Устройство возбуждения газового лазера

 

Сущность изобретения: в устройстве возбуждения между генератором 1 и нагрузкой 6 включена фазосдвигающая цепь 4. к входу и выходу которой подключены два пикодетектора 7,8. Схема позволяет выделить с помощью дифференциального усилителя 11 сигнал, пропорциональный рассогласованию импедансов генератора и нагрузки. Этот сигнал управляет частотой генератора изменяя ее в сторону уменьшения,до обеспечения резонансных явлений в блоке 5 согласования . 1 ил,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОциАлистических

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 01 $3/097

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО:СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4863571/25 (22) 03.09.90 (46) 30.12.92. Бюл. М 48 (71) Научно-производственное объединение

"Плазма" (72) B.È.Ïøåíè÷íèêîâ, В.Г.Самородов и

М.А. Султанов (56) Заявка EflB

М 0285673, кл. Н 01 S 3/097, 1988.

Заявка РСТ N. 83/03927, кл. Н 01 $3/097, 1983.

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано в системах накачки газовых лазеров, в частности СО2-лазеров.

: --Известна система для накачки СОэ-лазера, содержащая ВЧ-генератор, согласующее устройство в виде П-образного четырехполюсника; передающий кабель и лазернйй излучатель. Согласующее устройство может обеспечивать равенство выходного сопротивления ВЧ-генератора с импедансом лазерной трубки. Однако эаметйое различие режима эффективного зажйгания газового промежутка и режима наибольшей передачи мощности ВЧ-генератора в газовый промежуток требует введения определенной расстройки от режима полного согласования. Это связано с увеличением емкостной составляющей в импедансе активного элемента лазера при нормальной его работе.

Кроме того.,ввиду имеющегося при про. изводстве лазеров разброса их электрических параметров (активной и реактивной

< 9> ЯЦ .. 1 785059 А 1 2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ

ГАЗОВОГО ЛАЗЕPA (57) Сущность изобретения: в устройстве возбуждения между генератором 1 и нагрузкой 6 включена фазосдвигающая цепь 4, к входу и выходу которой подключены два пи- кодетектора 7, 8. Схема позволяет выделить с помощью дифференциального усилителя

11 сигнал, пропорциональный рассогласованию импедансов генератора и нагрузки.

Этот сигнал управляет частотой генератора

1 изменяя ее в сторонууменьшения цо обеспечения резонансных явлений в блоке 5 согласования. 1 ил. составляющих импеданса) требуется введение в согласующее устройство подстроечпых элементов. За время долговечности лазера импеданс активного элемента не сохраняется постоянным, что приводит к нарушению согласования и, соответственно к уменьшению КПД.

Практически трудно достижима взаимо- ОО заменяемость ВЧ-генераторов и лазерных (Я излучателей, поскольку требуется подбор С) параметров элементов согласующего уст- (Л ройства в режиме излучения. О

Наиболее близким техническим решением является устройство для возбуждения а„ газового лазера, содержащее последова- г тельно включенные ВЧ-генератор, средство для обнаружения изменения импеданса,в качестве которого используется направленный ответвитель,блок согласования изменяющихся импедансов- активного элемента излучателя с выходным импедансом ВЧ-ге нератора, в качестве которого использован резонансный контур. Средство для управления импедансом блока согласования, вклю=

1785059 чающее в себя детектор„фильтр и регулируемый усилитель постоянного тока.

Недостаток такого устройства заключается в том, что эа время эксплуатации лазера происходит изменение активной составляющей импеданса лазерного излучателя, полное согласование не представляется возможным, это понижает КПД устройства цозбуждения и лазера в целом, Кроме того, при работе на фиксированной частоте ВЧ-генератора сохраняются имеющиеся противоречия между режимами эффективного зажигания и эффективного ввода мощности в газовый промежуток.

Для реализации блока согласования требуются вариконы или вариконды, способные выдерживать высокие уровни напряжений и реактивной мощности.

Целью изобретения является -повышение КПД и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство для возбуждения газового лазера, содержащее высокочастотный генератор, схему согласования, пиковый детектор и дифференциальный усилитель, введены второй пиковый детектор и фазосдвигающая цепочка, при этом фазосдвигающая цепочка включейа между выходом высокочастотного генератора и входом схемы согласования к входу и выхо. ду схемы согласования подключейы входы. соответственно первого и второго пиковых детекторов, выходы пиковых детекторов соединены с входами дифференциального усилителя, выход которого подключен к управляющему входу высокочастотного генератора, Использование системы управления режимом работы лазера путем автоматического регулирования частоты высокочастотного генератора позволяет за счет обеспечения-условий.резонансных явлений в схеме согласования достигнуть эф. фективного зажигания газового промежутка лазера на промежуточной частоте, Которая выше рабочей, обеспечить условия полного согласования импеданса лазерной трубки с выходным соп ротивлени ем высокочастотного генератора на рабочейчастоте, тем самым достигнуть максимального КПД.:

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные высокочастотный (ВЧ) генератор 1, включающий в себя задающий генератор 2 с управлением по частоте, усилитель мощности 3, фазосдвигающую цепь 4, схему согласования 5, например С-контур с неполным включением, подключенную к лазеру 6. Кроме того, устройство включает два пикодетектора 7,8, подключенные через ослабители 9, 10, например делители напряжения, ко входу и выходу фазосдвигающей цепи 4. Выходы пик-детекторов 7, 8 подключены ко входам дифференциального усилителя 11, выход которого соединен с управляющим входом задающего генератора 2.

В качестве фазосдвигающей цепи 4 мо-

10 жет быть использована LC -цепь с фаэовым сдвигом 90О, либо отрезок радиочастотного кабеля длйной меньше или равной 1/4 .А где А- длина волны высокочастотных ко15 лебаний.

Устройство работает следующим образом. ВЧ-генератор 1 вырабатывает напря жение высокой частоты. которое поступает через фазосдвигающую цепь 4, схему согла20 сования 5 на излучатель лазера 6. С помощью ВЧ-напряжения осуществляется накачка газовой среды излучателя лазера 6, тем самым обеспечйвается преобразование подводимой электрической мощности к из25 лучателю в световое лазерное излучение.

При этом начальная частота генератора 1 при rtyt .ke устанавливается больше или равной резонайсной частоте контура схемы согласования 5, которая выше рабочей

30 частоты накачки.

Известно, что для передачи ВЧ-мощно- сти в нагрузку требуется равенство активныx сîllротивлений выходного сопротивления генератора 1 и нагрузки ла35 . эера 6 и обеспечение нулевого значения ре активных составляющих их импедансов.

Поскольку частота ВЧ-генератора 1 выше рабочей, то в цепи передачи мощности в

40 лазер 6 имеет место несогласованный режим, характеризуемый тем, что переменное найряжение на входе и выходе фазосдвигающей цепи 4 существенно различны. С помощью пикодетекторов 7, 8 через

45 ослабители 9, 10 получают постоянные напряжения определенной величины, поступающие на входы дифференциального усилителя 11, с выхода которого постоянное напряжение воздействует на управляющий

50 элемент задающего генератора 2 {например варикап или вариконд) и уменьшает частоту

ВЧ-генератора 1. Осуществляется плавное уменьшейие частоты и при ее достижении .. резонансной частоты контура схемы согла55 сования 5 без учета динамической емкости. излучателя 6, поскольку его газовая среда не зажжена, пройсходит компенсация реактивных составляющих импеданса лазера.

За счет резонансных явлений в схеме согла1785059 сования, высокого сопротивления лазера 6 ется оптимальное согласование выходного в незажженном состоянии напряжение на сопротивления ВЧ-генератора 1 с импеданэлектродах излучателя лазера 6 возрастает, сом лазера 6 за счет автоматической переи тем самым обеспечивается эффективное стройки рабочей частоты ВЧ-генератора. зажигание разряда, После зажигания лазе- 5 Поддержание частоты генератора 1 на ра 6 возрастает емкостная составляющая величине, при которой создаются условия импеданса лазерного излучателя и умень- . максимальной передачи мощности в нагрузшается его активная составляющая. Рассог- ку„повышает КПД устройства. ласование импеданса лазера 6 с выходным . Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я сопротивлением генератора 1 сохраняется, 10 Устройство для возбуждения газового частота задающего генератора 1 продолжа- лазера, содержащее высокочастотный генеет снижаться до тех пор, пока на выходах ратор, схему согласования, первый пиковый пикодетекторов 7, 8 сигналы сравняются. детектор и дифференциальный усилитель, Вэтомсостоянии режимработыустрой- о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью ства удерживается автоматически. 15 повышения КПД и упрощения устройства, в

Если в процессе работы rio каким-либо . него введены второй пиковый детектор-и . причинам (старение элементов, темпера- фазосдвигающая цепочка, при этом фазосдтурныхуходовэлементов идр.) произойдет вигающая цепочка включена между выхоразбаланс напряжений на выходах детекто- дом высокочастотного генератора и входом ров 7, 8, то автоматически изменяется на- 20 схемысогласования, x входу и выходусхемы пряжение на выходе дифференциального согласования подключены входы соответстусилителя 11 и соответственно изменится венно первого и второго пиковых детекточастота, приводящая к восстановлению ра- . ров, выходы пиковых детекторов соединены венства напряжения на выходе пикодетек- c входами дифференциального усилителя, торов 7, 8; 25 выход которого подключен к управляющему

Таким образом, и ри работе лазера авто- входу высокочастотного генератора. матически устанавливается и поддерживаСоставитель А,Царев

Техред М.Моргентал Корректор И.Шулла

Редактор

Заказ 4369 Тираж Подписное

BHMNflN Государственного комитета по изобретениям и открытиям пр«ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101