Конструктивные особенности ионных лазеров на инертных газах

Конструктивно аргоновые (и криптоновые) лазеры отличаются от хорошо известных He-Ne лишь дополнительным усложнением газоразрядной трубки, что связано с двумя причинами:

1. предельно высокой температурой дуговой плазы в разряде, что требует (для обеспечения ресурса работы ~10⁴ часов использования особых материалов, интенсивного охлаждения и (желательно) соленоида;

2. необходимостью компенсации прокачки ионизированного газа (A_r⁺ или K_r⁺) от анода к катоду, что требует (в простейшем варианте) тонкой и длинной обводной трубки или секционирования разрядного капилляра.

В результате все коммерчекие ионные лазеры могут быть разнесены по трём конструктивным группам.

3.1. Маломощные Ar (и Ar-Kr) лазеры с воздушным охлаждением. Их мощность не превышает (из-за низкого КПД, отсутствия соленоида и весьма ограниченных возможностей воздушного охлаждения) десятков милливатт; однако малые габариты, большое (при наполнении Ar-Kr) количество линий и мощность, соизмеримая с «большими» He-Ne и Ne-C_d⁺ лазерами позволяет им занять свою нишу в многочисленных лабораторных исследованиях.

Типичная конструкция металлокерамической газоразрядной трубки лазеров данного класса приведена на рис. 3.1.

Рис. 3.1

Она содержит следующие основные элементы:

1. разрядный капилляр из вакуумноплотной бериллиевой (BeО) керамики, выдерживающей нагрев до 4.10³К без заметной эрозии;

2. блоки внутренних зеркал (стойких к жёсткому УФ), обеспечивающих минимизацию потерь на вывод излучения из разряда;

3. пластинку, установленную под углом Брюстера для задания устойчивой линейной поляризации;

4. металлокерамический катодный отсек, являющийся одновременно резервным объёмом для запасов рабочего газа, давление которого снижается в процессе эксплуатации за счёт эффекта «жестчения»;

5. медные реадиаторы, повышающие эффективность охлаждения капилляра (и анода) за счёт развития ребристой поверхности;

6. вентилятор, обеспечивающий интенсивный обдув ребер резонатора.

3.2. Наиболее распространённые Ar (и Kr)лазера средней мощности (1-10 Вт) имеют водяное охлаждение высокотемпературного капилляра (из ВеО, пиролитического графита или W: у каждого производителя – свои «секреты»), мощный соленоид, существенно увеличивающий вес лазера, и, как правило, хроматический резонатор, обеспечивающий переключение генерации на нужную (из списка паспортизированных) длину волны.

3.3. Наименее распространены самые дорогие, большие и тяжёлые (~100 кг) Ar-Kr лазеры повышенной (до 30 Вт) мощности, оснащённые помимо вышеперечисленных узлов вакуумным постом, позволяющим перезаполнять разрядный промежуток одним из «нужных» газов и оптимизировать его давление для максимизации выходной мощности на нужной линии (в отпаянных газоразрядных трубках p=3 Па*см/d[см] обычно не регулируется в процессе эксплуатации). Энергосъем таких лазеров может достигать 10^-1Вт/см длины газоразрядного капилляра.

Дата добавления: 2015-10-13