Итак заключительная часть руководства по лампам накачки твердотельных лазеров. На этот раз без формул, просто полезная прикладная информация о применении в режиме прямоугольных импульсов, наиболее распрастранненом в настоящее время, освещается нелинейность импданса и установка лампы в отражателе. Наибольший интерес представляет информация о стандартах "Зенит". Предприятия советского союза выпускали широкую номенклатуру дуговых и импульсных ламп, для которых была разработана единая система обозначений и стандарты.

Режим прямоугольных импульсов

Данный режим получил широкое распространение в промышленных лазерах. Прямоугольные импульсы напряжения продолжительностью 1-10 мс подаются на лампу с частотой до 300Гц, средняя мощность при этом может достигать многих киловатт. Каждый импульс разряжает батарею конденсаторов питания на 10%, а в промежутках между импульсами подключается схема заряда, которая восстанавливает запас энергии в конденсаторе.

Рис. 23. Режим прямоугольных импульсов

Нелинейность сопротивления и импеданс.

При расчетах цепей питания невозможно смоделировать лампу с помощью набора параллельно и последовательно подключенных пассивных компонентов (RCL). Связано это со сложностью физических процессов внутри лампы. Как было описано выше, принцип действия импульсной или дуговой лампы описывается законами физики плазмы. В 1965 Гонч показал, что сопротивление плазмы обратно пропорционально корню квадратному от плотности протекающего тока. ВАХ описывается уравнением , это эмпирическая формула, которая демонстрирует нелинейность процессов в плазме. Однако в данном выражении есть допущение, что импеданс  является константой, в реальности это совсем не так. В отличии от металлов, атомы криптона и ксенона не имеют валентных электронов, т.е. у них отсутствует проводимость. Механизм взаимодействия электронов между электродами в плазменном газе отличается от такового в проводниках. Приведенные выше расчетные формулы достаточно точны для случая, когда в лампе образуется устойчивая дуга.

Изначально импеданс имеет очень высокое значение. При достижении напряжения на лампе значения напряжения самопробоя, происходит процесс образования плазменного канала, по которому начинает течь электрический ток и импеданс стремительно падает до малого значения. Это малое значение, соответствующее линейному участку ВАХ и есть тот импеданс, который производитель указывает в спецификации к лампе. Окончание импульса разряда приводит к обратному процессу: восстановление импеданса до очень высокого значения. Таким образом, импульсы накачки циклически изменяют импеданс лампы от очень высокого до малого, рабочее значение – малое, именно оно участвует в расчетах электрических цепей питания ламп.

Крепление лампы и электрических контактов

Немаловажную роль в производстве качественных ламп играет правильный выбор материалов и формы контактов. Обычно для дуговых ламп используется нержавеющая сталь, а для импульсных – медь с никелевым покрытием. Форма контактов, как правило, цилиндрическая либо гибкий вывод, покрытый изолирующим материалом (ПВХ или силикон). Для цилиндрического контакта используется ответные части в виде втулки или цанги, важно обеспечить большую площадь электрического контакта, иначе может произойти локальный перегрев и лампа выйдет из строя.

В отражателе лампа должна крепиться не жестко, иначе может быть нарушена герметизация лампы. Одновременно крепление лампы должно обеспечивать отсутствие течей охлаждающей жидкости, что может привести к замыканию электрической цепи и выходу из строя всего лазера и даже летальному исходу (следует использовать деионизированную воду!). Для надежного крепления ламп используют силиконовые кольца подходящего диаметра.

Стандарт «Зенит»

Во времена существования СССР разработкой и производством газоразрядных ламп для промышленного применения занимался завод «Зенит». На «Зените» были разработаны дуговые и импульсные лампы накачки твердотельных лазеров, которые стали стандартом де-факто на территории России и стран ближнего зарубежья.

Был разработан в введен в серийное производство ряд типоразмеров прямолинейных трубчатых ламп (фольговая герметизация) с длиной дуги от 40мм до 2000-3000мм и внутренним диаметром 2-30мм. Для лазеров непрерывного излучения разработаны лампы серии ДНП (дуговые непрерывного действия постоянного тока с водяным охлаждением) с криптоновым наполнением под высоким давлением. Для импульсных режимов – лампы ИНП (импульсные для накачки твердотельных лазеров) с ксеноновым наполнением с давлением 300-600 мм рт. ст.

Для этих ламп были разработаны квантроны, получившие широкое распространеннее благодаря серийному производству промышленных установок серии «Квант» и подобных: К101, К102, К104, К107, К301А, К301Б, К301В, Ц100, Ц200 – одноламповые; К201, Ц300 – двухламповые. Широкое распространение получили лампы следующих типов: ИНП-6/90, ДНП-6/90, ИНП-6/120, ДНП-6/120,  ДНП-6/60, ИНП-7/90, ИНП-7/120, ИНП-5/90, ИНП-5/60, ИНП-5/45; ИНП-5/75, ИНП-3/35, ИНП-3/45, ИНП-3/75.