Описываются эксперименты по возбуждению лазера на галогенидах меди от тиратронного и лампового генераторов. Для повышения мощности лазера предложен применять несколько параллельно расположенных и синхронно работающих лазерных трубок. Показано, что при этом происходит сложение не только средних, но и пиковых мощностей излучения. С одной лазерной трубки получена средняя мощность излучения 18,5 Вт, а с трех, расположенных параллельно, при фокусировке в одну точку —30 Вт.

Удельный энергосъем излучения А_уд в лазерах на самоограниченных переходах атома меди (при использовании в качестве рабочего вещества галогенидов меди или чистой меди) составляет 30—70 мкДж/см³ [1—3] и получен в лазерах с малым рабочим объемом — как правило, не более 10 см³. При переходе к рабочим объемам в несколько сотен кубических сантиметров А_уд падает более чем на порядок. Это можно объяснить, например, тем, что с увеличением размеров лазерной трубки, с одной стороны, падает Е/р в разряде и с ним температура электронов, а с другой — уменьшается плотность разрядного тока. При использовании галогенидов меди увеличение диаметра разрядной трубки выше некоторой величины (3—4 см) приводит к контракции разряда. Тем не менее наибольшие средние мощности излучения получены с лазеров большого рабочего объема [4, 5].
Существует еще одна возможность повышения мощности лазера при увеличении рабочего объема — применение нескольких параллельно расположенных и синхронно работающих лазерных трубок. Вопрос синхронной работы важен, так как желательно увеличить не только среднюю, но и пиковую мощность излучения. Синхронность излучения трубок необходима и в случае использования многотрубчатого лазера в режиме усилителя, когда в качестве задающего генератора берется одна из трубок.
В настоящей работе описаны предварительные результаты экспериментов с многотрубчатым лазером, работающим на галогенидах меди в режиме саморазогрева. Мы предъявляли к конструкции отдельный лазерной трубки (рис. 1) следующие требования: простота и технологичность изготовления, доступность используемых материалов.

Конструкция лазерной трубки

Рис. 1. Конструкция лазерной трубки:
1 — электродные кольца из тантала
2 — кварцевый вкладыш Ø 3 см
3 — кварцевая труба Ø 5 см
4 — галогенид меди
5 — клей К-400
6 — выходные окна
7 — охлаждаемые электроды
8 — шамотные кольца
9 — уплотнения из силиконовой резины
10 — наружная металлическая охлаждаемая рубашка

Порошок галогенида меди равномерно засыпался по всему разрядному каналу длиной 70 и диаметром 3 и 1,8 см. Водяное охлаждение позволяло вкладывать в рабочий объем лазера высокую среднюю мощность без перегрева разрядной области. Отметим также, что внешний металлический кожух водяной рубашки одновременно являлся коаксиальным экраном, уменьшающим индуктивность разрядного контура. Тепловой расчет показывает, что конструкция способна отводить до 4 кВт средней мощности при сохранении в разрядной зоне стационарной температуры 500—600 °С.
Для возбуждения параллельно работающих лазерных трубок можно применять либо по одному коммутатору на каждую трубку, либо один, достаточно мощный, коммутатор. В качестве коммутаторов можно использовать тиратроны или мощные модуляторные лампы.
Нами был создан генератор на трех тиратронах ТГИ1 -1000/25. Схема представляла собой три идентичных канала с диодно-дроссельным зарядом накопительной емкости С и последующим разрядом этой емкости через лазерную трубку и тиратрон. С помощью этого генератора мы исследовали возможности отдельной лазерной трубки с точки зрения получения максимальной средней мощности и работу трех лазерных трубок, расположенных параллельно.
Лазерная трубка Ø 3 см возбуждалась двумя каналами генератора. Каналы работали попеременно с частотой следования 10 кГц так, что суммарная частота возбуждающих импульсов составляла 20 кГц. С хлоридом меди и буферным газом Ne была получена максимальная средняя мощность излучения 18,5 Вт. Величина разрядной емкости на каждом канале 1100 пФ, давление буферного газа p_Ne = 5 мм рт. ст., напряжение на анодах тиратронов U_тир = 17 кВ, КПД от выпрямителя 0,5 %. Длительность тока разряда по основанию составляла 150 нс с длительностью фронта 25 нс. При разрядной емкости С = 1600 пФ максимальная амплитуда тока равнялась 250 А.
При работе лазера в режиме с максимальной средней мощностью последняя была примерно одинакова как с резонатором (глухое зеркало и плоскопараллельная пластина), так и с одним зеркалом. Импульс генерации в отсутствие плоскопараллельной пластины был короче, а пиковая мощность выше.
Трехканальный тиратронный генератор использовался для возбуждения трех одинаковых лазерных трубок с диаметром разрядного канала 1,8 см. Трубки располагались параллельно друг другу. Можно было использовать одну общую зарядную цепь на все тиратроны, при этом необходимо развязывать аноды тиратронов друг от друга с помощью небольших дросселей. Одновременный запуск трех тиратронов осуществлялся от генератора запуска на тиратроне ТГИ1-500/16. Разрядные токи в трубках совпадали по времени. На рис. 2 приведены импульсы генерации при параллельной работе двух лазерных трубок с фокусировкой излучения в одну точку. Режимы I и II отличаются мощностью генерации и разрядной емкостью для второй трубки.

Импульсы генерации лазерных трубок

Рис. 2. Импульсы генерации при параллельной работе двух лазерных трубок (свет сведен в одну точку).
Активная среда: Сu J—Ne, P_Ne = 8 мм рт. ст.; U_тир= 20 кВ; С₁= 1100 пФ, С₂= 1100 (/) и 1600 пФ (//); а — первая трубка, б — вторая трубка ив — две трубки вместе.

Можно сделать вывод о практическом суммировании пиковых мощностей излучения. От трех лазерных трубок в одной точке была получена средняя мощность излучения 30 Вт (по 10 Вт с каждой трубки).
На рис. 3 представлена схема генератора с мощным триодом ГК-5А. Импульс возбуждения на сетку лампы формируется четырьмя таситронами типа ТГУ-5/12, работающими параллельно.

Схема лампового генератора

Рис.3. Схема лампового генератора

Способность таситронов работать на частотах до 100 кГц позволила применить наиболее просто реализуемый способ заряда накопителя — через активное сопротивление (столб проточной воды охлаждения).
При работе генератора на линейную активную нагрузку 24 Ом и анодном напряжении лампы 25 кВ был получен ток в нагрузке 800 А. Импульс имел колоколообразную форму с длительностью фронта t_ф= 40 нс и длительностью на полувысоте ~ 50 нс.
При работе лампового генератора на лазерную трубку Ø 3 см импульс тока имел длительность по основанию 100 нс. Максимальный ток разряда составил 300 А при напряжении на аноде 20 кВ.
При частоте следования импульсов 10 кГц была получена максимальная средняя мощность излучения 10 Вт, КПД от выпрямителя 0,6 %, рабочее вещество CuCI, буферный газ Ne при р _Ne = 2—10 мм рт. ст. Частота была ограничена мощностью источника питания таситронов.

1. П.А. Бохан, В.А. Герасимов, В.И. Соломонов, В.Б. Щеглов Квантовая электроника, 5, 2162 (1978).

2. А.А. Исаев, М.А. Казарян, Т.Ю, Леммерман, Т.Г. Петраш, А.Н. Трофимов. Квантовая электроника, 3, 1800 (1976).

3. Г.В. Абросимов, В.В. Васильцов. — В кн.: Тезисы докл. IX Всесоюз. конф. по когерентной и нелинейной оптике, посвященной памяти академика Р.В. Хохлова. — Л. : 13—16 июня 1978 г.

4. О.С. Акиртава, В.Л. Джикия, Ю.М. Олейник. Квантовая электроника 2, 1831 (1975).

5. С.J. Chen, А.М. Bhanji, G.R. Russell . AppL Phys. Letts, 33, 146 (1978)

Конструктор сайтов - uCoz