноводом, расположив их вплотную к торцу волновода. При построении многоканальных лазеров со сломанным (например, П-образным) волноводным резонатором неизбежны значительные волноводные потери, связанные с наличием обусловленных конструкцией протяженных участков между волноводными каналами. Следствием данных недостатков также является низкая эффективность лазера.In sealed lasers with diffusion cooling of the active medium, the thermal energy released by the gas discharge plasma is removed through the walls of the discharge channel. Therefore, the use of two dielectric plates with relatively low thermal conductivity (for example, the thermal conductivity of ceramic Al 2 O 3 widely used in waveguide designs is an order of magnitude lower than the thermal conductivity of an aluminum alloy) does not provide effective cooling of the discharge channel, which is a drawback of this design. In addition, the design of the waveguide channel, as well as that of the analogs, does not allow for the effective matching of the simplest to produce flat resonator mirrors with the waveguide, placing them close to the end of the waveguide. When constructing multichannel lasers with a broken (for example, U-shaped) waveguide resonator, significant waveguide losses are inevitable due to the presence of extended sections due to the design between the waveguide channels. A consequence of these disadvantages is also the low efficiency of the laser.
Технический эффект предложенного газового лазера с ВЧ возбуждением заключается в повышении его эффективности при одновременном упрощении устройства и технологии его изготовления.The technical effect of the proposed gas laser with RF excitation is to increase its efficiency while simplifying the device and its manufacturing technology.
Для достижения вышеназванного эффекта нами создан газовый лазер с высокочастотным возбуждением, включающий источник высокочастотной накачки, корпус, заполненный рабочей газовой смесью, размещенный в корпусе, по меньшей мере, один разрядный канал, сформированный потенциальным и заземленным высокочастотными электродами, и зеркала оптического резонатора. Новым в устройстве является то, что заземленный электрод по всей его длине выполнен с, по меньшей мере, одной выемкой, при этом на выемке размещена диэлектрическая пластина, а потенциальный электрод расположен на внешней по отношению к выемке поверхности диэлектрической пластины, причем ширина потенциального электрода меньше ширины выемки заземленного электрода.To achieve the above effect, we created a gas laser with high-frequency excitation, including a high-frequency pump source, a housing filled with a working gas mixture, at least one discharge channel formed by a potential and grounded high-frequency electrodes, and mirrors of the optical cavity. New in the device is that the grounded electrode along its entire length is made with at least one recess, while the dielectric plate is placed on the recess, and the potential electrode is located on the surface of the dielectric plate external to the recess, and the potential electrode is smaller the width of the recess of the ground electrode.
Форма и размеры выемки в заземленном электроде, определяющие конструктивные характеристики разрядного канала, задаются из условий обеспечения высокой устойчивости ВЧ разряда при выбранных давлении рабочей газовой смеси и уровне мощности накачки. Для волноводных газоразрядных лазеров дополнительные требования к конструктивным параметрам разрядного канала (соответственно к поперечным размерам выемки и его длине) определяются волноводным резонатором, обеспечивающим эффективное подавление высших поперечных мод. Подходы к решению этих задач известны.The shape and dimensions of the recess in the grounded electrode, which determine the design characteristics of the discharge channel, are set from the conditions for ensuring high stability of the RF discharge at the selected working gas mixture pressure and pump power level. For waveguide gas-discharge lasers, additional requirements to the design parameters of the discharge channel (respectively, to the transverse dimensions of the recess and its length) are determined by the waveguide resonator, which provides effective suppression of higher transverse modes. Approaches to solving these problems are known.
Если в предложенной конструкции заземленный электрод выполнить в виде пластины с выемками на двух ее противоположных сторонах, то получается дополнительный технический эффект - повышение выходной мощности лазерного излучателя за счет формирования нескольких разрядных каналов и расширение его функциональных возможностей (см. п.2 Формулы). Используя дополнительный объектив, можно обеспечить возможность сканирования лазерного излучения путем переключения сигналов ВЧ возбуждения отдельных каналов. Подходы к решению этой задачи известны.If in the proposed design the grounded electrode is made in the form of a plate with recesses on its two opposite sides, then an additional technical effect is obtained - increasing the output power of the laser emitter due to the formation of several discharge channels and expanding its functionality (see
Выполнив заземленный электрод в виде многогранной фигуры с выемками на ее плоских боковых гранях, получим большую мощность генерации за счет формирования нескольких разрядных каналов при симметричном нагреве, обеспечивающем минимальные искажения оптической структуры (см. п.3 Формулы).Having performed a grounded electrode in the form of a multifaceted figure with recesses on its flat lateral faces, we obtain a large lasing power due to the formation of several discharge channels with symmetric heating, which ensures minimal distortion of the optical structure (see
При выполнении заземленного электрода в виде фигуры со взаимно ортогональными плоскостями с выемками на них, используя внешнее поляризационное устройство для сведения лазерных лучей, можно повысить выходную мощность лазерного излучения. Подходы к решению этой задачи известны (см. п.4 Формулы).When performing a grounded electrode in the form of a figure with mutually orthogonal planes with recesses on them, using an external polarizing device to reduce laser beams, it is possible to increase the output power of laser radiation. Approaches to solving this problem are known (see
Выполнив выемку зигзагообразной, а в оптическом резонаторе дополнительно установив поворотные зеркала, можно повысить выходную мощность лазера без увеличения его продольных размеров за счет удлинения разрядного канала (см. п.5 Формулы).By making a notch in a zigzag shape, and by installing rotary mirrors in the optical cavity, it is possible to increase the output power of the laser without increasing its longitudinal dimensions by lengthening the discharge channel (see
Выбор длины потенциального ВЧ электрода меньше длины заземленного электрода позволит расположить плоские зеркала резонатора вплотную к торцам волновода и благодаря этому уменьшить волноводные потери при прохождении оптического излучения в резонаторе (см. п.6 Формулы).Selecting the length of the potential RF electrode less than the length of the grounded electrode will allow you to place the flat mirror of the resonator close to the ends of the waveguide and thereby reduce waveguide losses during the passage of optical radiation in the resonator (see
Выполнив разрядный канал волноводным, получим дополнительный технический эффект - высокую устойчивость разряда по отношению к ионизационно-тепловым флуктуациям при существенно больших, чем в традиционных газоразрядных лазерах, давлениях рабочего газа и уровнях мощности накачки (см. п.7 Формулы).Having performed the discharge channel as a waveguide, we obtain an additional technical effect - high stability of the discharge with respect to ionization-thermal fluctuations at significantly higher than in traditional gas-discharge lasers, working gas pressures and pump power levels (see Section 7 of the Formula).
Выполнив в заземленном электроде каналы для конвекции рабочей смеси, увеличим эффективность лазера, обеспечив дополнительное конвекционное охлаждение газа в плазме, а также его смену (см. п.8 Формулы).Having performed channels for convection of the working mixture in the grounded electrode, we will increase the laser efficiency by providing additional convection cooling of the gas in the plasma, as well as its change (see
Нанеся на поверхность выемки в заземленном электроде эррозионно-защитную пленку, обеспечим более однородный разряд и защитим поверхность земляного электрода от возможной плазменной эрозии в процессе длительной эксплуатации (см. п.9 Формулы).By applying an erosion-protective film to the surface of the recess in the grounded electrode, we will provide a more uniform discharge and protect the surface of the earth electrode from possible plasma erosion during long-term operation (see
Если на поверхность выемки в заземленном электроде нанесем пленку катализатора для регенерации рабочей смеси, то увеличим ресурс лазерного излучателя при повышенном удельном энергосъеме (см. п.10 Формулы).If we apply a catalyst film on the surface of the recess in the grounded electrode to regenerate the working mixture, then we will increase the laser emitter life with an increased specific energy consumption (see
На фиг.1а показан в разрезе общий вид одноканального газового лазера с ВЧ возбуждением, а на фиг.1б - его поперечное сечение (пример конкретного исполнения). Устройство содержит источник 1 ВЧ накачки (ВЧ генератор), корпус 2, заполненный рабочей газовой смесью, размещенный в корпусе разрядный канал 3, сформированный потенциальным и заземленным ВЧ электродами 4 и 5 соответственно, и установленные по торцам разрядного канала высокоотражающее и светоделительное зеркала 6 и 7 соответственно, оптического резонатора. В заземленном электроде 5 по всей его длине выполнена выемка 8, поперечное сечение выемки 8 в заземленном электроде 5 может быть любой формы, например полуокружность. На выемке размещена диэлектрическая пластина 9, на внешней по отношению к выемке 8 поверхности которой расположен потенциальный электрод 4, соединенный с ВЧ генератором 1 через изолированный от корпуса 2 лазера вакуумно-плотный ввод 10 (см. п.1 Формулы).On figa shows in section a General view of a single-channel gas laser with RF excitation, and on figb - its cross section (example of a specific implementation). The device comprises an RF pump source 1 (RF generator), a
На фиг.2а и 2б (поперечное сечение) представлен четырехканальный газовый лазер, включающий источник 1 ВЧ накачки, заполненный рабочей газовой смесью корпус 2, четыре разрядных канала 3 и зеркала 6 и 7 оптических резонаторов. Разрядные каналы 3 образованы выемками 8, расположенными на одной стороне заземленного электрода 5 и диэлектрическими пластинами 9 с потенциальными электродами 4. Для подачи ВЧ возбуждения используются вакуумно-плотные вводы 10 (см. п.1 Формулы).Figures 2a and 2b (cross section) show a four-channel gas laser including an
Фиг.3а и 3б (поперечное сечение) демонстрируют общий вид восьмиканального газового лазера, содержащего источник 1 ВЧ накачки, заполненный рабочей газовой смесью корпус 2, разрядные каналы 3 и зеркала 6, 7 оптических резонаторов. Разрядные каналы 3 сформированы выемками 8, расположенными на двух противоположных сторонах заземленного электрода 5, подачу ВЧ возбуждения осуществляют через вакуумно-плотные вводы 10 (см. п.2 Формулы).Figa and 3b (cross section) show a General view of an eight-channel gas laser containing an
На фиг.4 изображен восьми канальный газовый лазер с симметрично расположенными разрядными каналами. Лазер содержит источник 1 ВЧ накачки, заполненный рабочей газовой смесью корпус 2, разрядные каналы, образованные выемками 8 на плоских гранях выполненного в виде многогранной фигуры заземленного электрода 5 и плоскими диэлектрическими пластинами 9 с потенциальными электродами, соединенными через вакуумно-плотные вводы 10 с источником 1 ВЧ накачки (см. п.3 Формулы).Figure 4 shows an eight-channel gas laser with symmetrically arranged discharge channels. The laser contains an
На фиг.5а показан разрез двухканального газового лазера, а на фиг.5б - схема сведения в нем лазерных лучей. В заполненном рабочей газовой смесью корпусе 1 расположены разрядные каналы 3 и зеркала 6, 7 оптических резонаторов. Разрядные каналы 3 образованы выемками 8, расположенными во взаимно ортогональных плоскостях заземленного электрода 5 и диэлектрическими пластинами 9 с потенциальными электродами 4. Для сведения лазерных лучей в один используется поворотное зеркало 11 и селективное поляризационное зеркало 12, пропускающее линейно поляризованное излучение одного лазерного канала и отражающее ортогонально поляризованное лазерное излучение второго канала. Подходы к решению задачи сведения лазерных лучей известны (см. п.4 Формулы).Fig. 5a shows a section through a two-channel gas laser, and Fig. 5b shows a diagram for converting laser beams therein. In the
На фиг.6а и 6б (поперечное сечение) изображен газовый лазер с зигзагообразным разрядным каналом. Лазер содержит источник 1 ВЧ накачки, заполненный рабочей газовой смесью корпус 2, зигзагообразный разрядный канал 3, а также зеркала 6, 7 оптического резонатора и дополнительные поворотные зеркала 13. Разрядная структура образована выемками 8 в заземленном электроде 5 и диэлектрическими пластинами 9 с потенциальными электродами 4. Вакуумно-плотные вводы 10 служат для подачи ВЧ возбуждения на потенциальные электроды (см. п.5 Формулы).On figa and 6b (cross section) shows a gas laser with a zigzag discharge channel. The laser contains an
На фиг.7 показано сечение разрядной структуры с дополнительными каналами в заземленном электроде для конвекции рабочей смеси. Поперечное сечение выемки 8 в заземленном электроде 5 выполнено в виде треугольника, основанием которого является диэлектрическая пластина 9 с потенциальным электродом 4. Каналы могут быть выполнены в виде зазора 14 в центре заземленного электрода и дополнительных поперечных отверстий 15, связанных с буферным объемом газа в корпусе лазера. Подходы к решению этой задачи известны (см. п.8 Формулы).7 shows a cross section of the discharge structure with additional channels in a grounded electrode for convection of the working mixture. The cross section of the
Устройство работает следующим образом (см. фиг.1). При подаче ВЧ напряжения от источника 1 ВЧ накачки на потенциальный и заземленный электроды 4 и 5 соответственно в разрядном канале 3, заполненном рабочей газовой смесью, между электродами 4 и 5 зажигается ВЧ разряд. Диэлектрическая пластина 9, закрывающая выемку 8 в заземленном электроде 5, является распределенным балластным емкостным сопротивлением, стабилизирующим разряд, при этом отвод тепла из газового промежутка в основном происходит через стенки заземленного электрода 5. Высокоотражающее и светоделительное зеркала 6 и 7, соответственно, служат для получения генерации. Вывод лазерного излучения из резонатора осуществляется через светоделительное зеркало 7. Поскольку диэлектрическая пластина, установленная на заземленном электроде, не является несущей и не может повести основную металлическую структуру при тепловых перепадах, в конструкции устранены недостатки, связанные с различием температурных коэффициентов линейного расширения отдельных частей. При этом обеспечиваются минимальные искажения оптической структуры.The device operates as follows (see figure 1). When applying RF voltage from a source of 1 RF pump to the potential and grounded
Секционирование потенциального электрода 4 вдоль его длины позволит выровнять распределение напряженности электрического поля вдоль разрядного канала 3, используя, например, секционированный источник 1 ВЧ накачки, и осуществить более равномерную и эффективную передачу мощности в разрядный канал 3.Partitioning the
Выбор длины потенциального электрода 4 меньше длины заземленного электрода 5 позволяет расположить плоские зеркала 6 и 7 резонатора практически вплотную к торцам разрядного канала 3 и при этом исключить возможность контакта поверхностей зеркал 6 и 7 с плазмой в разрядном канале 3. В случае волноводного резонатора света это дополнительно позволяет осуществить наиболее эффективное согласование плоских зеркал 6 и 7 резонатора с волноводом (разрядным каналом 3), расположив их вплотную к торцу волновода. Потенциальный электрод 4 может быть выполнен методом печатного монтажа на диэлектрической пластине 9.The choice of the length of the
Охлаждение лазерного излучателя может осуществляться путем прокачки хладагента через каналы в корпусе 2 или в заземленном электроде 5, а также путем воздушного принудительного обдува корпуса 2 с радиатором (не показаны).The laser emitter can be cooled by pumping refrigerant through channels in the
Предлагаемая конструкция позволит повысить эффективность лазера за счет более интенсивного охлаждения разрядного канала, выполненного в основном из металла, через который проходит практически весь тепловой поток, что исключает возможность формирования радиальных градиентов температуры, формирования термических линз и понижения качества луча. Сокращение механических диэлектрических деталей облегчает сборку конструкции. Корпус и заземленный электрод могут быть выполнены методом экструзии (например, из алюминиевого сплава), что существенно упрощает и удешевляет изготовление лазера.The proposed design will increase the laser efficiency due to more intensive cooling of the discharge channel, made mainly of metal, through which almost the entire heat flux passes, which eliminates the possibility of forming radial temperature gradients, the formation of thermal lenses and lowering the beam quality. Reducing mechanical dielectric parts makes assembly easier. The housing and the grounded electrode can be made by extrusion (for example, from aluminum alloy), which greatly simplifies and reduces the cost of laser manufacturing.
Пример конкретного исполнения.An example of a specific implementation.
Для подтверждения эффективности заявленного устройства на предприятии было изготовлено два макетных образца малогабаритных СО2 лазеров в отпаянном исполнении по п.п.1 и 6 Формулы изобретения. Разрядный канал был образован выемкой, выполненной фрезерованием в заземленном электроде длиной 150 мм из алюминиевого сплава, и диэлектрической пластиной толщиной 1 мм из алюмооксидной керамики АИ-1, на которой располагался потенциальный электрод длиной 135 мм и шириной 1,5 мм. Сравнивались лазеры с различной формой разрядного канала. Поперечное сечение выемки в заземленном электроде лазера № 1 было выполнено в виде дуги диаметром 6 мм и глубиной 2,5 мм, а в заземленном электроде лазера № 2 - в виде прямоугольного треугольника также глубиной 2,5 мм. Площадь поперечного сечения разрядного канала лазера № 1 составила ~11,2 мм2, а лазера №2 ~6,3 мм2.To confirm the effectiveness of the claimed device, two mock-up samples of small-sized CO 2 lasers in a sealed design according to
Лазеры комплектовались плоскими зеркалами. Выходное зеркало с коэффициентом отражения 92% было выполнено на подложке из селенида цинка, коэффициент отражения глухого зеркала на подложке из циркониевой бронзы 99,5%. Использовалась рабочая смесь CO2:N2:He:Xe=1:1:5:0,3 при давлении 60 мм рт.ст. Накачка лазеров осуществлялась от ВЧ генератора с рабочей частотой 81,36 МГц. Охлаждение лазеров - воздушное.Lasers were equipped with flat mirrors. An output mirror with a reflection coefficient of 92% was made on a zinc selenide substrate, and a reflection mirror reflection coefficient on a zirconium bronze substrate of 99.5%. We used a working mixture of CO 2 : N 2 : He: Xe = 1: 1: 5: 0.3 at a pressure of 60 mm Hg. The lasers were pumped from an RF generator with an operating frequency of 81.36 MHz. Laser cooling - air.
При частоте следования импульсов генерации 200 Гц и скважности импульсов ~5 импульсная мощность излучения лазера №1 составила 5 Вт, а средняя мощность излучения 1 Вт. Для лазера №2 соответственно была получена импульсная мощность излучения 3 Вт при средней мощности 0,6 Вт. Оба лазера характеризует эффективное подавление высших поперечных мод и стабильное излучение на основной моде.At a pulse repetition rate of 200 Hz and a pulse duty cycle of ~ 5, the pulsed radiation power of laser No. 1 was 5 W, and the average radiation power was 1 W. For laser No. 2, respectively, a pulsed radiation power of 3 W was obtained with an average power of 0.6 W. Both lasers are characterized by effective suppression of higher transverse modes and stable radiation at the fundamental mode.
Процесс вклада энергии в активную среду лазера сопровождается существенными изменениями ее первоначального химического состава. В результате плазмохимических реакций в разряде, активизирующихся при нагреве активной среды, происходит уменьшение концентрации молекул CO2 до значения, соответствующего определенному динамическому равновесию между процессами диссоциации и восстановления молекул СО2 в газе, что приводит к снижению инверсии среды и мощности генерации. Снижение концентрации молекул CO2 может достигать 50% и более.The process of energy contribution to the active medium of a laser is accompanied by significant changes in its initial chemical composition. As a result of plasma-chemical reactions in the discharge, activated upon heating of the active medium, the concentration of CO 2 molecules decreases to a value corresponding to a certain dynamic equilibrium between the processes of dissociation and reduction of CO 2 molecules in a gas, which leads to a decrease in the inversion of the medium and the generation power. A decrease in the concentration of CO 2 molecules can reach 50% or more.
Нанесение на поверхность выемки в заземленном электроде пленки каталитического стабилизатора газового состава позволяет существенно повысить уровень концентрации СО2 непосредственно в активной среде. С повышением температуры эффективность стабилизатора газового состава резко возрастает, поэтому нагрев стабилизатора газового состава за счет тепла, выделяемого в разрядном канале, приводит к восстановлению значительной части продеградировавших молекул СО2. Концентрация молекул CO2 также несколько возрастает в результате газообмена с буферным объемом через каналы в заземленном электроде. Все эти процессы ведут к повышению мощности излучения и соответственно к увеличению удельного энергосъема.The application of a film of a catalytic stabilizer of gas composition to the surface of a recess in a grounded electrode can significantly increase the level of CO 2 concentration directly in the active medium. With increasing temperature, the effectiveness of the stabilizer of the gas composition increases sharply, therefore, the heating of the stabilizer of the gas composition due to the heat released in the discharge channel, leads to the restoration of a significant part of the degraded CO 2 molecules. The concentration of CO 2 molecules also increases somewhat as a result of gas exchange with a buffer volume through channels in a grounded electrode. All these processes lead to an increase in the radiation power and, accordingly, to an increase in the specific energy output.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет создавать эффективные газовые лазеры с ВЧ возбуждением, в частности компактные отпаянные СО2 лазеры, для коммерческих и специальных применений. Положительным фактором конструкции является возможность повышения выходной мощности лазера без увеличения его продольных размеров, выполняя разрядный канал зигзагообразным (многосекционным).Thus, the use of the present invention allows the creation of efficient gas lasers with RF excitation, in particular compact sealed CO 2 lasers, for commercial and special applications. A positive design factor is the possibility of increasing the output power of the laser without increasing its longitudinal dimensions, making the discharge channel zigzag (multi-section).
Предлагаемое решение позволяет увеличить эффективность и лазера с волноводным разрядным каналом за счет устранения волноводных потерь в резонаторе, располагая плоские зеркала резонатора и при выполнении разрядного канала зигзагообразным дополнительные поворотные зеркала практически вплотную к торцам волновода.The proposed solution makes it possible to increase the efficiency of a laser with a waveguide discharge channel by eliminating waveguide losses in the cavity, having flat resonator mirrors and, when the discharge channel is made zigzag, additional rotary mirrors almost close to the ends of the waveguide.
Благодаря возможности расположения множества лазерных каналов в единой структуре конструкция позволяет создавать многофункциональные компактные многоканальные лазеры с независимым включением каналов.Due to the possibility of arranging multiple laser channels in a single structure, the design allows you to create multi-functional compact multi-channel lasers with independent inclusion of channels.
По своим функциональным параметрам предложенное устройство может найти широкое использование, в частности, в системах лазерной локации, технологии и медицине. В настоящее время в соответствии с заявленным решением разработана конструкторская документация для мелкосерийного производства лазерных аппаратов низкоинтенсивной ИК-терапии.According to its functional parameters, the proposed device can be widely used, in particular, in laser ranging systems, technology, and medicine. Currently, in accordance with the stated decision, design documentation has been developed for small-scale production of laser devices for low-intensity IR therapy.
ЛитератураLiterature
1. Ю.П.Райзер и др. «Высокочастотный емкостной разряд: Физика. Техника эксперимента. Приложения» - М., 1995 г.1. Yu.P. Raizer et al. “High-frequency capacitive discharge: Physics. The technique of the experiment. Applications "- M., 1995.
2. Труды Института общей физики АН СССР «Газовый разряд и волноводные молекулярные лазеры», т.17, 1989 г.2. Proceedings of the Institute of General Physics of the Academy of Sciences of the USSR "Gas discharge and waveguide molecular lasers", v.17, 1989
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006147326/28A RU2329578C1 (en) | 2006-12-22 | 2006-12-22 | Gas laser with high-frequency excitation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006147326/28A RU2329578C1 (en) | 2006-12-22 | 2006-12-22 | Gas laser with high-frequency excitation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2329578C1 true RU2329578C1 (en) | 2008-07-20 |
Family
ID=39809293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006147326/28A RU2329578C1 (en) | 2006-12-22 | 2006-12-22 | Gas laser with high-frequency excitation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2329578C1 (en) |
-
2006
- 2006-12-22 RU RU2006147326/28A patent/RU2329578C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100545484B1 (en) | Compact excimer laser insulator with integral pre-ionizer | |
| CA1294351C (en) | Carbon dioxide slab laser | |
| US5224117A (en) | Gas lasers, in particular co2 lasers | |
| US5875207A (en) | Discharge arrangement for pulsed gas lasers | |
| US6198758B1 (en) | Laser with heat transfer system and method | |
| WO1999022428A1 (en) | All metal electrode sealed gas laser | |
| US20060153264A1 (en) | Waveguide laser | |
| US6195379B1 (en) | Laser assembly system and method | |
| US6603794B2 (en) | System and method for laser beam coupling between waveguide and optics | |
| KR101766994B1 (en) | Laser tube with baffles | |
| JP4459455B2 (en) | Surface preionization for gas lasers. | |
| US3469207A (en) | Metal-ceramic gas laser discharge tube | |
| RU2329578C1 (en) | Gas laser with high-frequency excitation | |
| EP4101035A1 (en) | Radio-frequency excited gas laser | |
| US4381564A (en) | Waveguide laser having a capacitively coupled discharge | |
| US5596593A (en) | Orthogonal RFDC transverse excited gas laser | |
| JPH09172214A (en) | Rectangular emission gas laser | |
| JPS6026310B2 (en) | gas laser equipment | |
| RU2773619C1 (en) | Slit-type gas laser | |
| RU2773020C1 (en) | Discharge chamber of a gas-flow laser | |
| RU2557327C2 (en) | Gas-discharge excimer laser (versions) | |
| SU1725778A3 (en) | Gas discharge laser with convective cooling | |
| JP5454842B2 (en) | High repetition rate high power excimer laser equipment | |
| Lapucci et al. | Experimental characterization of RF-discharged open slab CO2 lasers | |
| RU2153744C2 (en) | Gaseous-discharge co laser |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20121224 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161223 |