Газоразрядный лазер

Газоразрядный лазер с повышенным усилением включает резонатор со сферическим зеркалом и комбинированную разрядную трубку, содержащую не менее двух цилиндрических секций, между которыми расположена секция в виде усеченного конуса так, что каустика касается трубки в точках пересечения стенок конической секции и цилиндрической секции меньшего радиуса.

Предлагаемое техническое решение относится к области лазерной техники и может быть использовано при конструировании и производстве газоразрядных лазеров (ГРЛ), в которых усиление уменьшается с ростом диаметра трубки, например, в He-Ne или Не-Хе лазерах.

Резонаторы большинства ГРЛ представляют систему из одного сферического и одного плоского зеркал (резонатор плоскость-сфера) для повышения устойчивости генерации. Модовый объем, ограниченный каустикой поля резонатора, сужается по мере приближения к плоскому зеркалу. В He-Ne лазере усиление растет с уменьшением радиуса трубки. Поэтому для получения максимального усиления, а значит и мощности излучения лазера, необходимо, чтобы контуры активного элемента повторяли каустику поля резонатора.

Известен лазер с газоразрядной трубкой, в которой для увеличения усиления и, следовательно, мощности излучения разрядный канал выполнен в виде конуса. [Автор. свид. 213223, МПК H01S 3/08, опубл. 15.07.1974, БИ 26].

Поскольку в резонаторе плоскость-сфера радиус модового объема уменьшается по мере приближения к плоскому зеркалу, уменьшение радиуса трубки по мере приближения к плоскому зеркалу дает рост усиления, а значит и мощности излучения. В известном предложении усиление оказывается выше, чем в лазере с традиционной для ГРЛ цилиндрической трубкой. Недостатком такого лазера является высокая трудоемкость и сложность изготовления конической трубки.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является газоразрядный лазер с резонатором, состоящим из плоского и сферического зеркал, и комбинированной разрядной трубкой, включающей не менее двух цилиндрических секций разных радиусов [Привалов В.Е. // Электронная техника серия 3, 1971, 3 (23), с.29]. Радиусы и длины секций согласовываются с каустикой поля резонатора, т.е. рассчитываются по известным формулам из условия получения максимального для данной конструкции усиления.

Недостатком прототипа является то, что в месте стыковки двух цилиндрических секций резко увеличивается радиус одной из секций, а следовательно резко уменьшается усиление излучения.

Задачей предлагаемого технического решения является разработка газоразрядного лазера с повышенным усилением.

Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что аналогично прототипу газоразрядный лазер содержит резонатор, состоящий из плоского и сферического зеркал, и комбинированную разрядную трубку, включающую не менее двух цилиндрических секций разных радиусов. В отличие от прототипа, между цилиндрическими секциями трубки выполнена секция в виде усеченного конуса так, что каустика поля резонатора касается трубки в точках пересечения стенок конической секции и цилиндрической секции меньшего радиуса.

Выполнение секции в виде усеченного конуса так, что каустика поля резонатора касается трубки в точках пересечения стенок конической секции и цилиндрической секции меньшего радиуса, во-первых, обеспечивает максимальную длину секции с меньшим радиусом, а значит максимальное усиление в данной секции. Во-вторых, обеспечивает уменьшение длины секции с большим диаметром за счет конической секции, что в итоге увеличивает усиление. Число таких конических секций может быть на одно меньше, чем цилиндрических секций. Появление конической секции между цилиндрическими секциями приближает профиль трубки к каустике поля резонатора, уменьшая средний радиус трубки, а, следовательно, увеличивая усиление.

Сущность предлагаемого решения иллюстрируется фиг.1, на которой изображен продольный разрез газоразрядного лазера, где 1 - сферическое зеркало, 2 - плоское зеркало, 3 - разрядная трубка, 4 и 5 - цилиндрические секции разрядной трубки, 6 - дополнительная секция в виде усеченного конуса, расположенная между цилиндрическими секциями, 7 - каустика поля резонатора (пунктир). Введение секции 6 между цилиндрическими секциями приближает на этом участке профиль трубки к каустике поля и уменьшает средний радиус трубки. Это ведет к увеличению усиления.

Газоразрядный лазер включает резонатор со сферическим зеркалом 1 и плоским зеркалом 2, и комбинированную разрядную трубку 3, содержащую две цилиндрические секции разных радиусов 4, 5. Между цилиндрическими секциями 4 и 5 расположена дополнительная секция 6 в виде усеченного конуса. Поле резонатора, образованного сферическим 1 и плоским 2 зеркалами, локализовано в модовом объеме, ограниченном каустикой 7, причем каустика 7 касается трубки 3 в точках пересечения стенок конической секции 6 и цилиндрической секции 4 меньшего радиуса. Последнее достигается тем, что длина цилиндрической секции 4 меньшего радиуса остается такой же, как в прототипе, а коническая секция 6 размещается непосредственно после нее.

Газоразрядный лазер работает следующим образом. При возбуждении газового разряда в трубке 3, разряд становится активной средой. Фотон, испущенный возбужденным атомом газа в секции 5 в направлении плоского зеркала 2, индуцирует другие фотоны. В секции 5 эта группа фотонов, двигаясь в среде, численно растет. В секции 6 усиление нарастает за счет плавного уменьшения радиуса секции 6. При этом профиль трубки 3 приближается к каустике 7 и усиление за счет уменьшения радиуса трубки 3 возрастает. Переходя в среду секции 4 с меньшим радиусом, где усиление еще больше, излучение нарастает, компенсируя потери. Лазер начинает излучать индуцированное излучение. Плавный переход между цилиндрическими секциями 4 и 5 увеличивает усиление по сравнению с прототипом. В итоге предлагаемый лазер имеет большее усиление.

Газоразрядный лазер, содержащий резонатор, состоящий из плоского и сферического зеркал, и комбинированную разрядную трубку, включающую не менее двух цилиндрических секций разных радиусов, отличающийся тем, что между цилиндрическими секциями трубки выполнена секция в виде усеченного конуса так, что каустика поля резонатора касается трубки в точках пересечения стенок конической секции и цилиндрической секции меньшего радиуса.