RU2191452C2 - Разрядная трубка лазера на парах металлов - Google Patents
Разрядная трубка лазера на парах металлов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2191452C2 RU2191452C2 RU2000112859A RU2000112859A RU2191452C2 RU 2191452 C2 RU2191452 C2 RU 2191452C2 RU 2000112859 A RU2000112859 A RU 2000112859A RU 2000112859 A RU2000112859 A RU 2000112859A RU 2191452 C2 RU2191452 C2 RU 2191452C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shell
- active substance
- discharge tube
- metal
- envelope
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 26
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000013543 active substance Substances 0.000 claims description 33
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 abstract 3
- 238000012216 screening Methods 0.000 abstract 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 7
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 7
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 2
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 206010011878 Deafness Diseases 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010410 dusting Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000011133 lead Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к лазерам на парах металлов. Разрядная трубка лазера на парах металлов включает оболочку, окруженную экранирующим элементом, содержащую соосные с оболочкой кольцевые пазы с активным веществом, выполненные с внутренней стороны оболочки. Пазы выполнены глухими. К внутренней поверхности каждого из пазов плотно прилегает подложка из смачиваемого активным веществом материала с нанесенным на нее расплавом активного вещества. Внутренний диаметр подложки больше внутреннего диаметра оболочки. Оболочка выполнена из разделенных промежутками цилиндрических трубок, соединенных по внешнему диаметру втулками, установленными в металлические обоймы, плотно прилегающие к поверхностям втулок. Технический результат изобретения - упрощение конструкции лазерной трубки и повышение ее долговечности. 6 ил.
Description
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к разрядным трубкам лазеров на парах металлов, и может быть использовано при их конструировании с целью повышения надежности и долговечности без усложнения конструкции.
Отличительной особенностью указанного класса лазеров является наличие паров активного вещества (меди, золота, свинца, бария) в плазме газового разряда при температуре порядка 3000oС и не смачиваемой активным веществом оболочки (например, из керамики). Известна разрядная трубка лазера на парах меди с не смачиваемой активным веществом оболочкой, в которой активное вещество (медь) в виде отдельных колец малой толщины введено в разрядную трубку лазера [1]. При включении разряда активное вещество разогревается до плавления, часть его, определяемая температурой в области разряда, переходит в пар и участвует далее в процессах образования лазерной энергии. Оставшаяся часть, вследствие несмачиваемости керамической оболочки активным веществом, приобретает форму сфер, частично перекрывая апертуру пучка излучения и снижая его мощность.
Наиболее близким техническим решением, прототипом изобретения, является конструкция разрядной трубки лазера на парах металлов, включающая оболочку (1), экранирующие элементы (2) и блоки активного вещества, содержащие подложку из смачиваемого активным веществом материала (3а) с нанесенным на нее расплавом активного вещества (3б) (фиг.1) [2]. Активным веществом в конструкции является медь, но может быть и другой металл из перечисленных выше. Подложка для активного вещества имеет вид полого цилиндра. Блоки активного вещества поддерживаются молибденовыми опорами (4) в области, прилегающей к высокотемпературному столбу газового разряда перед экранирующими элементами, расположенными вдоль внутреннего контура оболочки, и разделены керамическими изоляторами (5). Экранирующие элементы выполняют роль теплоизоляторов, отражающих тепловое излучение, способствуя достижению необходимой рабочей температуры.
При включении разряда активное вещество плавится и испаряет атомы металла, которые в процессе диффузии заполняют все свободное пространство газоразрядной трубки. Масса вещества, вследствие смачиваемости молибдена, удерживается поверхностью молибдена, не меняет форму и не перекрывает апертуру пучка излучения.
Недостатком конструкции является наличие молибденовых опор в области высокотемпературной плазмы, выполняющих одновременно роль тепловой развязки. При высокой рабочей температуре происходит структурная перестройка металлических элементов конструкции с образованием дендритов [3], их охрупчивание, разрушение и, как следствие, перекрытие апертуры пучка излучения, что ограничивает долговечность конструкции.
Другой недостаток прототипа - наличие в такой конструкции относительно холодной оболочки. В процессе работы под воздействием градиента температуры атомы испарившегося металла диффундируют в сторону оболочки и конденсируются на ее поверхности. Со временем блок активного вещества полностью истощается, а металл накапливается на соседних с блоком поверхностях оболочки, расположенных дальше от оси разряда и имеющих более низкую температуру. "Охлажденный" металл уже не может образовать количество пара, плотность которого оптимальна для получения той же мощности излучения. Это приводит к уменьшению мощности, а следовательно, и долговечности лазера.
Кроме того, конструкция трубки значительно усложняется.
Целью настоящего технического решения является повышение долговечности разрядной трубки на парах металлов без усложнения конструкции.
Указанная цель достигается тем, что в разрядной трубке на парах металлов, включающей оболочку (1), экранирующие элементы (2) и блоки активного вещества, содержащие подложку из смачиваемого активным веществом материала (3а) с нанесенным на нее расплавом активного вещества (3б) (фиг.2, 3), в стенке оболочки в плоскости ее поперечного сечения с внутренней стороны выполнены глухие пазы кольцевой формы, оси которых совпадают с осью оболочки, блоки активного вещества установлены в пазах оболочки так, что их поверхность прилегает к поверхности паза, а внутренний диаметр блока активного вещества не менее диаметра соседних с ним частей оболочки, экранирующие элементы установлены непрерывно вокруг всей оболочки и аксиально ее поверхности.
Сущность предложенного технического решения заключается в следующем.
Исключить конденсацию паров металла на оболочке можно, если в рабочем режиме температура внутренних поверхностей оболочки будет не меньше, чем температура расплавленного металла блока активного вещества. Поскольку температура внутренних поверхностей разрядной трубки определяется их расстоянием от оси разряда, то этого можно достичь, если в стенке оболочки в плоскости ее поперечного сечения с внутренней стороны проточить глухие пазы кольцевой формы, оси которых совпадают с осью оболочки, блоки активного вещества установить в пазах оболочки так, чтобы их поверхность прилегала к поверхности паза, внутренний диаметр был не менее диаметра соседних с ним частей оболочки, а экранирующий элемент расположить непрерывно вокруг всей поверхности оболочки и аксиально с ее поверхностью для создания одинаковых условий по теплоизоляции всем частям оболочки.
В этом случае даже при равенстве внутренних диаметров блоков и межблочных частей оболочки температура поверхности активного вещества блока будет ниже температуры поверхности соседней части оболочки, т.к. толщина оболочки, имеющей определенные теплоизолирующие свойства, за блоками активного вещества будет меньше, чем толщина оболочки между блоками.
Пазы могут иметь замкнутую форму (кольцо) (фиг.2) или незамкнутую (часть кольца) (фиг. 3). Вид паза зависит от требования к времени готовности лазерного излучателя, поскольку с увеличением общей массы активного металла увеличивается время на его разогрев, а следовательно, и время готовности излучателя.
Такая конструкция позволит также исключить использование опорных молибденовых дисков. Опорой будет служить сама оболочка, что значительно упростит конструкцию.
С целью упрощения технологии изготовления трубки и утилизации составляющих ее элементов оболочку трубки можно собрать из нескольких разделенных промежутком керамических трубок (6), соединенных по внешнему периметру керамическими втулками (7) (фиг.4). Однако при этом в связи с тем, что пазы разрядной трубки заполнены металлом, теплопроводность которого существенно выше, чем у керамики, центральные части втулок нагреваются быстрее, чем их концы, контактирующие с керамическими трубками. Это может привести к возникновению тепловых напряжений в зоне контакта и к разрушению втулок. Для выравнивания температуры по поверхности втулки последнюю предлагается установить в металлическую обойму (8) (поскольку металл обладает хорошей теплопроводностью), внутренняя поверхность которой плотно прилегает к внешней поверхности втулки (фиг.4).
Для повышения надежности оболочки ее конструкция может быть выполнена из длинной основной трубы (9), внутрь которой с промежутком введены короткие отрезки изолирующих трубок (10), причем внешний диаметр коротких трубок равен внутреннему диаметру длинной трубы (фиг.5).
Промежутки между трубками в обоих вариантах оболочки служат пазами для блоков активного вещества.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 приведена конструкция прототипа, на фиг.2 - конструкция предложенного решения, на фиг.3 - конструкция предложенного решения с вариантом формы паза, на фиг. 4, 5 - варианты конструкции оболочки, на фиг.6 - фотография разрядной трубки и молибденового кольца. На фиг. 1-6:
1 - оболочка разрядной трубки,
2 - экранирующие элементы,
3 - блок активного вещества,
4 - опора из молибдена,
5 - изолятор,
6 - трубка,
7 - втулка,
8 - металлическая обойма,
9 - труба,
10 - изолирующая трубка,
11 - вид трубки со стороны анода,
12 - вид трубки со стороны катода,
13 - молибденовое кольцо через 200 часов воздействия разряда. Видны образования дендритов.
1 - оболочка разрядной трубки,
2 - экранирующие элементы,
3 - блок активного вещества,
4 - опора из молибдена,
5 - изолятор,
6 - трубка,
7 - втулка,
8 - металлическая обойма,
9 - труба,
10 - изолирующая трубка,
11 - вид трубки со стороны анода,
12 - вид трубки со стороны катода,
13 - молибденовое кольцо через 200 часов воздействия разряда. Видны образования дендритов.
Устройство работает следующим образом. Разогретый в разряде металл (3б) блока активного вещества превращается в жидкость, испаряющую атомы. Над поверхностью металла возникает равновесная концентрация паров. Внутренняя стенка оболочки (1) трубки, соседняя с блоком активного вещества, нагревается до температуры, не меньшей, чем сам блок. В результате диффузии атомы металла заполняют все пространство разрядной трубки, не конденсируясь на оболочке (фиг.2).
Эффективность изобретения проверена экспериментальным путем на примере трубки на парах меди (фиг.6). Молибденовое кольцо, вложенное внутрь разрядной трубки вместо одного из блоков активного вещества, в течение первых 200 часов работы покрывалось дендритами, перекрывающими апертуру канала, что приводило к потере 50% мощности излучения лазера. Отрицательное влияние конденсации паров на оболочке проявлялось в более длительные сроки и зависело от количества металла в блоке активного вещества. Исключение обеих причин позволило увеличить долговечность разрядной трубки лазера по сравнению с прототипом в 7-10 раз. Полученная долговечность составила 1500-2000 часов и была связана уже с запылением окон трубки. Конструкция трубки существенно упростилась.
Эффективность изобретения будет не менее высокой, если в качестве активного вещества использовать золото, свинец или барий, т.к. температура плавления этих веществ ниже, чем у меди, и, следовательно, оболочка трубки будет испытывать меньшую температурную нагрузку, чем в случае с медью.
Источники информации
1. H 01 S 3/02, GB 2 126 413 "Лазер на парах металла и смеси газов гелия и кадмия", приор. от 1982 г.
1. H 01 S 3/02, GB 2 126 413 "Лазер на парах металла и смеси газов гелия и кадмия", приор. от 1982 г.
2. H 01 S 3/03, GB 2 176 335. А. Мэйтленд "Разрядная трубка лазеров на парах химических веществ", приор. от 1985 г.
3. Н. А. Левина, Э.Н. Марнер "Условия службы высокоогнеупорной окисной керамики в вакуумных электропечах с нагревателями из молибдена, вольфрама, ниобия". Огнеупоры, 11, ноябрь 1968 г.
Claims (1)
- Разрядная трубка лазера на парах металлов, включающая оболочку, окруженную экранирующим элементом, содержащую соосные с оболочкой кольцевые пазы с активным веществом, выполненные с внутренней стороны оболочки, отличающаяся тем, что пазы выполнены в виде глухих пазов, к внутренней поверхности каждого из которых плотно прилегает подложка из смачиваемого активным веществом материала с нанесенным на нее расплавом этого активного вещества, внутренний диаметр подложки больше внутреннего диаметра оболочки, при этом оболочка выполнена из разделенных промежутками цилиндрических трубок, соединенных по внешнему диаметру втулками, установленными в металлические обоймы, плотно прилегающие к поверхностям втулок.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000112859A RU2191452C2 (ru) | 2000-05-23 | 2000-05-23 | Разрядная трубка лазера на парах металлов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000112859A RU2191452C2 (ru) | 2000-05-23 | 2000-05-23 | Разрядная трубка лазера на парах металлов |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000112859A RU2000112859A (ru) | 2002-04-27 |
| RU2191452C2 true RU2191452C2 (ru) | 2002-10-20 |
Family
ID=20234985
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000112859A RU2191452C2 (ru) | 2000-05-23 | 2000-05-23 | Разрядная трубка лазера на парах металлов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2191452C2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2229188C1 (ru) * | 2002-12-30 | 2004-05-20 | Томский политехнический университет | Способ уменьшения предымпульсной концентрации электронов в активной среде лазера на парах галогенида металла и активный элемент лазера на парах галогенида металла |
| RU2644985C1 (ru) * | 2016-11-29 | 2018-02-15 | Лев Семенович Гликин | Активный элемент лазера на парах металлов и способ его изготовления |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3585524A (en) * | 1968-09-16 | 1971-06-15 | Bell Telephone Labor Inc | Ion lasers employing gas mixtures |
| US4641313A (en) * | 1984-06-15 | 1987-02-03 | Monash University | Room temperature metal vapour laser |
| RU2007002C1 (ru) * | 1992-01-15 | 1994-01-30 | Игорь Владимирович Пономарев | Импульсный газоразрядный лазер на парах металлов |
-
2000
- 2000-05-23 RU RU2000112859A patent/RU2191452C2/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3585524A (en) * | 1968-09-16 | 1971-06-15 | Bell Telephone Labor Inc | Ion lasers employing gas mixtures |
| US4641313A (en) * | 1984-06-15 | 1987-02-03 | Monash University | Room temperature metal vapour laser |
| RU2007002C1 (ru) * | 1992-01-15 | 1994-01-30 | Игорь Владимирович Пономарев | Импульсный газоразрядный лазер на парах металлов |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2229188C1 (ru) * | 2002-12-30 | 2004-05-20 | Томский политехнический университет | Способ уменьшения предымпульсной концентрации электронов в активной среде лазера на парах галогенида металла и активный элемент лазера на парах галогенида металла |
| RU2644985C1 (ru) * | 2016-11-29 | 2018-02-15 | Лев Семенович Гликин | Активный элемент лазера на парах металлов и способ его изготовления |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3726582A (en) | Electric discharge lamp comprising container of densely sintered aluminum oxide | |
| JP2006517050A5 (ru) | ||
| RU2191452C2 (ru) | Разрядная трубка лазера на парах металлов | |
| US5148440A (en) | Wick for metal vapor laser | |
| US7806115B2 (en) | Tubular radiation absorbing device for a solar power plant with improved efficiency | |
| FI68928B (fi) | Katodenhet foer lysroer | |
| US3214623A (en) | Fluid transpiration plasma jet | |
| JPS6142388B2 (ru) | ||
| KR100742451B1 (ko) | 발열체의 유지 구조체, 절연 구조체, 가열장치 및기판처리장치 | |
| JPH0340516B2 (ru) | ||
| JPS61283185A (ja) | 放電管 | |
| US5859492A (en) | Electrode rod support for short arc lamp | |
| US2682007A (en) | Compact type electrical discharge device | |
| US2667592A (en) | Electrode for compact type electrical discharge devices | |
| US4805180A (en) | Discharge tube apparatus | |
| JPH0711944B2 (ja) | 放電ランプ用の非対称なア−ク室 | |
| US5504770A (en) | Liquid metal confinement cylinder for optical discharge devices | |
| US5442158A (en) | Heating element support clip | |
| FR2634021A1 (fr) | Four a tube de graphite avec support d'echantillon pour la spectroscopie par absorption atomique | |
| US2319912A (en) | Electrical discharge device | |
| US3259783A (en) | Indirectly-heated cathode assemblies | |
| US20060192490A1 (en) | Production method of discharge lamp | |
| JPS63137420A (ja) | 加熱炉 | |
| SU970512A1 (ru) | Газоразр дна лампа с короткой дугой | |
| JPH01136383A (ja) | レーザ管 |