CS276690B6 - Process and apparatus for modulating the excitation of a continuous, particularly oxygen-iodine laser - Google Patents

Process and apparatus for modulating the excitation of a continuous, particularly oxygen-iodine laser Download PDF

Info

Publication number
CS276690B6
CS276690B6 CS903967A CS396790A CS276690B6 CS 276690 B6 CS276690 B6 CS 276690B6 CS 903967 A CS903967 A CS 903967A CS 396790 A CS396790 A CS 396790A CS 276690 B6 CS276690 B6 CS 276690B6
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
laser
magnetic field
core
continuous
iodine
Prior art date
Application number
CS903967A
Other languages
English (en)
Other versions
CS396790A3 (en
Inventor
Josef Ing Csc Schmiedberger
Jarmila Ing Csc Kodymova
Jiri Kovar
Otomar Ing Csc Spalek
Pavel Ing Csc Trenda
Original Assignee
Fyzikalni Ustav Csav
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fyzikalni Ustav Csav filed Critical Fyzikalni Ustav Csav
Priority to CS903967A priority Critical patent/CS276690B6/cs
Priority to US07/729,424 priority patent/US5199041A/en
Publication of CS396790A3 publication Critical patent/CS396790A3/cs
Publication of CS276690B6 publication Critical patent/CS276690B6/cs

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/22Gases
    • H01S3/2215Iodine compounds or atomic iodine

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Description

Vynález řeší způsob modulováni generace kontinuálního, zejména kyslík-jódového laseru a zařízeni k prováděni tohoto způsobu. V dosavadních zařízeních tohoto typu se singletový kyslik 02 (^g) získává chemickou metodou, přičemž vynález je určen i pro případ výroby singletového kyslíku jinou metodou.
Dosavadní stav techniky
Moderní technologické lasery na výkonové úrovni stovek a tisiců Wattů sa vyznačuji mimo jiné multifunkčnosti, která z hlediska časových režimů generace znamená možnost vyzařováni v kontinuálním i pulsně periodickém režimu. Pulsně periodický režim je významný pro některé laserové technologie obráběni materiálů například řezání, vrtání a podobně. Typickými reprezentanty jsou hlavně plynový C02 a pevnolátkový Nd:YAG lasery. Chemický kyslik-jódový laser (dále jen COIL), kterého se vynález týká a který by mohl v budoucnu aspirovat na konkurenční postaveni vzhledem k výše jmenovaným.typům, tuto možnost doposud neměl. Příbuzné jódové fotodisociačni lasery (3FL) tuto možnost máji. OFL dosahuji v kontinuálním režimu zatim výkony pouze do 10 W a mají nízkou celkovou účinnost kolem 0,1 % a tak jejich technologické využiti je zatim málo reálné. Další příbuzné jódové lasery s kombinovaným buzenim (3KL) s kombinaci chemického a fotodisociačniho nebo chemického a výbojového buzeni máji všechny systémy, které má COIL, kromě injekce I2, misto které používají disociaci fluorovaných alkyljodidů, což tento systém značně komplikuje a prodražuje jeho případné využiti v průmyslu. Navic subsystém disociacs jodidů at již na bázi výbojek nebo výbojových komor má omezenou životnost, která by se při vyšších opakovačích frekvencích 100 až 1 000 Hz redukovala na několik hodin reálného provozu. Zatim nebyly tyto lasery provozovány v kontinuálním režimu. Zatim jediný typ jódových laserů, který je schopen generovat vysoké kontinuální výkony (nad 1 kw) je COIL. Doposud však neměl možnost vhodného modulování generace.
Z praktického hlediska je najdůležitějšim druhem modulace pulsně periodický režim generace. V případě COIL nelze pro pulsováni použit klasické metody Q-spináni, protože je to laser pracující nizko nad prahem pro generaci a ve srovnáni s OFL a 3KL s relativně nízkým zesílením. Q-spináni by zde vedlo k drastickému sníženi středního výkonu, pokud by laser vůbec generoval, protože by zavedlo do rezonátořu další vnitřní ztráty, na které je COIL velmi citlivý. Piezoelektrická modulace polohy jednoho ze zrcadel rezonátoru by při použiti sférických zrcadel a rozdílu tlaků na zrcadlech téměř 100 kPa také nebyla reálná. Možnost injektáže pulsu napřiklad z pomocného OFL je zatim teoretická a nabyla doeud va světě realizována. Teoretická možnost pulsniho chemického buzení by byla technicky značně komplikovaná, vyžádala by si změny konstrukce laseru a negativně by se projevila v poklesu středního výkonu laseru.
Podstata vynálezu
Uvedený problém řaši způsob modulováni generace kontinuálního, zejména kyslik-jódového laseru (COIL) podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na aktivní zónu se
-1 -1 působ! vnějším magnetickým polem s intenzitou od 200 A.cm do 800 A.cm 3 výhodou 400 A.cm^. Pro jednoduchost provedeni je výhodné, když magnetické pole působí ve směru kolmém na optickou osu rszonátoru a na směr prouděni plynů v aktivní zóně. Magnetické pole způsobuje spínáni zesíleni COIL mezi podprahovou, protože laser negeneruja v důsledku přítomnosti magnetického pole, a přirozenou nadprahovou kdy laser generuje bez přítomnosti magnetického pole úrovni zesíleni na principu Zeemanovského rozštěpeni hyperjemné komponenty 3-4 laserového přechodu atomu jodu Pjy2~ P3/2 v r®^imu vznikajícím reakci singletového kyslíku 02(\čg) s plynným atomárním jódem. Magnetická spínáni zesíleni je
CS 276 690 B6 umožněno závislosti zssilsni na intenzitě magnetického pole. Výrazný monotónní pokles koeficientu zesíleni pro přechod 3 - 4 v oblasti poli asi do 400 A.cm 1 a při nízkém tlaku v laseru je důsledkem toho, že s rostoucím magnetickým polem se jednotlivé Zeemanovskó komponenty nejintenzivnějšiho přechodu 3 - 4 ve spektru od sebe vzdaluji na vzdálenost srovnatelnou s šířkou jejich čar a součet jednotlivých příspěvků na střední frekvenci součtového profilu čáry klssá mnohem rychleji, než na přechodech 2-2 nebo 3-3. Aplikace vyšších intenzit magnetického pole než 400 A.cm-1 je možná, ale neni energeticky výhodná, protože potom již dochází ke generaci na přechodu 2 - 2 a zesíleni ee zvyšuje. Cílem magnetické modulace generace COIL je dosáhnout sníženi zesileni na podprahovou úroveň generace za dobu výrazně kratši, naž je doba nutná k výměně plynů v aktivni zóně a než je střední doba života atomu jódu ve vzbuzeném stavu (řádově -'•l ms) tak, aby byla splněna podprahová podminka pro zhasnuti laseru:
. 4z34 (H).l
- C 1 cT (1), kde: of34(H) je nesaturované zeeileni slabého signálu na přechodu 3-4 ovlivněné magnetickým polem intenzity H /cm V;
... je délka aktivního prostřed! (aktivní zóny) /cm/; cTQ .. jsou vnitřní ztráty rezonátoru a ď ..ve výstupní vazba = «/^ + o^, kde cC, jsou transmise zrcadel rezonátoru.
Po zhasnuti laseru se udržuje laser pod prahem pro generaci až do okamžiku, kdy se celá aktivní zóna náplni novým plynem. Potom se rychle zruší působení vnějšího magnetického pole, v důsledku čehož se zesileni opět zvýši a laser vyzáří nadrženou energii v podobě krátkého intenzivního impulsu. Po vyzářeni impulsu se celý cykl opakuje.
Využiti a výhody magnetické modulace generace COIL jsou v závislosti na použitém časovém režimu a úrovni zesíleni vzhledem k prahové úrovni následující:
Při použiti pulsně periodické magnetické modulace s frekvenci shodnou s frekvenci zaplňování aktivní zóny COIL novým plynem ve vzbuzeném stavu dojde k převedeni původně čistě kontinuálního laseru na pulsně periodický režim generace bez měřitelných ztrát středního výkonu s opakovači frekvenci shodnou s frekvenci modulace. Zvýšeni pulsniho výkonu proti kontinuálnímu respektive střednímu může dosáhnout až několikasatnásobsk a délka pulsů může dosáhnout stejným faktorem kratší délku vzhledem k optimálni periodě pulsováni. Oe-li frekvence nižší, než ta, která odpovidá frekvenci výměny plynů v aktivní zóně při zachováni dostatečné rychlosti vypináni magnetického pole, dojde ke generaci impulsů s nižši opakovači frekvenci, při zachováni parametrů jednotlivých pulsů, a tím ka sníženi středního výkonu. Při frekvenci modulace vyšší než té, která odpovidá rychlosti prouděni plynů v aktivní zóně, lze zaznamenat změny středniho výkonu i parametrů jednotlivých pulsů.
Při použití pulsně jednorázové přechodové magnetické modulace lze zhasnout laser, jako rychlým vypínačem respektive stopkou, který je podstatně rychlejší než zastaveni chemického buzeni, nebo přívodu jódu do laseru.
Závislost střední hodnoty výstupního výkonu na opakovači frekvenci pulsováni lze využit jako novou metodu měřeni rychlosti prouděni plynů v aktivní zóně.
Nepulsni, relativně pomalejší změny zesílení působením magnetického pole lze využit buň pro spojité nastaveni úrovně výstupního výkonu COIL v rozmezí O až 100 % s libovolným časovým průběhem bez nutnosti změny parametrů chemického buzení a injekce I2, anebo spojením monitorováni výstupního výkonu se zápornou zpětnou elektronickou vazbou, řidiči
CS 276 690 B6 intenzitu magnetického pole v aktivní zóně, pro magnetickou stabilizaci výstupního výkonu v zájmu kompenzace fluktuaci chemického buzeni a generace laserového výkonu.
Realizaci magnetické modulace generace COIL se výrazně zlepši jeho technické parametry, zejména ovládáni výstupního výkonu. Z hlediska časových režimů jeho generace se tak stává multifukčnim.
Zařízeni k prováděni způsobu modulování generace kontinuálního kyslik-jódového laseru podle vynálezu sestává z kyslik-jódového laseru běžné konstrukce, a podstata vynálezu spočívá v tom, žs v oblasti aktivní zóny kyslik-jódového laseru je uspořádán zdroj magnetického pole. Zdroj magnetického pole může být tvořen systémem dvou obdélníkových vzduchových cívek bez jádra v kvazihelmholtzově geometrii. Kvazihelmholtzova geometrie je míněna ve smyslu dodrženi rovnosti šiřky a vzdálenosti obou cívek v příčném řezu kolmém na optickou osu rezonátoru COIL. Oběma cívkami protéká elektrická proud ve stejném smyslu.
Zařizsni podle vynálezu vyhovuje požadavku homogenity příčného profilu rozložení magnetického pole v aktivní zóně při současném vytvořeni v celé délce aktivní zóny, nebo alespoň v její podstatné části intenzity magnetického pols od 400 A.cm-1 do max.
800 A.cm-1. Uvedené zařízeni má dostatečnou rychlost spínáni pro opakovači frekvenci do několika kHz. Dalši výhodou zařízení podle vynálezu je, že žádná součást zdroje magnetického pole nepřichází do styku s agresivním prostředím v laseru, ani nezasahuje do optické dráhy svazku v laseru. Nevyžaduje chlazeni ani podstatné konstrukční změny laseru.
Přehled obrázků na výkrese
Na připojeném výkrese je schematicky znázorněno příkladné provedeni zařízeni podle vynálezu, kde na obr. 1 je v půdorysu a obr. 2 je příčný řez.
Příkladné provedeni vynálezu
Těleso 1 kyslik-jódového lassru zhotovené z materiálu propouštějícího magnetické pole má rozměry: výška 14 cm, délka ve směru osy aktivní zóny ja 48,5 cm a šiřka 63 cm.
V oblasti aktivní zóny 3 o rozměrech výšky 3,5 cm, délky 40 cm a šiřky 3,7 cm, js uspořádán zdroj magnetického pole Z. Zdroj magnetického pole Z je vytvořen systémem dvou obdélníkových vzduchových civek 2 bez jádra v kvazihelmholtzově geometrii, se středními roz** 2 měry 21 x 30 cm, s počtem závitů N » 200; s průřezem vodiče asi 10 mm as napájecím proudem do 50 A.
Ve statickém stavu neprochází cívkami 2 žádný proud. Při funkci magnetického modulátoru prochází cívkami 2 souhlasný časově proměnný nsbo konstantní proud, podle toho o jaký režim modulace se právě jedná.
V přikladu jsou uvedeny konkrétní hodnoty pro případ magnetického vypínáni laserové generace.
Intenzita magnetického pole 200 A.cm-1 v geometrickém středu aktivní zóny 3 na ose byla dostatečná pro zhasnuti laserové generace. Došlo tak k vypnuti generace kontinuál—3 —1 niho výkonu 30 W, kterému odpovídalo zesílení slabého signálu (H»0) = 1,50 .10 cm , v důsledku sníženi zesíleni slabého signálu na prahovou respektive podprahovou hodnotu 0<34 (H » max 200 A.cm1) ř 1,41 . 10-3 cm“1.
Průmyslová využitelnost vynálezu
Způsob magnetického modulováni generace COIL podle vynálezu umožňuje využiti tohoto typu laseru jako technologického prostředku v průmyslových technologiích, kde se vyžadují vysoké výkony a' kds je použitelná vlnová délka 1,315 ^um.

Claims (4)

1. Způsob modulováni generace kontinuálního, zejména kyslik-jódového laseru (COIL), vyznačující so tím, že na aktivní zónu (3) se působí vnějším magnetickým polem s intenzitou od 200 A.cm do 800 A.cm\ s výhodou 400 A.cm .
2. Způsob podle bodu 1, vyznačujici se tim, že magnetickým polem ee působí v kolmém směru na optickou osu rezonátoru a na směr proudění plynů v aktivní zóně (3).
3. Zařízeni k provádění způsobu podle bodu 1, obsahující kyslik-jódový laser (COIL) běžné konstrukce, vyznačující se tim, že v oblasti aktivni zóny (3) je uspořádán zdroj (Z) magnetického pole.
4. Zařizeni podle bodů 1 až 3, vyznačujici sa tím, že zdroj (Z) magnetického pole je tvořen systémem dvou obdélníkových vzduchových cívek (2) bez jádra v kvazihelmholtzově geometrii.
CS903967A 1990-08-13 1990-08-13 Process and apparatus for modulating the excitation of a continuous, particularly oxygen-iodine laser CS276690B6 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS903967A CS276690B6 (en) 1990-08-13 1990-08-13 Process and apparatus for modulating the excitation of a continuous, particularly oxygen-iodine laser
US07/729,424 US5199041A (en) 1990-08-13 1991-07-12 Modulation of oxygen-iodine laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS903967A CS276690B6 (en) 1990-08-13 1990-08-13 Process and apparatus for modulating the excitation of a continuous, particularly oxygen-iodine laser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CS396790A3 CS396790A3 (en) 1992-03-18
CS276690B6 true CS276690B6 (en) 1992-07-15

Family

ID=5381277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS903967A CS276690B6 (en) 1990-08-13 1990-08-13 Process and apparatus for modulating the excitation of a continuous, particularly oxygen-iodine laser

Country Status (2)

Country Link
US (1) US5199041A (cs)
CS (1) CS276690B6 (cs)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5301203A (en) * 1992-09-23 1994-04-05 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Scalable and stable, CW photolytic atomic iodine laser
US5974072A (en) * 1997-07-09 1999-10-26 Trw Inc. High energy airborne coil laser
US6366594B1 (en) 1999-09-28 2002-04-02 The Boeing Company Wavelength selective laser system and associated method
US6650681B1 (en) 2000-04-25 2003-11-18 The Boeing Company Sealed exhaust chemical oxygen-iodine laser system
US6687279B2 (en) * 2000-12-06 2004-02-03 The Boeing Company Integrated dual source recycling system for chemical oxygen-iodine laser weapon systems
US6714579B2 (en) 2000-12-06 2004-03-30 The Boeing Company Basic hydrogen peroxide recycling system for chemical oxygen-iodine lasers
US6884337B2 (en) * 2002-05-20 2005-04-26 The Boeing Company Production of basic hydrogen peroxide for chemical oxygen-iodine laser devices
US6674781B1 (en) 2002-08-19 2004-01-06 The Boeing Company Method and system for fueling a closed cycle chemical oxygen iodine laser
US8141796B2 (en) * 2002-09-13 2012-03-27 Ksy Corporation Laser nozzle and iodine injection for coil
KR100499638B1 (ko) * 2003-04-17 2005-07-05 주식회사 하이닉스반도체 칼럼 리페어 회로
CN104064952A (zh) * 2013-03-22 2014-09-24 中国科学院大连化学物理研究所 一种声光调q气流化学激光装置
CN117097407B (zh) * 2023-08-03 2025-12-12 中国电信股份有限公司技术创新中心 光调制系统的控制方法、装置、设备、系统、介质和产品

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2906632A1 (de) * 1979-02-21 1980-08-28 Messerschmitt Boelkow Blohm Verfahren zur steigerung des wirkungsgrades chemisch versorgter laser
US4475199A (en) * 1980-06-02 1984-10-02 Litton Systems, Inc. Zeeman multioscillator ring laser gyro insensitive to magnetic fields and detuning frequencies
US4620305A (en) * 1984-09-17 1986-10-28 Avco Everett Research Laboratory, Inc. Gas laser and method of operation
US4653062A (en) * 1985-06-18 1987-03-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Chemical oxygen-iodine laser
EP0247452A1 (de) * 1986-05-22 1987-12-02 Siemens Aktiengesellschaft Ionenlaser
US4780880A (en) * 1987-05-14 1988-10-25 Rockwell International Corporation Chemical oxygen iodine laser
US4897851A (en) * 1988-10-28 1990-01-30 Spectra-Physics Water cooled laser housing and assembly

Also Published As

Publication number Publication date
CS396790A3 (en) 1992-03-18
US5199041A (en) 1993-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CS276690B6 (en) Process and apparatus for modulating the excitation of a continuous, particularly oxygen-iodine laser
EP3229330B1 (en) Plasma confinement of a laser gain media for gain-amplified lasers
Bulanov et al. Controlled wake field acceleration via laser pulse shaping
KR20070076536A (ko) 고-전력 Er:YAG 레이저
US20240194454A1 (en) Inductively Coupled Plasma Light Source with Direct Gas Injection
Behrouzinia et al. Experimental study of buffer gas flow rate effect on output power of a copper vapor laser
KR20230122607A (ko) 임피던스 제어 기능이 있는 광학 시스템용 자기 스위치
US20090219955A1 (en) Laser oscillation method, laser, laser processing method and laser measurement method
JP3237878B2 (ja) 化学励起酸素−沃素レーザー装置
Kobayashi et al. Power enhancement for argon II narrow tube lasers by a transverse magnetic field
Bunkin et al. High-power Ne-H2 laser pumped by a compact industrial accelerator
RU2002131258A (ru) Генератор возбужденного кислорода с высокочастотным разрядом для йодного лазера и способ генерирования возбужденного кислорода с использованием высокочастотного разряда
Scott et al. Effective and simplified hybrid TEA laser design and operation
Borovich Transverse-discharge copper-vapor lasers
JP4148489B2 (ja) 紫外線レーザ装置および紫外線レーザ装置の電極製造方法
Quimby et al. Abatement of oscillator-induced energy spread in single-accelerator MOPA operation
Joshi et al. Energy Sources and Propagation
JPH03155689A (ja) ヨウ素レーザ発生方法
Siminos et al. Generation of intense isolated CEP-tunable sub-cycle pulses in laser-driven wakes
Feenstra et al. A long pulse discharge excited ArF laser
JP2009176830A (ja) レーザ発振装置およびレーザ発振方法
Hříbek et al. LASER DIODE SOURCES, RESEARCH AND DEVELOPMENT
Eichler et al. Laser Transitions in Neutral Atoms
JP2007103628A (ja) 放電励起式パルス発振ガスレーザ装置
Sulakshin Unidirectional coupling of radiation out of a resonator-free laser