RU20201U1 - Излучатель лазера на парах металлов - Google Patents

Description

Предлагаемая полезная модель относится к области лазерной техники и может быть использовано в производстве газоразрядных импульснопериодических лазеров на парах металлов.

Известны излучатели лазеров на парах металлов, содержащие герметичный корпус с выходными окнами и токоподводами, в полости которого, заполненной смесью инертного газа и водорода, расположены электроды, газоразрядная трубка и генераторы паров металла или галогенида металла (Бохан П.А., Силантьев В.И., Соломонов В.И. О механизме ограничения частоты следования импульсов генерации в лазере на парах меди // Квантовая электроника, 1980. Т. 7, № 6. С. 1264 - 1269; Воронов В.И., Елаев В.Ф., Иванов А.И., Кирилов А.Е., Полунин Ю.П., Солдатов А.Н., Шумейко А.С. Исследование и разработка мощных лазеров на парах бромида меди с отпаянным активным элементом // Оптика атмосферы и океана, 1993. Т. 6, № 6. С. 727-730).

В таких излучателях давление водорода определяется тем его количеством, которое напускается в герметичную оболочку перед ее вакуумированием. Из-за постоянной деградации водорода его давление в излучателе непрерывно уменьщается и за время, меньшее ресурса работы

излучателя, определяемого его конструкцией и технологией изготовления, опускается ниже минимально допустимой величины, в результате чего мощность генерации лазера сильно снижается. Для восстановления давления водорода до первоначального зфовня требуется развакуумирование герметичной оболочки.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является излучатель лазера на парах металлов, содержащий герметичный корпус с выходными окнами и токоподводами, в полости которого, заполненной смесью инертного газа и водорода, расположены электроды, газоразрядная трубка, генераторы паров металла или галогенида металла и генератор водорода с подогревателем (Астаджов Д.Н., Вучков Н.К., Исаев А.А., Петраш Г.Г., Пономарев И.В., Саботинов Н.В. Релаксация метастабильных атомов меди в лазере на парах меди в режиме регулярных импульсов // Квантовая электроника, 1987. Т. 14, 2. С. 396 - 399, прототип). Давление водорода в излучателе определяется температурой генератора водорода - при нагреве генератора давление растет, при остывании - падает. Давление водорода в излучателе, обеспечивающее оптимальные значения мощности генерации и к.п.д. лазера, реализуется только тогда, когда генератор водорода нагрет до соответствующей температуры.

Такому излучателю присущи следующие недостатки. Во время работы лазера генератор водорода отравляется выделяющимися из электродов и других элементов конструкции излучателя газами, а также галогенами и галогенидами металлов, что существенно снижает его срок службы и, как следствие, снижает срок службы излучателя. Кроме того, при выключении подогревателя

генератора водорода, происходящего при выключении лазера, давление водорода в излз ателе уменьшается и при значительных временах отключения весь водород адсорбируется в генераторе водорода. В связи с инерционностью нагрева генератора и конечной скоростью диффз ии водорода в инертном газе давление водорода в излучателе устанавливается постепенно и достигает значения, необходимого для установления стабильных выходных параметров лазера, через определенный, достаточно большой интервал времени.

Предлагаемая полезная модель решает техническую задачу увеличения срока службы генератора водорода и излучателя и стабилизации давления водорода в излучателе на уровне, обеспечиваюш;ем паспортный уровень мощности генерации и к.п.д, лазера, на протяжении всего срока службы излучателя.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в излучателе, содержащем герметичный корпус с выходными окнами и токоподводами, в полости которого, заполненной смесью инертного газа и водорода, расположены электроды, газоразрядная трубка, генераторы паров металла или галогенида металла и генератор водорода с подогревателем, герметичный корпус излучателя выполнен из двух частей, в полости первой из которых, заполненной смесью инертного газа и водорода, расположены электроды, газоразрядная трубка, генераторы паров металла или галогенида металла, в полости второй - генератор водорода с подогревателем, а сами полости соединены друг с другом селективной мембраной с подогревателем, при этом селективная мембрана вьшолнена из материала, проницаемого в нагретом

состоянии для водорода и непроницаемого при любых температурах для других газов и паров, заполняющих излз атель.

Технический результат заключается в увеличении срока службы генератора водорода и излучателя и стабилизации давления водорода в излучателе на уровне, обеспечивающем паспортный уровень мощности генерации и к.п.д. лазера на протяжении всего срока службы излучателя за счет того, что селективная мембрана с подогревателем, проницаемая в нагретом состоянии для водорода и непроницаемая при любых температурах для других газов и паров, заполняющих излучатель, исключает возможность попадания на генератор водорода газов, выделяющимися из электродов и других элементов конструкции излучателя, а также галогенов и галогенидов металлов и обеспечивает при выключении лазера сохранение водорода в полости, заполненной смесью инертного газа и водорода и содержащей электроды, газоразрядную трубку и генераторы паров металла шш галогенида металла, и поступление водорода из полости, содержащей генератор водорода с нагревателем, в полость, заполненную смесью инертного газа и водорода и содержащей электроды, газоразрядную трубку и генераторы паров металла или галогенида металла, по мере деградации водорода в этой полости.

Первоначальное количество водорода в генераторе водорода выбирается таким, чтобы обеспечить поддержание давления водорода, обеспечивающего паспортный уровень мощности генерации и к.п.д. лазера, на протяжении всего срока службы излучателя.

Для сохранения давления водорода, обеспечивающего паспортный уровень мощности генерации и к.п.д. лазера на протяжении всего срока службы излучателя в полости, заполненной смесью инертного газа и водорода и содержащей электроды, газоразрядную трубку и генераторы паров металла или галогенида металла, необходима следующая последовательность включения и выключения подогревателей генератора водорода и селективной мембраны.

При включении лазера одновременно подается напряжение на электроды и на подогреватель генератора водорода, а с определенной задержкой по времени, необходимой для разогрева генератора водорода до рабочей температуры, соответствующей номинальному давлению водорода в излучателе, включается подогреватель селективной мембраны. Таким образом исключается уменьшение давления водорода в излучателе, обусловленное инерционностью нагрева генератора водорода, так как вставка становится проницаемой для водорода только после нагрева генератора, когда в полости, содержащей генератор водорода, устанавливается его номинальное давление.

При выключении лазера одновременно снимается напряжение с электродов лазера и с подогревателя селективной мембраны, а подогрев генератора водорода выключается с такой задержкой по времени, которая обеспечивает остывание селективной мембраны до температуры, обеспечивающей прекращение диффузии водорода через нее. Это исключает уменьшение давление водорода в излучателе при выключении генератора водорода, так как при его остывании поглощается только то количество водорода, которое находится в полости, содержащей генератор водорода.

Предлагаемое техническое решение может быть использовано как в излучателях лазеров на парах металла и галогенида металлов, снабженными автономными нагревателями, так и в излучателях, в которых необходимое давление паров металла или галогенида металла достигается за счет саморазогрева, то есть за счет энергии, выделяющейся в разряде.

На фиг. 1 показана конструкция саморазогревного излучателя лазера на нарах металла. Излучатель, подключенный к блоку питания 1, содержит герметичный корпус 2 с выходными окнами 3 и токоподводами 4, электроды 5, газоразрядную трубку 6, генераторы паров металла 7, селективную мембрану 8 с подогревателем 9 и блоком питания подогревателя 10, генератор водорода 11 с подогревателем 12 и блоком питания подогревателя 13, тепловую изоляцию 14.

Излучатель лазера на парах металлов работает следующим образом. При включении блока питания лазера 1 импульсы напряжения через токоподводы 4 подаются на электроды 5, в результате чего в газоразрядной трубке 6 возникает импульсно-периодический разряд. Из-за наличия тепловой изоляции 14 энергия, вьщеляющаяся в разряде, разогревает газоразрядную трубку 6 и генераторы пара металла 7. По мере разогрева газоразрядной трубки 6 и генераторов пара металла 7 пары металла заполняют газоразрядную трубку 6 и возникает индуцированное излучение, выходящее из излучателя через выходные окна 3. Одновременно с блоком питания лазера 1 включается блок питания 13 подогревателя 11 генератора водорода 11. После нагрева генератора водорода 11 до температуры, соответствующей оптимальному давлению

водорода, включается блок питания 10 подогревателя 9 селективной мембраны 8, После достижения рабочей температуры селективной мембраны 8 в случае превышения давления водорода в полости, содержащей генератор водорода 12, над давлением водорода в полости, заполненной смесью инертного газа и водорода и содержащей электроды 5, газоразрядную трубку 6 и генераторы пара металла 7, давление водорода во второй из полостей повышается до давления водорода в полости, содержащей генератор водорода 11, обеспечивая тем самым стабилизацию давления водорода на оптимальном уровне. После достижения рабочей температуры генераторов пара металла 7 лазер переходит в стационарный режим работы, характеризующийся номинальной (паспортной) мощностью генерации. При вьшлючении лазера одновременно вьшлючаются блок питания лазера 1 и блок питания 10 подогревателя 9 селективной мембраны 8. По истечении времени, за которое селективная мембрана 8 перейдет в состояние, непроницаемое для водорода, выключается блок питания 13 подогревателя 12 генератора водорода И. Такая последовательность отключения различных блоков питания обеспечивает сохранение оптимального давления водорода в полости, заполненной инертным газом и водородом и содержащей электроды 5, газоразрядную трубку 6 и генераторы паров металла 7.

Claims (1)

1. Излучатель лазера на парах металла, содержащий герметичный корпус с выходными окнами и токоподводами, в полости которого, заполненной смесью инертного газа и водорода, расположены электроды, газоразрядная трубка, генераторы паров металла или галогенида металла и генератор водорода с подогревателем, отличающийся тем, что герметичный корпус излучателя выполнен из двух частей, в полости первой из которых, заполненной смесью инертного газа и водорода, расположены электроды, газоразрядная трубка, генераторы паров металла или галогенида металла, в полости второй - генератор водорода с подогревателем, а сами полости соединены друг с другом селективной мембраной с подогревателем, при этом селективная мембрана выполнена из материала, проницаемого в нагретом состоянии для водорода и непроницаемого при любых температурах для других газов и паров, заполняющих излучатель.