RU2405233C2 - Closed-loop pulse-periodic electric discharge laser (versions) - Google Patents
Closed-loop pulse-periodic electric discharge laser (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2405233C2 RU2405233C2 RU2008145407/28A RU2008145407A RU2405233C2 RU 2405233 C2 RU2405233 C2 RU 2405233C2 RU 2008145407/28 A RU2008145407/28 A RU 2008145407/28A RU 2008145407 A RU2008145407 A RU 2008145407A RU 2405233 C2 RU2405233 C2 RU 2405233C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- discharge
- laser
- plane
- parallel
- gas
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к квантовой электронике и может быть применено в мощных лазерах, например в газопроточных электроразрядных импульсно-периодических, размещаемых на различных транспортных средствах и генерирующих излучение во время движения.The invention relates to quantum electronics and can be applied in high-power lasers, for example, in gas-flow electric-discharge pulse-periodic, placed on various vehicles and generating radiation during movement.
В настоящее время для решения различных задач осуществляют размещение лазеров на различных транспортных средствах, причем генерирование излучения должно происходить в том числе и во время их движения. Такие лазеры называют бортовыми. Под воздействием перегрузок и вибраций, возникающих при движении транспортного средства, а также температурных деформаций корпуса и лазерного резонатора, сопровождающих работу лазера, происходит разъюстировка резонатора, которая приводит к ухудшению расходимости излучения, уводу в сторону сверх допустимого энергетической оси излучения и уменьшению энергии излучения вплоть до срыва генерации.Currently, to solve various problems, lasers are placed on various vehicles, and radiation generation should also occur during their movement. Such lasers are called on-board lasers. Under the influence of overloads and vibrations arising from the movement of the vehicle, as well as thermal deformations of the body and the laser cavity accompanying the laser operation, the cavity is misaligned, which leads to a deterioration in the divergence of radiation, a shift to the side beyond the permissible energy axis of the radiation and a decrease in the radiation energy up to disruption of generation.
Известны лазеры с резонаторами, главными оптическими элементами которых являются двугранные уголковые отражатели и плоские частично и полностью отражающие зеркала. Главным недостатком таких лазеров при бортовом их исполнении является возможность разъюстировки их резонаторов, заключающейся в нарушении параллельности оборачивающих ребер отражателей плоскостям зеркал, ведущей к соответствующей потере энергии и уводу энергетической оси излучения от требуемого направления [1. Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и лазерные пучки. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1990. - 264 с. - ISBN 5-02-014363-4].Known lasers with resonators, the main optical elements of which are dihedral corner reflectors and flat partially and fully reflecting mirrors. The main disadvantage of such lasers with their on-board design is the possibility of misalignment of their resonators, which consists in violation of the parallelism of the reflector wraps around the reflector planes, leading to a corresponding loss of energy and removal of the radiation energy axis from the required direction [1. Ananyev Yu.A. Optical resonators and laser beams. - M .: Science. Ch. ed. Phys.-Math. lit. 1990 .-- 264 p. - ISBN 5-02-014363-4].
Известен лазер с резонатором, состоящим из двух плоских, плотного и частично прозрачного выходного зеркал, закрепленных на общем фланце с одним двугранным уголковым отражателем, и закрепленным на другом фланце вторым таким же отражателем, причем оборачивающие ребра отражателей взаимно перпендикулярны и одно из зеркал юстируемое [2. Патент RU №2297084 С2, МПК Н01S 3/08, опубл. 10.04.2007 Бюл. №10]. Авторы утверждают, что их конструкция обеспечивает повышенные динамическую и статическую стабильность углового и пространственного положения выходного лазерного пучка. Возможно это так при импульсном режиме работы лазера в стационарных условиях, но при работе лазера бортового исполнения с таким резонатором, особенно в импульсно-периодическом режиме, все может быть иначе из-за наличия значительных транспортных и температурных перегрузок.A known laser with a resonator, consisting of two flat, dense and partially transparent output mirrors mounted on a common flange with one dihedral angular reflector, and mounted on the other flange the second same reflector, and the wrap ribs of the reflectors are mutually perpendicular and one of the mirrors is adjustable [2 . Patent RU No. 2297084 C2, IPC
Известны импульсно-периодические электроразрядные газовые лазеры замкнутого цикла [3. Буцыкин И.Л., Великанов С.Д., Евдокимов П.А. и др. Квантовая электроника. 31, 957-961 (2001)], [4. Патент RU 2295810 С1, МПК H01S 3/041, H01S 3/097, опубликовано: 20.03.2007 Бюл. №8], предназначенные для решения тех же задач, что и предлагаемые автором импульсно-периодические бортовые лазеры. Лазер [4] включает в себя корпус в виде установленных одна в другую оболочек с разрядной камерой между ними, источник питания, резонатор из плоских зеркал на торцах камеры, размещенные в полости между оболочками теплообменник, средства очистки газов и их прокачки.Known pulse-periodic electric-discharge gas lasers of a closed cycle [3. Butsykin I.L., Velikanov S.D., Evdokimov P.A. and other quantum electronics. 31 , 957-961 (2001)], [4. Patent RU 2295810 C1, IPC
Данный лазер обладает высокой частотой следования импульсов, удовлетворительной энергетикой и хорошо работает при генерации ограниченного числа импульсов в стационарных условиях.This laser has a high pulse repetition rate, satisfactory energy and works well when generating a limited number of pulses in stationary conditions.
Недостатком подобных лазеров является существенное снижение энергии лазерных импульсов, ухудшение расходимости и увод в сторону от запланированного направления энергетической оси излучения при разъюстировке резонатора, что обычно наблюдается при длительной работе этих лазеров, а также в условиях нагрева, транспортных вибраций и перегрузок.The disadvantage of such lasers is a significant decrease in the energy of laser pulses, deterioration of divergence, and a shift away from the planned direction of the energy axis of the radiation when the cavity is misaligned, which is usually observed during prolonged operation of these lasers, as well as under conditions of heating, transport vibrations, and overloads.
В качестве прототипа выбран лазер [4] как наиболее близкий по технической и физической сущности.As a prototype, a laser [4] was chosen as the closest in technical and physical nature.
Техническим результатом изобретения является создание импульсно-периодического электроразрядного газового лазера замкнутого цикла, который генерирует излучение с неизменными во времени характеристиками в условиях температурных деформаций, а также вибраций и перегрузок, сопровождающих транспортировку лазера и его эксплуатацию на движущемся транспортном средстве.The technical result of the invention is the creation of a repetitively pulsed closed-circuit gas-discharge gas laser that generates radiation with characteristics that are constant over time under conditions of temperature deformations, as well as vibrations and overloads accompanying the transportation of the laser and its operation in a moving vehicle.
Технический результат изобретения первого варианта по пункту 1 достигается тем, что импульсно-периодический электроразрядный газовый лазер замкнутого цикла включает в себя корпус в виде двух установленных одна в другую оболочек с разрядной камерой между ними, источник питания, резонатор на торцах камеры, размещенные в полости между оболочками теплообменник, средства очистки газов и их прокачки. Новым в изобретении является то, что разрядная камера содержит два параллельных друг другу разрядных промежутка, резонатором служат выполненные на одной стороне плоскопараллельной пластины глухое и выходное зеркала и трехгранный уголковый отражатель, отражающие поверхности которого обращены в сторону плоскопараллельной пластины, причем разрядные промежутки размещены перпендикулярно плоскопараллельной пластине и расположены относительно вершины трехгранного уголкового отражателя так, что генерируемое излучение не попадает на его ребра, а плоскость, содержащая продольные оси разрядных промежутков и вершину трехгранного уголкового отражателя, параллельна направлению разрядного тока и перпендикулярна направлению газового потока.The technical result of the invention of the first embodiment according to
В пункте 2 первого варианта исполнения изобретения разрядные промежутки образованы между тремя электродами, из которых один общий.In
Технический результат изобретения второго варианта по пункту 4 достигается тем, что импульсно-периодический электроразрядный газовый лазер замкнутого цикла включает корпус в виде двух установленных одна в другую оболочек с разрядной камерой между ними, содержащей один разрядный промежуток, источник питания, резонатор на торцах камеры, размещенные в полости между оболочками теплообменник, средства очистки газов и их прокачки. Новым в изобретении является то, что резонатором служат выполненные на одной стороне плоскопараллельной пластины глухое и выходное зеркала и трехгранный уголковый отражатель, при этом разрядный промежуток размещен перпендикулярно плоскопараллельной пластине с возможностью автоматического формирования при разрядах в разрядном промежутке пассивного, т.е. не излучающего лазерного канала вне разрядного промежутка впереди по газовому потоку, причем разрядный промежуток и пассивный лазерный канал параллельны и расположены относительно вершины трехгранного уголкового отражателя так, что генерируемое излучение не попадает на его ребра, а плоскость, содержащая продольную ось разрядного промежутка и вершину трехгранного уголкового отражателя, перпендикулярна направлению разрядного тока и параллельна направлению газового потока.The technical result of the invention of the second embodiment according to
В пунктах 3 и 5 для обоих вариантов исполнения изобретения трехгранный уголковый отражатель выполнен в виде триппель-призмы из материала, прозрачного к генерируемому излучению, причем триппель-призма выполнена с плоским участком вместо вершины, вписанный радиус которого меньше по размеру в 
Не обнаружены технические решения, совокупность признаков в которых совпадает с совокупностью признаков заявляемого импульсно-периодического электроразрядного газового лазера замкнутого цикла по пунктам 1-5, в том числе и с отличительными признаками. Эта новая совокупность признаков является новым техническим средством, которое обеспечивает получение технического результата, и это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "изобретательский уровень".No technical solutions were found, the combination of features in which coincides with the combination of features of the inventive pulse-periodic electric-discharge gas laser of a closed cycle according to paragraphs 1-5, including the distinguishing features. This new set of features is a new technical tool that provides a technical result, and this allows us to conclude that the proposed solution meets the criterion of "inventive step".
Покажем, каким образом достигается указанный выше технический результат по пунктам 1-5 заявляемого импульсно-периодического электроразрядного газового лазера замкнутого цикла.We show how the above technical result is achieved according to paragraphs 1-5 of the inventive pulse-periodic closed-circuit electric-discharge gas laser.
Известно, что трехгранный уголковый отражатель и триппель-призма обладают априорной способностью отражать точно назад входящие в них лучи [1]. Однако резонаторы с такими отражателями имеют существенные недостатки. Дело в том, что в резонаторах с ними в процессе генерации апертура резонатора разбивается на три пары противоположно расположенных относительно вершины уголкового отражателя 60-градусных сектора. У каждой пары противоположных секторов устанавливается свое состояние поляризации, и в целом, нарушается пространственная когерентность излучения. Потерю энергии вносят и имеющиеся у отражателей три ребра и вершина, по существу это фаски. Мало того, что их требуется выполнять с оптической точностью, как и грани отражателя, и что они просто затеняют часть активного объема, уменьшая энергию генерации, и способствуют развитию самостоятельной генерации в разных его частях, они ведут к повышению порога генерации и к дополнительным дифракционным потерям. Потери энергии в резонаторе с трехгранными отражателями и триппель-призмами могут быть столь велики, что в лазерах с небольшой апертурой они не применяются.It is known that a trihedral corner reflector and a triple prism have a priori ability to reflect the rays entering them exactly backward [1]. However, resonators with such reflectors have significant drawbacks. The fact is that in the resonators with them during generation, the aperture of the resonator is divided into three pairs of 60-degree sectors opposite to the top of the corner reflector. Each pair of opposite sectors has its own polarization state, and in general, the spatial coherence of radiation is violated. Three ribs and a vertex, existing at the reflectors, also contribute to the loss of energy; in essence, these are bevels. Not only do they need to be performed with optical accuracy, like the edges of the reflector, and that they simply obscure part of the active volume, reducing the generation energy, and contribute to the development of independent generation in different parts, they lead to an increase in the generation threshold and to additional diffraction losses . The energy loss in a cavity with trihedral reflectors and triple prisms can be so great that they are not used in lasers with a small aperture.
Известен двухпроходный неустойчивый телескопический резонатор лазера [5. SU №1840367 А1, МПК H01S 3/08, опубл. 27.09.2006, бюл. №27], содержащий выпуклое и вогнутое зеркала, отражающие поверхности которых обращены в одну сторону, и трехгранный уголковый отражатель, установленный отражающими поверхностями в сторону отражающих поверхностей выпуклого и вогнутого зеркал. Использование в лазере резонатора с таким конструктивным выполнением и не чувствительного к крупномасштабным аберрациям нечетных порядков за счет переворачивания сечения пучка относительно оси симметрии уголкового отражателя обеспечивает расходимость излучения, близкую к дифракционной.Known two-pass unstable telescopic laser cavity [5. SU No. 1840367 A1, IPC
Однако этот резонатор нельзя использовать в лазере, размещаемом на транспортном средстве и генерирующем излучение во время его движения. Это связано с тем, что во время движения транспортного средства по разным причинам возможны угловые и поперечные смещения уголкового отражателя и зеркал резонатора относительно друг друга, приводящие к разъюстировке резонатора и соответственно к ухудшению расходимости, уводу в сторону энергетической оси излучения и дополнительным потерям энергии.However, this resonator cannot be used in a laser placed on a vehicle and generating radiation during its movement. This is due to the fact that, for various reasons, during the movement of the vehicle, angular and lateral displacements of the corner reflector and resonator mirrors relative to each other are possible, leading to misalignment of the resonator and, accordingly, to divergence, diverting towards the energy axis of the radiation and additional energy losses.
Использование (пункт 1 формулы) резонатора из глухого и выходного плоских зеркал, выполненных на одной стороне плоскопараллельной пластины, совместно с трехгранным уголковым отражателем, размещение в разрядной камере двух параллельных друг другу разрядных промежутков перпендикулярно плоскопараллельной пластине и расположение их относительно вершины трехгранного уголкового отражателя так, что генерируемое излучение не попадает на его ребра, а плоскость, содержащая продольные оси разрядных промежутков и вершину трехгранного уголкового отражателя, параллельна направлению разрядного тока и перпендикулярна направлению газового потока, позволяет обеспечить образование двух активных лазерных каналов и при этом устранить влияние на характеристики генерируемого излучения вибраций, перегрузок, а также температурных деформаций, возникающих при транспортировке лазера и его эксплуатации на движущемся транспортном средстве, причем: апертура резонатора не разбивается на три пары расположенных друг против друга секторов с различными состояниями поляризации, не нарушается пространственная когерентность генерируемого излучения и излучение выходит из лазера геометрически единым пучком.The use (
Наличие в изобретении по пункту 1 в разрядной камере импульсно-периодического электроразрядного газового лазера замкнутого цикла двух параллельных друг другу разрядных промежутков при указанном выше размещении разрядных промежутков, зеркал резонатора и трехгранного уголкового отражателя позволяет получить одновременное или независимое друг от друга и поочередное излучение каждым каналом. В варианте синхронного излучения разрядных промежутков излучаемая мощность лазерных каналов удваивается. При независимом друг от друга излучении каналов излучение каждого их них несет какую-либо информационную нагрузку, отличаясь, например, частотой, амплитудой, расходимостью или другими параметрами. Кроме того, генерируемое излучение проходит по каждому каналу дважды в противоположных направлениях по участкам каналов с одинаковыми оптическими неоднородностями, обеспечивая взаимную компенсацию этих неоднородностей.The presence in the invention of
Наличие в изобретении по пункту 3 в разрядной камере газового лазера замкнутого цикла одного разрядного промежутка, продольная ось которого перпендикулярна плоскопараллельной пластине резонатора, при указанном выше размещении зеркал резонатора и трехгранного уголкового отражателя позволяет обеспечить образование одного активного лазерного канала, расположенного так, что генерируемое излучение не попадает на ребра отражателя, и одновременно с ним автоматически сформировать в газовой среде лазера вне разрядного промежутка и впереди по газовому потоку пассивный, т.е. не генерирующий излучение лазерный канал, геометрически полностью идентичный активному лазерному каналу и осуществляющий оптическую связь между зеркалами резонатора, при этом оба лазерных канала автоматически параллельны между собой, перпендикулярны плоскопараллельной пластине, а плоскость, содержащая продольные оси обоих каналов и вершину трехгранного уголкового отражателя, перпендикулярна направлению разрядного тока и параллельна направлению газового потока, позволяют устранить влияние на характеристики генерируемого излучения вибраций, перегрузок, а также температурных деформаций, возникающих при транспортировке лазера и его эксплуатации на движущемся транспортном средстве, причем: апертура резонатора не разбивается на три пары расположенных друг против друга секторов с различными состояниями поляризации и не нарушается пространственная когерентность генерируемого излучения. Кроме того, генерируемое излучение проходит по активному лазерному каналу дважды в противоположных направлениях неоднородностями, обеспечивая частичную взаимную компенсацию оптических неоднородностей.The presence in the invention of
Заявленная совокупность существенных признаков, направленная на достижение технического результата по обоим вариантам изобретения, позволяет создать газовые лазеры замкнутого цикла с неизменными во времени параметрами генерируемого излучения в условиях вибрации, перегрузок и температурных деформаций, возникающих при транспортировке лазера и его эксплуатации на движущемся транспортном средстве. При реализации изобретения по пунктам 2, 3 и 5 достигаются дополнительные технические результаты. Так, согласно пункту 2 первого варианта исполнения изобретения разрядные промежутки образованы между тремя электродами, из которых один общий. Такое конструктивное выполнение позволяет уменьшить габариты разрядной камеры и при этом разместить часть элементов источника накачки в общем среднем электроде. В изобретении по пунктам 3 и 5 за счет выполнения трехгранного уголкового отражателя в виде триппель-призмы и выполнения ее с плоским участком вместо вершины обеспечивается уменьшение турбулентности газового потока в активном объеме разрядной камеры, а также упрощается изготовление и крепление в конструкции самой триппель-призмы.The claimed combination of essential features, aimed at achieving a technical result for both variants of the invention, allows to create closed-circuit gas lasers with time-constant parameters of the generated radiation under the conditions of vibration, overloads and thermal deformations that occur during transportation of the laser and its operation in a moving vehicle. When implementing the invention according to
На фиг.1 представлен первый вариант лазера. На фигуре обозначены: 1 - разрядные промежутки - активные лазерные каналы, 2 - электроды, 3 - трехгранный уголковый отражатель, 4 - направление газового потока, 5 - направляющие потока, 6 - плоскопараллельная пластина с нанесенными плотным и частично отражающим зеркальными покрытиями.Figure 1 presents the first embodiment of the laser. The figure indicates: 1 — discharge gaps — active laser channels, 2 — electrodes, 3 — trihedral corner reflector, 4 — gas flow direction, 5 — flow guides, 6 — plane-parallel plate with dense and partially reflective mirror coatings.
На фиг.1 слева схематично показано продольное сечение разрядной камеры лазера первого варианта по пункту 1, проходящее через продольные оси двух одинаковых разрядных промежутков 1, организованных между верхним, нижним и общим средним электродами 2, при разрядах между которыми образуются два идентичных активных лазерных канала. Резонатор выполнен из глухого и частично прозрачного для генерируемого излучения зеркал, расположенных в данном случае на внешней поверхности плоскопараллельной пластины 6, и трехгранного уголкового отражателя 3. Источники накачки не показаны, ход лучей через уголковый отражатель и сам отражатель показаны условно. На виде справа дано поперечное сечение активной зоны разрядной камеры лазера по первому варианту, где схематично показано взаимное размещение активных лазерных каналов 1 и электродов 2 относительно трехгранного уголкового отражателя 3. Каналы располагаются симметрично относительно вершины отражателя и на одинаковом расстоянии от нее в пределах 60-градусных секторов двух граней, граничащих с третьей гранью, плоскость, проходящая через продольные оси каналов и вершину отражателя, перпендикулярна одному из его ребер и плоскопараллельной пластине 6. Выделены проекции ребер отражателя. Разрядные промежутки располагаются параллельно и продуваются одной и той же рабочей газовой смесью с одинаковой скоростью. Направление газового потока показано стрелкой 4. Для организации потока имеются диэлектрические направляющие газового потока 5.Figure 1 schematically shows on the left a longitudinal section of the laser discharge chamber of the first embodiment according to
Как видно из фигуры, в данном случае направление потока рабочего газа перпендикулярно направлению разрядного тока и плоскости, проходящей через оси каналов. На виде в плане каналы должны располагаться по обе стороны от вершины отражателя в пределах 60-градусных секторов двух граней, граничащих с третьей гранью, и симметрично относительно вершины. Каналы должны быть параллельны друг другу и перпендикулярны плоскому зеркалу, имеющему плотное покрытие против одного из каналов и частично пропускающему генерируемое излучение против другого. Плоскость, проходящая через оси обоих каналов и вершину отражателя, должна быть также перпендикулярна плоскости, одновременно перпендикулярной плоскому зеркалу и содержащей одно из ребер отражателя. Причем все эти требования не обязательно выполнять с "оптической" точностью, достаточно размещения узлов и деталей с обычными конструктивными допусками, допустимы в широких пределах поперечные и угловые подвижки оптических элементов, что дает возможность разрабатывать бортовые лазеры по данной схеме. Вывод излучения осуществлен через частично прозрачный участок плоской пластины против одного из каналов.As can be seen from the figure, in this case, the direction of flow of the working gas is perpendicular to the direction of the discharge current and the plane passing through the axis of the channels. In the plan view, the channels should be located on both sides of the reflector top within the 60-degree sectors of two faces bordering the third face and symmetrically with respect to the top. The channels should be parallel to each other and perpendicular to a plane mirror having a dense coating against one of the channels and partially transmitting the generated radiation against the other. The plane passing through the axes of both channels and the top of the reflector must also be perpendicular to the plane at the same time perpendicular to the plane mirror and containing one of the edges of the reflector. Moreover, it is not necessary to fulfill all these requirements with "optical" accuracy, it is enough to place the assemblies and parts with the usual design tolerances, the transverse and angular movements of the optical elements are acceptable over a wide range, which makes it possible to develop onboard lasers according to this scheme. The output of radiation is carried out through a partially transparent section of a flat plate against one of the channels.
Газовый лазер замкнутого типа первого варианта работает следующим образом.The closed-circuit gas laser of the first embodiment operates as follows.
Под действием импульсных объемных разрядов в межэлектродных промежутках лазера происходят химические реакции, за счет чего возникает инверсная заселенность лазерных уровней, формируются активные лазерные каналы и генерируется излучение. Генерируемое в одном лазерном канале излучение распространяется перпендикулярно плоской пластине, последовательно отразившись от трех граней уголкового отражателя, нигде не пересекаясь с ребрами отражателя, пройдет далее снова к плоской пластине, усиливаясь во втором активном канале. Отразившись от плоской пластины, излучение пойдет назад, повторяя свой путь через уголковый отражатель и активные лазерные каналы, снова усиливаясь в последних, вновь попадет на первый участок плоской пластины. Часть излучения покинет резонатор через частично пропускающий излучение участок пластины, далее все повторится. При каждом отражении от отражателя пучок лучей идет перевернутым и сверху вниз и слева направо, размеры пучка остаются прежними. Ничего не изменится, если вход и выход поменять местами, порядок отражения и размеры пятен отражения на гранях отражателя и на пластине не изменятся. Упомянутое выше размещение оптических элементов резонатора и активных лазерных каналов обеспечивает непопадание генерируемого излучения на ребра уголкового отражателя, а также на биссектрисы граней входа и выхода, при этом порядок отражения на гранях отражателя будет одинаковым для всего пучка генерируемого излучения - апертура резонатора не разобьется на не связанные друг с другом части с различным состоянием поляризации и нарушением пространственной когерентности излучения.Under the action of pulsed volume discharges, chemical reactions occur in the interelectrode gaps of the laser, due to which an inverse population of laser levels occurs, active laser channels are formed, and radiation is generated. The radiation generated in one laser channel propagates perpendicular to the flat plate, successively reflected from the three faces of the corner reflector, nowhere intersecting with the edges of the reflector, then passes further back to the flat plate, amplifying in the second active channel. Reflecting from a flat plate, the radiation will go backward, repeating its path through the corner reflector and active laser channels, amplifying again in the latter, and again fall on the first section of the flat plate. Part of the radiation will leave the resonator through a part of the plate partially transmitting radiation, then everything will be repeated. At each reflection from the reflector, the beam of rays goes upside down and from top to bottom and from left to right, the beam dimensions remain the same. Nothing will change if the input and output are interchanged, the order of reflection and the size of the reflection spots on the faces of the reflector and on the plate do not change. The placement of the optical elements of the resonator and active laser channels mentioned above ensures that the generated radiation does not fall on the edges of the angular reflector, as well as on the bisectors of the faces of the input and output, while the order of reflection on the faces of the reflector will be the same for the entire beam of the generated radiation - the cavity aperture will not be divided into unconnected with each other parts with different states of polarization and violation of the spatial coherence of radiation.
На фиг.2 представлен второй вариант заявляемого изобретения. На фигуре обозначены: 1 - разрядный промежуток - активный лазерный канал, 2 - электроды, 7 - пассивный, не генерирующий излучение лазерный канал, 6 - плоскопараллельная пластина с нанесенными плотным и частично отражающим зеркальными покрытиями, 3 - триппель-призма, 4 - направление газового потока, 5 - направляющие газового потока.Figure 2 presents the second variant of the claimed invention. The figure shows: 1 - discharge gap - active laser channel, 2 - electrodes, 7 - passive, non-radiation generating laser channel, 6 - plane-parallel plate with dense and partially reflecting mirror coatings, 3 - triple prism, 4 - gas direction flow, 5 - gas flow guides.
На фиг.2 слева схематично показано продольное сечение разрядной камеры импульсно-периодического электроразрядного газового лазера второго варианта, проходящее через продольные оси активного лазерного канала 1, формирующегося при разрядах между электродами 2, и пассивного лазерного канала 7. Резонатор выполнен из глухого и частично прозрачного для генерируемого излучения зеркал, расположенных в данном случае на внешней поверхности плоскопараллельной пластины 4, и триппель-призмы 3. Источники накачки не показаны, триппель-призма и ход лучей через нее показаны условно. На виде справа дано поперечное сечение активной зоны разрядной камеры лазера по второму варианту, где схематично показано взаимное размещение активного 1 и пассивного 7 лазерных каналов, а также электродов 2 относительно триппель-призмы 3. Каналы располагаются на одинаковом расстоянии относительно вершины отражателя в пределах 60-градусных секторов двух граней, граничащих с третьей гранью, плоскость, проходящая через продольные оси каналов и вершину отражателя, перпендикулярна одному из его ребер и плоскопараллельной пластине 6. Триппель-призма относительно электродов размещается таким образом, чтобы пассивный канал формировался вне разрядного промежутка впереди по потоку. Выделены проекции ребер триппель-призмы. Разрядный промежуток и пассивный лазерный канал располагаются параллельно и продуваются одной и той же рабочей газовой смесью. Направление газового потока показано стрелкой 4. Для организации потока имеются диэлектрические направляющие газового потока 5.Figure 2 schematically shows on the left a longitudinal section of the discharge chamber of a pulse-periodic electric-discharge gas laser of the second embodiment, passing through the longitudinal axes of the
Как видно из фигуры, в данном случае направление потока рабочего газа перпендикулярно направлению разрядного тока и параллельно плоскости, проходящей через оси каналов. На виде в плане разрядный промежуток расположен в пределах 60-градусного сектора одной из граней отражателя перпендикулярно плоскопараллельной пластине и против ее участка, частично пропускающего генерируемое излучение. Плоскость, проходящая через ось разрядного промежутка и вершину отражателя, должна быть также перпендикулярна плоскости, одновременно перпендикулярной плоскопараллельной пластине и содержащей одно из ребер отражателя. Причем все эти требования не обязательно выполнять с "оптической" точностью, достаточно размещения узлов и деталей с обычными конструктивными допусками, допустимы в широких пределах поперечные и угловые подвижки оптических элементов, даже большие, чем в лазере первого варианта, что дает возможность разрабатывать бортовые лазеры по данной схеме.As can be seen from the figure, in this case, the direction of flow of the working gas is perpendicular to the direction of the discharge current and parallel to the plane passing through the axis of the channels. In the plan view, the discharge gap is located within the 60-degree sector of one of the reflector faces perpendicular to the plane-parallel plate and against its portion partially transmitting the generated radiation. The plane passing through the axis of the discharge gap and the top of the reflector must also be perpendicular to the plane at the same time perpendicular to the plane-parallel plate and containing one of the edges of the reflector. Moreover, it is not necessary to fulfill all these requirements with "optical" accuracy, it is sufficient to place the assemblies and parts with the usual design tolerances, the transverse and angular displacements of the optical elements, even larger than in the laser of the first option, are acceptable over a wide range, which makes it possible to develop onboard lasers using this scheme.
Газовый лазер замкнутого типа второго варианта работает следующим образом. Под действием импульсных объемных разрядов в разрядном промежутке лазера происходят химические реакции, за счет чего возникает инверсная заселенность лазерных уровней, формируется активный лазерный канал и генерируется излучение. Генерируемое излучение распространяется перпендикулярно плоской пластине, последовательно отразившись от трех граней уголкового отражателя, нигде не пересекаясь с ребрами отражателя, пройдет далее по газовой среде вне межэлектродного промежутка впереди по потоку, т.е. по автоматически формирующемуся пассивному каналу, снова к плоской пластине к участку с плотным покрытием. Отразившись от плоской пластины, излучение пойдет назад, повторяя свой путь через уголковый отражатель, пассивный и активный лазерные каналы, снова усиливаясь в активном канале, вновь попадет на первый участок плоской пластины. Часть излучения покинет резонатор через частично пропускающий излучение участок пластины, далее все повторится. При каждом отражении от отражателя пучок лучей идет перевернутым и сверху вниз и слева направо, размеры пучка остаются прежними. Упомянутое выше размещение оптических элементов резонатора и лазерных каналов обеспечивает непопадание генерируемого излучения на ребра уголкового отражателя, а также на биссектрисы граней входа и выхода, при этом порядок отражения на гранях отражателя будет одинаковым для всего пучка генерируемого излучения - апертура резонатора не разобьется на не связанные друг с другом части с различным состоянием поляризации и нарушением пространственной когерентности излучения.The closed-circuit gas laser of the second embodiment operates as follows. Under the action of pulsed volume discharges, chemical reactions occur in the discharge gap of the laser, due to which an inverse population of the laser levels occurs, an active laser channel is formed, and radiation is generated. The generated radiation propagates perpendicular to a flat plate, successively reflected from the three faces of the corner reflector, nowhere intersecting with the edges of the reflector, will pass further through the gaseous medium outside the interelectrode gap ahead of the stream, i.e. along the automatically formed passive channel, again to a flat plate to the area with a dense coating. Reflecting from the flat plate, the radiation will go backward, repeating its path through the corner reflector, the passive and active laser channels, amplifying again in the active channel, will again fall on the first section of the flat plate. Part of the radiation will leave the resonator through a part of the plate partially transmitting radiation, then everything will be repeated. At each reflection from the reflector, the beam of rays goes upside down and from top to bottom and from left to right, the beam dimensions remain the same. The placement of the optical elements of the resonator and the laser channels mentioned above ensures that the generated radiation does not fall on the edges of the angular reflector, as well as on the bisectors of the input and output faces, while the order of reflection on the faces of the reflector will be the same for the entire beam of generated radiation - the aperture of the resonator will not be divided into unrelated with the other parts with different states of polarization and violation of the spatial coherence of the radiation.
Проведено расчетно-теоретическое обоснование работоспособности предлагаемых вариантов изобретений с достижением указанного выше технического результата.Calculation and theoretical justification of the health of the proposed options for inventions with the achievement of the above technical result.
Осуществлена экспериментальная проверка предлагаемых вариантов изобретения. Установка моделировала один из вариантов изобретения, но с двумя пассивными каналами, в которые заводилось излучение He-Ne-лазера, при этом триппель-призма подвергалась угловым и поперечным смещениям относительно плоского зеркала. Показано, что при этом расходимость излучения изменялась незначительно, и направление оси излучаемого пучка определялось только отражающей поверхностью плоского зеркала.The experimental verification of the proposed variants of the invention. The installation simulated one of the variants of the invention, but with two passive channels into which the radiation of the He-Ne laser was injected, while the triple prism was subjected to angular and transverse displacements relative to the plane mirror. It was shown that in this case, the divergence of the radiation changed insignificantly, and the direction of the axis of the emitted beam was determined only by the reflecting surface of the plane mirror.
Как видно из вышеизложенного, в предлагаемых вариантах лазеров отсутствуют негативные явления, присущие лазерам с резонаторами на основе трехгранных уголковых отражателей или триппель-призм, размещаемых соосно с активным лазерным каналом, в то же время оказываются решенными поставленные задачи - нетребовательность резонатора лазера к точности первоначальной юстировки, нечувствительность к разъюстировкам, отсутствие потерь энергии на ребрах и вершине уголкового отражателя, постоянство направления энергетической оси излучения, зависящего только от одной отражающей поверхности плоского зеркала, и постоянство расходимости излучения, обусловленного геометрией активных лазерных каналов и оптическими неоднородностями в них.As can be seen from the foregoing, in the proposed laser variants there are no negative effects inherent in lasers with resonators based on trihedral angular reflectors or triple prisms placed coaxially with the active laser channel, while the tasks set out are undemanding of the laser resonator to the accuracy of the initial alignment , insensitivity to misalignment, the absence of energy loss at the edges and top of the corner reflector, the constancy of the direction of the radiation energy axis, yaschego only on one surface of the flat reflecting mirror, and the constancy of the radiation divergence caused by the geometry of the laser active optical channels and inhomogeneities therein.
Изобретение найдет применение в мощных твердотельных и газовых лазерах, например в газопроточных электроразрядных импульсно-периодических, размещаемых на различных транспортных средствах и генерирующих излучение во время движения.The invention will find application in high-power solid-state and gas lasers, for example, in gas-flow electric-discharge pulse-periodic, placed on various vehicles and generating radiation during movement.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008145407/28A RU2405233C2 (en) | 2008-11-17 | 2008-11-17 | Closed-loop pulse-periodic electric discharge laser (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008145407/28A RU2405233C2 (en) | 2008-11-17 | 2008-11-17 | Closed-loop pulse-periodic electric discharge laser (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008145407A RU2008145407A (en) | 2010-05-27 |
| RU2405233C2 true RU2405233C2 (en) | 2010-11-27 |
Family
ID=42679912
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008145407/28A RU2405233C2 (en) | 2008-11-17 | 2008-11-17 | Closed-loop pulse-periodic electric discharge laser (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2405233C2 (en) |
-
2008
- 2008-11-17 RU RU2008145407/28A patent/RU2405233C2/en active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008145407A (en) | 2010-05-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5517434B2 (en) | Gas laser apparatus and laser generation method | |
| JPH0770768B2 (en) | Slab gas laser | |
| CN107275914B (en) | Ceramic gas laser with integrated beam shaping waveguide | |
| US7463666B2 (en) | Laser with hybrid-unstable ring resonator | |
| US3921096A (en) | Unstable split mode laser resonator | |
| ES2512247T3 (en) | Mode selection technique for a waveguide laser | |
| US8873599B2 (en) | Gas laser device | |
| RU2405233C2 (en) | Closed-loop pulse-periodic electric discharge laser (versions) | |
| WO2012176252A1 (en) | Gas laser amplification device | |
| US4423511A (en) | Unstable waveguide laser resonator | |
| KR101709046B1 (en) | Gas-laser device | |
| RU95103125A (en) | Powerful solid-body laser | |
| US3706939A (en) | Diffraction compensated mirror for laser amplifier | |
| EP2937954A1 (en) | Excimer laser combination cavity | |
| US3675152A (en) | Compensator for a radial refractive-index gradient in a disc laser | |
| RU147366U1 (en) | SOLID RETURNABLE LASER BASED ON ORGANIC COMPOUNDS | |
| RU2388123C2 (en) | Annular optical resonator | |
| TWI734470B (en) | Gas laser device | |
| Blok et al. | Transverse optical mode patterns for an RF excited Ar-He-Xe laser | |
| JPH047111B2 (en) | ||
| UA154912U (en) | LASER RESONATOR WITH INTERNAL EXPANSION OF THE RADIATION BEAM | |
| Csele | Laser modeling: a numerical approach with algebra and calculus | |
| RU2107976C1 (en) | Method for generation of beam of multiple- channel laser | |
| JPH10223949A (en) | Solid-state laser oscillator | |
| RU2035755C1 (en) | Device for forming radiation in media with inverse population |