PL68126B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: Opublikowano: 1.X.1973 KI. 21g,53/02 MKP HOls 3/11 Twórca wynalazku: Wieslaw Wyrebski Wlasciciel patentu: Wojskowa Akademia Techniczna, Warszawa (Polska) Uklad laserowy do generacji nanosekundowych impulsów duzej mocy o regulowanym dowolnie krótkim odstepie czasowym Przedmiotem wynalazku jest uklad laserowy do generacji nanosekundowych impulsów duzej mocy o regulowanym dowolnie krótkim odstepie czaso¬ wym, przeznaczony dla celów energetyki przemy¬ slowej.Znane dotychczas urzadzenia laserowe sluzace do wytwarzania nanosekundowych impulsów duzej mocy tak zwanych impulsów gigantycznych za¬ wieraly material czynny w postaci pojedynczej cy¬ lindrycznej paleczki, koncentryczna lampe pompu¬ jaca w ksztalcie spirali opasujacej material czyn¬ ny, której os symetrii pokrywala sie z osia mate¬ rialu czynnego oraz rezonator zlozony z nierucho¬ mego zwierciadla plaskiego i wirujacego pryzmatu umieszczonych po przeciwnych stronach plasz¬ czyzn podstawy paleczki materialu czynnego w plaszczyznach prostopadlych do kierunku pro¬ pagacji promieniowania laserowego. Wygenerowa¬ nie impulsu polegalo na tym, ze ruch pryzmatu utrudnial rozpoczecie akcji laserowej i pozwalal na uzyskanie w materiale czynnym wiekszej licz¬ by atomów w stanie wzbudzonym co w momencie równoleglego ustawienia plaszczyzny czolowej pry¬ zmatu do plaszczyzny czolowej zwierciadla powo¬ dowalo wypromieniowanie energii w bardzo krót¬ kim czasie dajac impuls bardzo duzej mocy rzedu megawatów i o krótkim czasie trwania zaleznym od rodzaju uzytego materialu czynnego, energii lampy pompujacej i szybkosci wirowania pryzma¬ tu. Uklad ten nie stwarzal mozliwosci uzyskiwa- 25 nia dwu kolejnych impulsów w odstepach czaso¬ wych rzedu mikrosekundy, wymagaloby to bo¬ wiem uzyskania szybkosci wirowania pryzmatu rzedu 106 obrotów/sek przy jednoczesnym wyso¬ kim poziomie energii lampy pompujacej.Celem wynalazku jest wyeliminowanie wyzej omówionej niedogodnosci i opracowanie ukladu za¬ pewniajacego generacje impulsów duzej mocy o regulowanym dowolnie krótkim odstepie czaso¬ wym.Cel ten zostal osiagniety przez skonstruowanie ukladu w którym material czynny ma postac co najmniej dwu równolegle wzgledem siebie usta¬ wionych paleczek cylindrycznych o powierzchniach podstaw scietych pod katem zapewniajacym wyj¬ scie promieniowania laserowego z materialu czyn¬ nego pod katem Brewstera z których kazda z cy¬ lindrycznych paleczek jest umieszczona w jednym z dwu ognisk eliptycznej lampy pompujacej utwo¬ rzonej przez jednoczesne objecie spirala obu po¬ wierzchni cylindrycznych paleczek materialu czyn¬ nego, a rezonator stanowia umieszczone po prze¬ ciwnych stronach plaszczyzny podstaw obu pale¬ czek, jeden wirujacy prostokatny pryzmat, które¬ go plaszczyzna czolowa jest prostopadla do kie¬ runku promieniowania laserowego, a krawedz wierzcholka kata prostego przeciwleglego do plasz¬ czyzny czolowej dzieli powierzchnie podstaw pa¬ leczek na polowy i co najmniej dwa zwierciadla plaskie z których jedno zwierciadlo jest nierucho- 68 12668126 me i jego powierzchnia czolowa jest prostopadla do kierunku promieniowania wychodzacego z pierwszej paleczki materialu czynnego, a co naj¬ mniej jedno z dwu zwierciadel plaskich jest ru¬ chome i kat nachylenia jego powierzchni czolowej 5 wzgledem kierunku promieniowania wychodzacego z drugiej paleczki materialu czynnego jest regu¬ lowany nastawczo, przy czym kierunek przyrostu tego kata jest zgodny z kierunkiem obrotu wiru¬ jacego pryzmatu. Ponadto kazda z co najmniej dwu 10 cylindrycznych paleczek materialu czynnego moze byc wykonana z innego materialu rózniacego sie od pozostalych wartoscia wspólczynnika zalamania swiatla i czasem zycia w stanie wzbudzonym albo tylko wartoscia wspólczynnika zalamania albo tyl- 15 ko czasem zycia w stanie wzbudzonym.Ten rodzaj rozwiazania daje nastepujace ko¬ rzysci techniczne. Zastosowanie materialu czynnego w postaci dwu cylindrycznych paleczek i uzycie rezonatora zawierajacego pryzmat wirujacy i dwa 20 zwierciadla plaskie przyporzadkowane tym palecz¬ kom, z których co najmniej jedno zwierciadlo plas¬ kie ma regulowany kat nachylenia powierzchni czolowej wzgledem kierunku promieniowania wy¬ chodzacego z paleczki materialu czynnego pod ka- 25 tern Brewstera spowodowalo, ze w czasie jednego pelnego obrotu wirujacego pryzmatu jego powierz¬ chnia czolowa zajmuje co najmniej dwa polozenia w których jest równolegla do powierzchni raz jed¬ nego nieruchomego zwierciadla plaskiego, a raz 3l do powierzchni drugiego ruchomego zwierciadla plaskiego co daje w efekcie generacje dwu impul¬ sów o odstepie czasowym zaleznym od kata skre¬ cenia zwierciadla ruchomego rezonatora i szybkos¬ ci obrotu wirujacego pryzmatu. 35 Wynalazek zostal objasniony w przykladzie wy¬ konania na rysunku przedstawiajacym schematycz¬ nie generacyjny uklad laserowy. Uklad laserowy ^wedlug wynalazku sklada sie z materialu czynne¬ go uformowanego w postaci dwu cylindrycznych *o paleczek 1 i 2 o powierzchniach podstaw scietych pod katem zapewniajacym wyjscie promieniowa¬ nia z materialu czynnego paleczki pod katem 9 Brewstera to jest katem calkowitej polaryzacji promieniowania. 45 Obydwie paleczki z materialu czynnego umiesz¬ czone sa w ogniskach elipsy, która stanowi prze¬ krój poprzeczny blyskowej lampy pompujacej utworzonej przez nawiniecie spirali 3 jednoczesnie na obie cylindryczne powierzchnie boczne pale- 50 czek 1 i 2. Powierzchnie lampy pompujacej stano¬ wi reflektor w postaci srebrnego ekranu 8 o prze¬ kroju poprzecznym w ksztalcie elipsy. Rezonator stanowia umieszczone po przeciwnej stronie plasz¬ czyzn podstawy dwa zwierciadla plaskie 5 i 6 oraz 55 wirujacy prostokatny pryzmat 4. Plaszczyzna czo¬ lowa pryzmatu 4 jest prostopadla do kierunku pro¬ mieniowania laserowego i równolegla do osi wiro¬ wania pryzmatu prostopadlej do krawedzi wierz¬ cholka kata prostego pryzmatu przeciwleglego do 60 jego plaszczyzny czolowej. Wzajemne ustawienie cylindrycznych paleczek 1 i 2 materialu czynnego i pryzmatu 4 zapewnia podzial plaszczyzn podstaw obu paleczek 1 i 2 przez krawedz wierzcholka ka¬ ta prostego pryzmatu 4 na polowy. Nierówny po- 65 dzial plaszczyzn podstaw paleczek powoduje zmniejszenie przekroju czynnego materialu pa¬ leczki dla którego zachodzi akcja laserowa dajac w efekcie zmniejszenie mocy wygenerowanych im¬ pulsów.Zwierciadlo plaskie 5 jest nieruchome, a jego powierzchnia czolowa jest prostopadla do kierun¬ ku promieniowania laserowego wychodzacego z pa¬ leczki 1 pod katem Brewstera. Zwierciadlo plaskie 6 ma zapewniona nastawna regulacje kata nachy¬ lenia powierzchni czolowej wzgledem kierunku promieniowania wychodzacego z paleczki 2, zapew¬ niajaca zmiane kata skrecenia powierzchni zwier¬ ciadla 6 w stosunku do polozenia pierwotnego w którym powierzchnia czolowa zwierciadla 6 by¬ la prostopadla do kierunku promieniowania wy¬ chodzacego z paleczki 2 pod katem Brewstera, zgodnie z kierunkiem wirowania pryzmatu 4. Scie¬ cie powierzchni podstaw obu paleczek 1 i 2 pod katem zapewniajacym wyjscie promieniowania la¬ serowego z materialu czynnego pod katem Brew¬ stera zapobiega powstawaniu strat odbiciowych promieniowania na obszarze granicznym material czynny — powietrze, powodujacych zniszczenie po¬ wierzchni plaszczyzn podstaw paleczek oraz zmniejszenie maksymalnej mocy wygenerowanych impulsów. Dla zapewnienia szerokiego rozstawu zwierciadel plaskich 5 i 6 ulatwiajacego regulacje kata 7 nachylenia plaszczyzny czolowej zwiercia¬ dla 6 wzgledem kierunku promieniowania wycho¬ dzacego z paleczki 2, powierzchnie obu podstaw paleczki 1 sa sciete równolegle, a powierzchnie obu podstaw paleczki 2 sa sciete przeciwnie.Po przylozeniu impulsu zaplonowego na lampe pompujaca nastepuje emitowanie przez lampe pro¬ mieniowania powodujacego inwersje obsadzen w materiale czynnym obu paleczek 1 i 2. W mo¬ mencie kiedy zaludnienie poziomu metastabilnego staje sie najwieksze wirujacy pryzmat 4 zwieksza dobroc rezonatora poprzez równolegle ustawienie swojej plaszczyzny czolowej do powierzchni zwier¬ ciadla 5 dzieki czemu nastepuje powrót atomów wzbudzonych do nizszego stanu energetycznego i wygenerowanie pierwszego impulsu gigantyczne¬ go. Po uplywie czasu okreslonego wielkoscia kata skrecenia 7 zwierciadla 6 i szybkoscia wirowania pryzmatu 4 nastapi równolegle ustawienie plasz¬ czyzny czolowej pryzmatu 4 do plaszczyzny czolo¬ wej zwierciadla 6 i wygenerowanie drugiego im¬ pulsu z materialu czynnego paleczki 2. Odstep cza¬ sowy miedzy wygenerowanymi impulsami jest pro¬ porcjonalny do wielkosci kata 7 i odwrotnie pro¬ porcjonalny do szybkosci wirowania pryzmatu 4.Zakres regulacji kata 7 jest ograniczony wielkoscia zmian powierzchni przekroju czynnego materialu paleczki 2 i wartoscia wspólczynnika zalamania swiatla, warunkujacych dopuszczalny rozrzut mo¬ cy impulsów kolejnych. Przyjmuje sie ze wzgle¬ dów uzytkowych, ze rozrzut ten nie powinien prze¬ kraczac ±10fVo, co przy wykonaniu obydwu pale¬ czek z tego samego materialu czynnego pozwala na uzyskanie regulacji kata 7 w zakresie ±0,1 ra- diana.Wykonanie paleczek cylindrycznych z róznych materialów czynnych umozliwia uzyskanie róznych5 68126 6 wartosci katów Brewstera dla promieniowania wy¬ chodzacego z obu paleczek i stalego narzuconego róznica tych katów wstepnego skrecenia plasz¬ czyzny czolowej jednego zwierciadla wzgledem dru¬ giego, niezaleznie od regulowanego skrecenia pla¬ szczyzny czolowej zwierciadla wzgledem kierunku promieniowania wychodzacego z przyporzadkowa¬ nej mu paleczki materialu czynnego, realizowanego w zakresie zmian kata 7, co umozliwia uzyskiwa¬ nie znacznie wiekszych odstepów czasowych im¬ pulsów wygenerowanych. PL PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 15 1. Uklad laserowy do generacji nanosekundo- wych impulsów duzej mocy o regulowanym do¬ wolnie krótkim odstepie czasowym przeznaczony dla celów energetyki przemyslowej, zawierajacy material pobudzajacy w stanie stalym, spiralna lampe pompujaca oraz rezonator znomienny tym, 2C ze material czynny jest uformowany w postaci co najmniej dwu równolegle wzgledem siebie usta¬ wionych cylindrycznych paleczek (1) i (2) o po¬ wierzchniach podstaw scietych pod katem zapew¬ niajacym wyjscie promieniowania z materialu ^ czynnego pod katem Brewstera, z których kazda z cylindrycznych paleczek (1) i (2) jest umieszczo¬ na w jednym z dwu ognisk elipsy przekroju po¬ przecznego lampy pompujacej utworzonej przez jednoczesne objecie spirala (3) obu powierzchni 30 cylindrycznych paleczek (1) i (2) materialu czyn¬ nego, a rezonator stanowia umieszczone po prze¬ ciwnych stronach plaszczyzny podstaw paleczek (1) i (2), jeden wirujacy prostokatny pryzmat (4), którego plaszczyzna czolowa jest prostopadla do kierunku promieniowania laserowego, a krawedz wierzcholka kata prostego przeciwleglego do plasz¬ czyzny czolowej pryzmatu (4) dzieli powierzchnie podstaw obu paleczek (1) i (2) na polowy i co naj¬ mniej dwa zwierciadla plaskie z których zwier¬ ciadlo (5) jest nieruchome i jego powierzchnia czo¬ lowa jest prostopadla do kierunku promieniowania wychodzacego z paleczki (1) materialu czynnego, a co najmniej jedno z dwu zwierciadel plaskich jest ruchome i kat nachylenia (7) powierzchni czo¬ lowej zwierciadla (6) wzgledem kierunku promie¬ niowania wychodzacego z paleczki (2) materialu czynnego jest regulowany nastawnie, przy czym kierunek przyrostu wielkosci tego kata (7) jest zgodny z kierunkiem obrotu wirujacego pryz¬ matu (4).

2. Uklad laserowy wedlug zastrz. 1 znamienny tym, ze kazda z co najmniej dwu cylindrycznych paleczek materialu czynnego jest wykonana z in¬ nego materialu rózniacego sie od pozostalych war¬ toscia wspólczynnika zalamania swiatla i czasem zycia w stanie wzbudzonym albo tylko wartoscia wspólczynnika zalamania albo tylko czasem zycia w stanie wzbudzonym. PL PL