CS202487B1

CS202487B1 - Rezonator of the single frequency laser

Info

Publication number: CS202487B1
Application number: CS327679A
Authority: CS
Inventors: Bohumir Popela
Original assignee: Bohumir Popela
Priority date: 1979-05-14
Filing date: 1979-05-14
Publication date: 1981-01-30

Description

Vynález pojednává o konstrukci rezonátoru jednoírekvenčního plynového laseru se zkrácenou dobou náběhu.The present invention relates to the construction of a single frequency gas laser resonator with a reduced rise time.

Konstrukce rezonátoru jednofrekvenčních laserů bývá provedena obvykle tak, že výbojová trubice laseru je umístěna mezi dvěma čely, která jsou opatřena zrcadly optického, rezonátoru. Čela jsou spolu spojena buď tyčemi nebo trubkovou konstrukcí ze slitiny o malé tepelné roztažnosti. Celá konstrukce je vložena do, krytu, který je termostatizován. Nároky na stabilitu polohy zrcadel rezonátoru jsou značné jak co do sklonu optických os, tak na jejich vzdálenost. Například při vzdálenosti zrcadel 150 mm s poloměrem křivosti kulových ploch 1000 mm musí být úhlová stabilita zrcadel zajištěna dlouhodobě v řádu 10-5 radiánu a relativní stabilita vzdálenosti lepší než 10-6, tj. na ~ 0,15 μια v poměrně krátkém čase po, zapnutí přístroje. Vzdálenost zrcadel je v ustáleném stavu řízena elektrostrikčně, aby bylo dosaženo stability vzdálenosti zrcadel v řádu až 10-8, tj. na 0,0015 μη®.The construction of a single-frequency laser resonator is usually carried out in such a way that the laser discharge tube is located between two faces which are provided with optical resonator mirrors. The ends are connected to each other either by rods or a tubular structure made of an alloy of low thermal expansion. The entire structure is inserted into a housing that is thermostatized. The demands on the stability of the position of the resonator mirrors are considerable both in the inclination of the optical axes and in their distance. For example, at a mirror distance of 150 mm with a radius of curvature of 1000 mm spherical surfaces, the angular stability of the mirrors must be ensured over the long term in the order of 10-5 radians and a relative distance stability better than 10-6, ie. switch on the device. The distances of the mirrors are controlled electrostrictively in the steady state to achieve stability of mirrors in the order of 10-8, ie to 0.0015 μη®.

Nevýhodou stávajících konstrukcí, které používají inwarových materiálů je, že není zajištěno dostatečně rychlé vyrovnání teploty mezi jednotlivými částmi rezonátoru, které je způsobeno poměrně špatnou tepelnou vodivostí invaru. Dalším nedostatkem je poměrně dlouhá doba náběhu určená nedostatečnou tepelnou vazbou mezi tělesem rezo2 nátoru a termostatizačním vytápěným krytem. Při zcela uzavřené konstrukci tělesa rezonátoru s výbojovou trubicí uzavřenou v dutině rezonátoru musí být termostatizační teplota zbytečně vysoká, protože dobrému odvedení tepla z výbojové trubice brání špatná tepelná vodivost invarového materiálu. Dalším nedostatkem, který prodlužuje dobu ustálení a znesnadňuje elektrostrikční řízení v širších mezích, je užití elektrostrikčního ladění pouze u jednoho zrcadla. U tyčových konstrukcí, kde výbojová trubice je obklopena tepelně vodivým materiálem, není dosaženo doetatečné tuhosti celé konstrukce tak, aby zabezpečila stabilní dlouhodobý provoz bez dostavování zrcadel. Nestability se projevují výrazně při konfiguracích rezonátoru laseru s velkými poloměry křivosti zrcadel, které poskytují maximální výkon laseru. Konstrukční složitost takových řešení zvyšuje nároky na montáž a zvyšuje náklady na výrobu laserových zařízení.A disadvantage of existing constructions using inware materials is that a sufficiently rapid temperature equalization between the individual parts of the resonator is not ensured due to the relatively poor thermal conductivity of the invar. Another drawback is the relatively long rise time determined by insufficient thermal bonding between the resistor body and the thermostatized heated cover. With a fully enclosed resonator housing with a discharge tube enclosed in the resonator cavity, the thermostatization temperature must be unnecessarily high because poor thermal conductivity of the invar material prevents good heat dissipation from the discharge tube. Another drawback that extends the settling time and makes it more difficult to control electrostrictions within wider limits is the use of electrostrictive tuning on only one mirror. In rod structures where the discharge tube is surrounded by a thermally conductive material, it is not possible to achieve sufficient stiffness of the whole structure to ensure stable long-term operation without adjusting the mirrors. Instabilities are noticeable in laser resonator configurations with large mirror radii that provide maximum laser performance. The structural complexity of such solutions increases the assembly requirements and increases the cost of manufacturing laser devices.

Uvedené nevýhody dosavadních konstrukcí odstraňuje rezonátor jednoírekvenčního laseru se zkrácenou dobou náběhu, jehož základní těleso je vytvořeno ze slitiny s nízkým koeficientem tepelné roztažnosti například z invaru, jehož podstatou je, že základní těleso, je vytvořené nahoře otevřenou trubicí, která je zespodu do poloviny svého obvodu opatřena vyhřívaným tepelně vodi202487 vým pláštěm například z mědi, kde k vnitřním osazením základního tělesa dosedají vnějším válcovým osazením vložky tepelně vodivé například z mědi, se kterými jsou spojena tovarová čela dosedající přes dvě sešikmené a na vnějším obvodě ozubené podložky k čelní stěně základního tělesa, přičemž středem invaroyých čel jsou na elektrostrikčních elementech upevněna zrcadla rezonátoru. Dalším znakem podstaty je, že uvnitř základního· tělesa umístěná výbojová trubice je upevněna opásáním spojeným s držákem zapadajícím příčně volně do· vybrání, přičemž výbojová trubice je podepřena čtyřmi invarovými šrouby s odpruženými pojistnými maticemi uspořádanými v základním tělese proti odpruženým držákům s pružnými doteky. Dalším znakem je to, že invarová čela jsou opatřena tepelně vodivými kryty například z hliníku, přičemž v jednom je uspořádán obvod vstupního zesilovače s fotodetektorem.These disadvantages of the prior art are eliminated by a single-frequency laser resonator with a reduced rise time, the base body of which is made of an alloy with a low coefficient of thermal expansion, for example of invar, the base body being formed by an open tube at the top half of its circumference. provided with a heated thermally conductive jacket, for example of copper, wherein the inner cylindrical shoulder of the base is supported by an outer cylindrical shoulder of the thermally conductive, for example of copper, with which the goods faces abutting two inclined and toothed washers on the outer circumference resonator mirrors are mounted on the electrostrictive elements through the center of the invaroy faces. A further feature of the invention is that the discharge tube located within the base body is fastened by a strap connected to a holder that fits transversely into the recess, the discharge tube being supported by four invar bolts with spring-loaded lock nuts arranged in the base against spring-loaded spring-loaded holders. Another feature is that the invarate fronts are provided with thermally conductive covers, for example of aluminum, with one circuit of an input amplifier with a photodetector arranged in one.

Hlavní předností rezonátoru je, že umožňuje zkrácení času k dosažení ustálených podmínek, dohrou dlouhodobou stabilitu danou tuhostí a monolitičnosti konstrukce, jednoduchou výměnu výbojové trubice bez rozjustování zrcadel rezonátoru, elektrostrikční řízení vzdálenosti zrcadel ve větším intervalu dvěma¹ elektrostrikčními členy a tím i zkrácení doby náběhu.The main advantage of the resonator is that it enables to shorten the time to achieve steady-state conditions, sequel long-term stability of the rigidity and from monolithic construction, simple replacement of the discharge tube without rozjustování mirror resonator electrostrictive distance control mirror in a larger interval of two ^{1-elektrostrikčními} members and thus the shortening of the rise time.

Spojením vstupních obvodů řídící elektroniky s rezonátorem se stává z celku jednoduše výměnný blok při servisních opravách bez justáže u uživatele. Převážně soustružené součásti, symetričnost konstrukce snižují počet druhů součástí a tím výrobní náklady.By connecting the input circuits of the control electronics with the resonator, the unit becomes simply a replaceable block for service repairs without adjustment by the user. The mostly turned parts, the symmetry of the construction reduce the number of types of parts and thus the production costs.

Vynález blíže objasní přiložený výkres, kde na obr. 1 je uveden podélný osový řez rezonátorem, na obr. 2 jeho příčný řez v rovině A—A z obr. 1, na obr. 3 pohled shora a na obr. 4 další příčný řez v rovině Β—B z obr. 3.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a longitudinal axial section of the resonator; FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A in FIG. 1; FIG. plane Β — B of Fig. 3.

Rezonátor sestává ze základního tělesa 1. Základní těleso 1 sestává z trubice nahoře otevřené přibližně kolem i/₃ průměru a po délce s plnými okraji. Podmínkou je, že použitý materiál má nízký koeficient tepelné roztažnosti. Nejvýhodnější je tovar. Zespodu je základní těleso 1 opatřeno vyhřívaným, tepelně vodivým pláštěm 2 například z mědi. Vyhřívání může být provedeno buď vinutím uvnitř pláště 2, anebo· k vyhřívání může být použito jiného· známého způsobu ohřevu. Oba kraje základního· tělesa 1 jsou opatřeny osazením, na které dosedá vnější válcové osazení vložek 3 z tepelně vodivého materiálu například z mědi. K základnímu tělesu 1 jsou čelně připevněna invarová čela 4, která dosedají na dvě sešikmené a na vnějším obvodě ozubené podložky 7. Invarová čela 4 jsou sešroubována s vložkami 3. Středy tovarových čel 4 jsou spojeny s elektrostrikčními elementy 5, na nichž jsou připevněna zrcadla 6. Výbojová trubice 11 je zasunuta uvnitř základního tělesa 1. Zespodu je výbojová trubice 11 podepřena čtyřmi invarovými šrouby 12 procházejícími odpruženými maticemi 13 pres základní těleso 1. Přitom je výbojová trubice 11 tovarovými šrouby 12 dotlačována ke dvěma odpruženým kyvné uloženým obloukovým držákům 14 opatřeným pružnými doteky 15, například ze silikonové pryže. Pojištění a nastavení polohy výbojové trubice 11 je provedeno držákem 16 spojeným s opásáním 20. Držák 16 zapadá příčně a volně do· vybrání 18 v základním tělese 1 a zabraňuje výstupky 19 pootočení a axiálnímu posunutí výbojové trubice 11. tovarová čela 4 jsou opatřena vodivými kryty 9 například z hliníku. V krytu 9 je umístěn vstupní zesilovač 10 včetně fotodetektoru.The resonator consists of a base body 1. The base body 1 comprises a tube open at the top around about I / _3, and the diameter along the full periphery. The condition is that the material used has a low coefficient of thermal expansion. The goods are most preferred. From below, the base body 1 is provided with a heated, thermally conductive sheath 2, for example of copper. The heating can be carried out either by winding inside the housing 2 or by another known method of heating. Both edges of the base body 1 are provided with a shoulder on which the outer cylindrical shoulder of the inserts 3 of thermally conductive material, for example of copper, bears. Invariated fronts 4 are fitted to the base body 1, which engage two inclined and toothed washers 7 on the outer circumference. The discharge tube 11 is inserted inside the base body 1. From below, the discharge tube 11 is supported by four invarion bolts 12 passing through the spring nuts 13 over the base body 1. 15, for example of silicone rubber. Locking and positioning of the discharge tube 11 is carried out by the holder 16 connected to the wrap 20. The holder 16 fits transversely and freely into the recesses 18 in the base body 1 and prevents the projections 19 from rotating and axially displacing the discharge tube 11. such as aluminum. In the housing 9 is located an input amplifier 10 including a photodetector.

Při justáži rezonátoru je nutné naklonit zrcadla 6 laseru tak, aby středy křivosti zrcadel 6 byly na· optické ose výbojové trubice 11. Tato justáž se provede pootáčením sešikmených na vnějším obvodě ozubených podložek 7. Ustavená poloha je pojištěna přitažením tovarových čel 4 k základnímu tělesu 1 přes sešikmené podložky 7 pomocí například šroubů, které jsou zašroubovány do vložek 3 přes invarová čela 4. Natáčení sešikmených podložek 7 se nejlépe ovládá pastorky, které jsou ve speciálním přípravku přišroubovaném k rezonátoru v době justáže. Jemné dostavení osy výbojové trubice 11 se provede čtyřmi invarovými šrouby 12 s odpruženými pojistnými maticemi 13, které vymezují vůli v závitech. Po jemném nastavení se zajistí šrouby 12 dotažením matic 13 na pevno. Axiální ustavení výbojové trubice 11 po natočení polarizace výstupního svazku paprsků je zajištěno v držáku 16, který je spojen opásáním 20 s výbojovou trubicí 11.When adjusting the resonator, it is necessary to tilt the laser mirrors 6 so that the centers of curvature of the mirrors 6 are on the optical axis of the discharge tube 11. This adjustment is carried out by rotating obliquely on the outer circumference of the toothed washers 7. via inclined washers 7 by means of, for example, screws which are screwed into the inserts 3 via invarate faces 4. The tilting of the inclined washers 7 is best controlled by pinions that are in a special fixture screwed to the resonator at the time of adjustment. Fine adjustment of the discharge tube axis 11 is carried out by means of four invar bolts 12 with spring-loaded lock nuts 13 which define the play in the threads. After fine adjustment, secure the screws 12 by tightening the nuts 13 firmly. Axial alignment of the discharge tube 11 after the polarization of the output beam is reversed is provided in the holder 16, which is connected by the wrap 20 to the discharge tube 11.

Rezonátor je vhodný pro využití v laserovém interferenčním systému čs. výroby s blokovým řešením hlavice, která obsahuje zdrojové, řídící, termostatizační a detekční elektronické bloky.Resonator is suitable for use in laser interference system MS. production with block solution of the head, which contains source, control, thermostatization and detection electronic blocks.

Claims

A single-frequency laser with a reduced rise time, the base body of which is formed from an alloy with a low coefficient of thermal expansion, for example of invar, characterized in that the base body of (1) is formed by an open tube, circumferentially equipped with a heated thermally conductive sheath (2) made of copper, for example,

5 of the body (1) abut by an external cylindrical shoulder of a thermally conductive liner (3), for example of copper, with which the goods fronts (4) abut by two inclined and on the outer circumference of the toothed washer (7) are connected to the front wall of the base body ( 1), wherein the center of the invarate faces (4) are resonator mirrors (6) mounted on the electrostrictive elements (5).

Resonator according to claim 1, characterized in that the discharge tube (11) located inside the base body (1) is fastened by a wrapping [20] connected to a holder (16J) which fits transversely into the recess (18), the discharge tube (11) being supported by four article screws (12) with spring-loaded lock nuts (13) arranged in the base body (1) against spring-loaded holders (14) with resilient contacts (15).

Resonator according to claim 1, characterized in that the goods fronts (4) are provided with thermally conductive housings (9), for example of aluminum, wherein a circuit of an input amplifier (10) with a photodetector is arranged in the housing (9).