Описан, лазер на парах меди со встроенным в газоразрядную трубку (ГРТ) нагревателем. Разогрев рабочего вещества осуществляется нагревателем от дополнительного низковольтного источника питания при одновременной подаче на ГРТ импульсов возбуждения. Лазер работает на двух длинах волн: 510,6 и 578,2 нм. Суммарная мощность генерации до 2 Вт. Частота следования импульсов возбуждения от 0 до 20 кГц. Потребляемая мощность oт сети 220 В/50Гц порядка 1 кВт.

Лазеры на парах металлов находят все более широкое применение в различных областях народного хозяйства, науке и технике благодаря совокупности высоких энергетических характеристик: средней и импульсной мощности генерации, КПД и частоты следования импульсов (ЧСИ). Наиболее широко применяются на практике лазеры, работающие в режиме «саморазогрева», так как это наиболее простой режим получения паров рабочего вещества [1, 2]. Однако этот режим достигается только при высоких ЧСИ возбуждения; для его реализации требуются мощные коммутаторы энергии, необходимой для разогрева и возбуждения паров рабочего вещества.
Нами разработан лазер на парах меди, работающий на двух длинах волн (λ₁ = 510,6 и λ₂= 578,2 нм), со средней мощностью излучения до 2 Вт и регулируемой в пределах 0—20 кГц ЧСИ генерации. В качестве активного элемента используется газоразрядная трубка (ГРТ) со встроенным нагревателем [3].
Для создания канала ГРТ использована керамическая трубка из ВеО длиной 400 и внутренним диаметром 10 мм, на которую намотана молибденовым проводом диаметром ~ 0,8—1 мм индуктивность, служащая нагревательным элементом и одновременно «шунтирующей» индуктивностью для заряда рабочей емкости. Индуктивность подключена непосредственно к электродам ГРТ — цилиндрам из ниобиевой фольги, размещенным на торцах газоразрядного канала. Канал и электроды окружены кварцевой рубашкой, в которую впаяны токовводы; выходные окна приклеены под углом Брюстера. Трубка помещена в металлическую трубу, которая является обратным токопроводом и одновременно служит для крепления ГРТ в резонаторе. В качестве теплоизолятора используется двуокись циркония.
Резонатор образован плоскопараллельной стеклянной пластиной и плоским зеркалом с диэлектрическим покрытием и коэффициентом отражения ~ 0,99 в зеленой области спектра. Перед работой ГРТ обезгаживается, загружается медью, заполняется неоном до давления ~ 25— 50 мм рт. ст. и отпаивается.
В лазере разогрев активного объема ГРТ до рабочей температуры ~ 1500 °С осуществляется нагревателем от дополнительного низковольтного источника питания, поэтому в качестве коммутаторов можно использовать относительно маломощные тиратроны, способные коммутировать энергию, достаточную для возбуждения паров рабочего вещества. Общеизвестно, что высокая эффективность лазера на парах меди достигается при возбуждении активной среды короткими импульсами с крутыми фронтами [4], при этом необходимо учитывать коммутационные потери энергии на аноде тиратрона [5]. Исходя из вышесказанного, нами был выбран тиратрон ТГИ1-270/12, обладающий высокой скоростью нарастания тока 2,7 кА/мс, малыми коммутационными потерями и потребляемой мощностью. Расчет теплового режима работы тиратрона и экспериментальная проверка показали, что тиратрон ТГИ1-270/12 устойчиво работает во всем частотном диапазоне 0—20 кГц при напряжении на аноде 6 кВ и рассеиваемой мощности на аноде до 250 Вт с принудительным охлаждением анода вентилятором типа ВН -2. Исходя из паспортных характеристик тиратрона ТГИ1-270/12, была разработана электрическая функциональная схема питания лазера, представленная на рисунке.

функциональная схема питания лазера

Высоковольтный выпрямитель с напряжением на выходе 3,5 кВ собран по схеме удвоения напряжения на диодах Д1, Д2 (КЦ109 А) и конденсаторах С₁, С₂ (К75-40 «б» — 20 мкФ х 2 кВ). В качестве высоковольтного трансформатора Тр1 использованы два параллельно включенных трансформатора ТА-287. Заряд рабочей емкости С₀= 15 нФ осуществляется через цепь резонансно-диодной зарядки LR—Д, в которой используются 40 последовательно включенных диодов КД212А, имеющих малое время восстановления обратного сопротивления (~ 300 нс), что позволяет практически устранить токи утечки с рабочей емкости при изменении ЧСИ возбуждения в таких широких пределах.
Запуск тиратрона VL осуществляется транзистором КТ812А через импульсный трансформатор, при этом тиратрон устойчиво работает во всем частотном диапазоне без отрицательного смещения на его сетке. Напряжение на высоковольтном выпрямителе не регулируется, поскольку рабочая температура ГРТ при изменении ЧСИ поддерживается оптимальной с помощью дополнительного низковольтного источника подогрева. Максимальная потребляемая мощность от низковольтного источника подогрева, необходимая для поддержания рабочей температуры ~ 1500 °С внутри активного объема ГРТ, составляет 300—350 Вт. Потребляемая мощность лазера от сети 220 В/50 Гц при ЧСИ возбуждения 20 кГц порядка 1 кВт, средняя мощность излучения ~ 0,1 Вт/кГц. В дежурном режиме, когда активный объем ГРТ поддерживается при рабочей температуре от низковольтного источника питания, потребляемая мощность от сети 220 В/50 Гц ~ 450—500 Вт.
Результаты исследований зависимости выходных энергетических характеристик лазера от условий среды и параметров накачки будут сообщены дополнительно.
В заключение следует отметить, что в данном приборе можно использовать в качестве активной среды пары не только меди, но и ряда других металлов (Au, Рb, Ва и т. д.), на которых возможна генерация на самоограниченных переходах. Лазер на парах меди «Милан -М/2Е» может использоваться для зондирования атмосферы, в навигационных устройствах проводки судов и посадки самолетов в условиях ограниченной видимости, в медицине и т. д.

1 А. А. Исаев, М.А. Казарян, Г.Г. Петраш. Письма в ЖЭТФ, 16, 40 (1972).

2 П.А. Бохан, В.Н. Николаев, В.И. Соломонов. Квантовая электроника, 2, 159 (1975).

3 А.Н. Солдатов, В.И. Соломонов. Газоразрядные лазеры на самоограниченных переходах в парах металлов. — Новосибирск: Наука, 1985, с. 101.

4 Г.Г. Петраш. УФН, 105, 647 (1971).

5 В.А. Кельман, И.И. Климовский, В.Ю. Фучко, И.П. Запесочный. Препринт ИЯИ АН УССР, Киев, 1985, № 16.

Конструктор сайтов - uCoz