П.А. Бохан, В.П. Пеленков

АРГОНОВЫЙ   ОКГ   МОЩНОСТЬЮ   500  мВт   БЕЗ   ВОДЯНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

Среди всех других ОКГ видимого диапазона лазер на ионах аргона обладает рядом преимуществ, главное из которых — высокая выходная мощность в непрерывном режиме в сине-зеленой части спектра. К числу недостатков этого лазера относится высокая пороговая мощность (около 1 кВт на 1 м длины в непрерывном режиме [1]), что ведет к интенсивному разогреву газоразрядной трубки и разрушению разрядного капилляра.

Нами была разработана простая конструкция импульсного аргонового ОКГ с высокой частотой повторения импульсов, в которой в значительной степени устранены указанные недостатки.
Основным элементом конструкции лазера (рис. 1) является разрядный капилляр 1 из оси бериллия высокой чистоты. Капилляр заключен в кварцевую трубку 4 большого диаметра, которая одновременно является буферным объемом. Катод 2 ОКГ — оксидный с внешним подогревателем 5 и током эмиссии до 1 кА, анод 3 - цилиндрический из танталовой фольги. ОКГ работает без принудительного охлаждения.

Рис. 1. Схема ОКГ.

В приборе осуществляется импульсное питание. Сложность реализации такого режима заключается в том, что в аргоновом ОКГ газовый разряд имеет низкое напряжение горения (около 500 В) и высокий потенциал зажигания (свыше 15 кВ).
В разработанном ОКГ это затруднение преодолевается с помощью питания двумя импульсами, формируемыми отдельными цепями, с задержкой между ними 5...10 мкс. Первый импульс — поджигающий. Его параметры: напряжение свыше 20 кВ, длительность t меньше 1 мкс, ток в импульсе около 1 А. Импульс формируется на тиратроне ТГИ1-325/16.
Амплитуда тока во втором рабочем импульсе, формируемом с помощью искусственной линии и тиратрона ТГИ 1-1000/25, подбирается такой, чтобы ОКГ работал с максимальным КПД (около 0,1 % при токе 120...150 А, рис. 2).

Рис. 2. Зависимость КПД лазера от тока через трубку (давление Аr 0,39 мм рт. ст.).

Длительность импульса тока также регулируется и ограничена, с одной стороны, трудностью формирования импульсов с t < 10^-6 с, с другой стороны, возникновением шумов в излучении, обусловленных плазменными неустойчивостями. В данном приборе они возникают при t > 5 мкс (ток 150 А).
Как известно, плазма аргонового ОКГ обладает радиальным градиентом потенциала, ведущим к разлету заряженных частиц из центра трубки на стенки. Это явление благоприятствует повышению мощности генерации, однако ведет к интенсивному разрушению разрядного капилляра.
Проведенные нами оценки показывают, что время разлета плазмы сравнимо со временем «гладкой» генерации и составляет ~ 5 мкс.
Таким образом, при импульсном возбуждении (t < 5 мкс) следует ожидать значительно менее интенсивной эрозии разрядного капилляра, чем в непрерывном режиме.
Предельные возможности описанного ОКГ обусловлены, с одной стороны, средним допустимым током использованного мощного тиратрона (1 А), что ограничивает вкладываемую мощность величиной 500...600 Вт. Средняя мощность светового излучения при этом достигает 700 мВт при длительности импульса 5 мкс, мощности в импульсе 45 Вт, частоте повторения 3 кГц и давлении Аr 0,3 мм рт. ст.
С другой стороны, данная конструкция имеет принципиальное ограничение по вкладываемой мощности, обусловленное тем, что отвод тепла от разрядного капилляра осуществляется посредством излучения. Конструктивные особенности ОКГ ограничивают в этом случае температуру капилляра величиной 1000... 1100° С. Это позволяет в принципе вводить в разрядную трубку мощность около 2,5 кВт [2], что соответствует мощности светового излучения не менее 2,5 Вт.
Испытания на долговечность ОКГ не производилось. Учитывая, что в данном лазере устранены основные причины, ведущие к разрушению разрядного капилляра, можно предполагать, что срок службы при соблюдении соответствующей вакуумной технологии будет не меньше, чем обычно при использовании окиси бериллия в качестве материала разрядного капилляра, т. е. 1000 ч.
При наполнении описанной конструкции ксеноном и при напряжении на тиратроне свыше 3 кВ наблюдалась генерация на ионах Xe lV в желто-зеленой части спектра [3] с примерно на порядок большей импульсной мощностью (около 400 Вт).

1  R.А. Рaananеn. IEEE Spectrum, 3, 68 (1966).

2  Р.Б. Котельников, С.Н. Башлыков, 3.Г. Галиакбаров, А.И. Каштанов. Особо тугоплавкие элементы и соединения. М.,  «Металлургия», 1969.

3  J.P. Whееlег. IEEE, /. Quantum Electronics, QE-7, 429 (1971).