RU16415U1

RU16415U1 - SOLID LASER

Info

Publication number: RU16415U1
Application number: RU2000114364/20U
Authority: RU
Inventors: М.И. Баганов; Б.М. Каплан; В.Д. Введенский; С.М. Малинин; Ю.Н. Батов
Original assignee: Открытое акционерное общество "ЛОМО"
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2000-06-05
Publication date: 2000-12-27

Description

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕРSOLID LASER

Предполагаемая полезная модель относится к лазерной технике, а именно к конструкциям твердотельных лазеров.The proposed utility model relates to laser technology, namely to the design of solid-state lasers.

Известно, что вибрации прибора, механические и термические деформации корпуса лазера приводят к разъюстировке зеркал резонатора и потерям энергии выходного излучения.It is known that the vibration of the device, mechanical and thermal deformations of the laser housing lead to the alignment of the cavity mirrors and the energy loss of the output radiation.

В настоящее время существуют конструкции резонаторов лазеров, в которых зеркала и активный элемент закреплены на жестких опорах. В них уменьшено влияние вредных эксплуатационных воздействий на характеристики выходного излучения лазера.Currently, there are designs of laser resonators in which the mirrors and the active element are mounted on rigid supports. They reduced the influence of harmful operational influences on the characteristics of the output laser radiation.

Так, например, устройство крепления зеркал резонатора по 1 содержит жесткую трубку, два средства крепления, охватывающие внешнюю поверхность трубы и фиксирующие ее в корпусе лазера; две плоские уравновешенные пластины, параллельные друг другу и расположенные на концах трубы; средства крепления двух зеркал резонатора относительно пластин и средства их настройки (юстировки). Юстировка зеркал происходит за счет трехкоординатной подвижки их с помощью регулировочных винтов, которые вставлены и зафиксированы в отверстиях ручек звездообразной оправы каждого зеркала.So, for example, the attachment device for the resonator mirrors according to 1 contains a rigid tube, two fastening means covering the outer surface of the tube and fixing it in the laser housing; two flat balanced plates parallel to each other and located at the ends of the pipe; means for fastening two resonator mirrors relative to the plates and means for their adjustment (adjustment). The mirrors are aligned due to their three-coordinate movement with the help of adjusting screws, which are inserted and fixed in the holes of the handles of the star-shaped frame of each mirror.

Описанное устройство обладает следующими недостатками.The described device has the following disadvantages.

Устройство содержит большое количество деталей сложной формы, что сказывается на себестоимости лазера при его производстве.The device contains a large number of parts of complex shape, which affects the cost of the laser in its manufacture.

В устройстве используются юстировочные элементы, которые позволяют поддерживать точную юстировку зеркал резонатора в течение определенного промежутка времени, после истечения которого требуется дополнительная их регулировка.The device uses alignment elements that allow you to maintain accurate alignment of the resonator mirrors for a certain period of time, after which they require additional adjustment.

Известно юстировочное устройство для оптического квантового генератора 2, содержащее активный элемент и резонатор, состоящий из двух зеркал. Активный элемент и зеркала установлены в общем каркасе, состоящем из двух вертикальных стоек. Оптическая ось резонатора задается ориентацией зеркал по отношению к нижнему основанию каркаса. Положение зеркал резонатора при необходимости можно регулировать независимо от юстировки положения активного элемента. Зеркала резонатора вмонтированы в вертикальные стойки, а активный элемент закреплен на нижнем основании каркаса с помощью регулируемых держателей, расположенных на его концах. Каждый регулируемый держатель имеет в одной плоскости, перпендикулярной оптической оси два вертикально стоящих, независимых друг от друга микрометрических установочных винта, которые воздействуют снизу на горизонтально расположенные двойные рычаги, которые имеют возможность перемещения вокруг осей, ориентированных параллельно оптической оси. Активный элемент фиксирован в зажимном устройстве с помощью потайных винтов. Зажимное устройство жестко соединено с двойным рычагом. Длинное плечо верхнего рычага соединено с нижним основанием каркаса посредством пружины натяжения. Микрометрические винты допускают смещение положения активного элемента относительно оптической оси резонатора на участке размещения этого регулируемого устройства в произвольном направлении поперечно этой оси. В результате указанного смещения обеспечивается юстировка активного элемента по отношению к этой оси. Зеркала резонатора выполнены сферическими и расположены конфокально, ось одного зеркала параллельно оси другого. Одно из зеркал кре- 2 -54Ш У/ УKnown alignment device for an optical quantum generator 2 containing an active element and a resonator consisting of two mirrors. The active element and mirrors are installed in a common frame, consisting of two vertical racks. The optical axis of the resonator is determined by the orientation of the mirrors with respect to the lower base of the frame. The position of the resonator mirrors, if necessary, can be adjusted independently of the alignment of the position of the active element. The resonator mirrors are mounted in vertical struts, and the active element is mounted on the lower base of the frame using adjustable holders located at its ends. Each adjustable holder has in the same plane perpendicular to the optical axis two vertically standing, independent from each other micrometric set screws that act from below on horizontally arranged double levers that can move around axes oriented parallel to the optical axis. The active element is fixed in the clamping device using countersunk screws. The clamping device is rigidly connected to the double lever. The long shoulder of the upper arm is connected to the lower base of the frame by means of a tension spring. Micrometric screws allow the position of the active element to be displaced relative to the optical axis of the resonator at the location of this adjustable device in an arbitrary direction transverse to this axis. As a result of this displacement, alignment of the active element with respect to this axis is ensured. The resonator mirrors are made spherical and are confocal, the axis of one mirror parallel to the axis of the other. One of the mirrors cre- 2 -54Sh U / U

пится в стойке каркаса с возможностью плоскопараллельного перемещения с помощью винта. Зеркала резонатора могут быть зафиксированы после их установки путем заливки, например, искусственными смолами.it is drunk in a rack of a framework with a possibility of plane-parallel movement by means of a screw. The resonator mirrors can be fixed after their installation by pouring, for example, artificial resins.

Устройство обладает следующими недостатками.The device has the following disadvantages.

Устройство обеспечивает стабильность характеристик выходного излучения лазера только в узком диапазоне температур и механических воздействий в течение ограниченного промежутка времени. Это обусловлено тем, что в нем используются пружины натяжения, с помощью которых невозможно в течение продолжительного времени точно фиксировать положение активного элемента, кроме того в устройстве используется заливка зеркал резонатора искусственными смолами, которые усаживаются со временем и имеют высокий коэффициент температурного растяжения.The device provides stability characteristics of the output laser radiation only in a narrow range of temperatures and mechanical stresses for a limited period of time. This is due to the fact that it uses tension springs, with the help of which it is impossible to accurately fix the position of the active element for a long time, in addition, the device uses the filling of the resonator mirrors with artificial resins that shrink over time and have a high coefficient of thermal tension.

Устройство имеет встроенные юстировочные механизмы, которые обеспечивают точную регулировку зеркал в течение определенного периода времени, после истечения которого требуется дополнительная их юстировка.The device has built-in adjustment mechanisms that provide precise adjustment of the mirrors for a certain period of time, after the expiration of which additional adjustment is required.

Устройство обладает сложной конструкцией и имеет высокую себестоимость при производстве.The device has a complex structure and has a high cost in production.

В устройстве не предусмотрена возможность замены отдельных элементов, например, осветителя лампы накачки.The device does not provide for the possibility of replacing individual elements, for example, a pump lamp illuminator.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому лазеру является твердотельный лазер, содержащий активный элемент и оптический резонатор, состоящий из двух зеркал, одно из которых сферическое. Активный элемент и зеркала установлены на основании.Основание выполнено в виде угольника или иного жесткого профиля, зеркала резонатора жестко зафиксированы на плоских параллельныхThe closest technical solution to the claimed laser is a solid-state laser containing an active element and an optical resonator, consisting of two mirrors, one of which is spherical. The active element and mirrors are mounted on the base. The base is made in the form of a square or other rigid profile, the resonator mirrors are rigidly fixed on plane parallel

торцах основания, закрепленного в корпусе лазера. Одно из зеркал резонатора выполнено составным, в виде сферического зеркала, закрепленного по своей боковой поверхности в плоскопщ)аллельной пластине, причем ось сферического зеркала параллельна нормали к поверхности пластины. Соединение элементов резонатора и соединение основания с корпусом лазера выполнены клеевыми 3.ends of the base, mounted in the laser housing. One of the resonator mirrors is made integral, in the form of a spherical mirror fixed along its lateral surface in a plane-flat allelic plate, the axis of the spherical mirror being parallel to the normal to the surface of the plate. The connection of the elements of the resonator and the connection of the base with the laser housing are made of adhesive 3.

Описанное устройство обладает следуюпщми недостатками:The described device has the following disadvantages:

-не обеспечивается стабильность расположения проекции центра кривизны сферической поверхности в диапазоне температур -40°С - +70°С. Это обуславливается тем, что в конструкции прототипа не обеспечивается равномерность клеевого шва по боковой поверхности;- the stability of the projection of the center of curvature of the spherical surface is not ensured in the temperature range -40 ° С - + 70 ° С. This is due to the fact that the design of the prototype does not provide uniformity of the adhesive joint along the side surface;

-требуется юстировка положения сферы в подложке;- adjustment of the position of the sphere in the substrate is required;

-необходимо производить процедуру стщ)ения клеевого шва.- it is necessary to carry out the procedure of stitching the glue line.

Основной задачей, на решение которой направлена полезная модель, является обеспечение стабильности работы твердотельного лазера в широком температурном диапазоне, упрощение конструкции и связанное с этим уменьшение себестоимости устройства.The main task, which the utility model is aimed at, is to ensure the stability of the solid-state laser in a wide temperature range, simplify the design, and thereby reduce the cost of the device.

Для решения поставленной задачи предлагается твердотельнгый лазер, который как и прототип содержит активный элемент и оптический резонатор, состоящий из двух зеркал, одно из которых выполнено сферическим, при этом зеркала резонатора зафиксированы на плоских параллельных торцах основания, закрепленного в корпусе лазера.To solve this problem, a solid-state laser is proposed, which, like the prototype, contains an active element and an optical resonator consisting of two mirrors, one of which is made spherical, while the resonator mirrors are fixed on flat parallel ends of the base fixed in the laser housing.

Предлагаемый твердотельный лазер отличается от прототипа тем, что сферическое зеркало резонатора выполнено монолитным с составной внутрирезонаторной поверхностью, состоящей из сферической и плоской частей, при этом положение проекции центра кривизныThe proposed solid-state laser differs from the prototype in that the spherical mirror of the resonator is made monolithic with a composite intracavity surface consisting of spherical and flat parts, while the position of the projection of the center of curvature

- 4 - 4

сферической части поверхности зеркала обеспечивается заклоном к тыльной поверхности зеркала плоской внутрирезонаторной поверхности, которая прикреплена к основанию резонатора.the spherical part of the mirror surface is provided with a slope to the rear surface of the mirror of a flat intracavity surface, which is attached to the base of the resonator.

С помощью предлагаемого твердотельного лазера, в котором сферическое зеркало выполнено монолитным достигается следующий технический результат:Using the proposed solid-state laser, in which the spherical mirror is made monolithic, the following technical result is achieved:

-исключается нестабильность положения центра кривизны сферической поверхности в диапазоне температур;- eliminates the instability of the center of curvature of the spherical surface in the temperature range;

-исключается увод центра кривизны сферы в процессе старения клея;- elimination of the center of curvature of the sphere in the process of aging of the glue;

-снижаются затраты на изготовление узла и его проверки в диапазоне температур.- Reduced costs for the manufacture of the node and its verification in the temperature range.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых на фиг.1 - изображена аксометрическая проекция предлагаемого лазера, на фиг.2 и 3 - проекции сферического зеркала резонатора.The essence of the utility model is illustrated by drawings, in which figure 1 - shows an axometric projection of the proposed laser, figure 2 and 3 - projection of a spherical mirror of the resonator.

Твердотельный лазер содержит осветитель 1 прямоугольной формы, состоящий из отражателя 2, цилиндрической лампы накачки 3 и активного элемента 4 в виде стержня. Осветитель устанавливается своими опорными элементами 5 на компенсационные прокладки 6, расположенные на основании 7, и прижат к нему посредством пружины 8, закрепленной на корпусе 9 лазера винтами 10. Активный элемент 4 сделан из активированного стекла ЛГС-ХМ.The solid-state laser contains a rectangular illuminator 1, consisting of a reflector 2, a cylindrical pump lamp 3, and an active element 4 in the form of a rod. The lighter is mounted with its supporting elements 5 on the compensation gaskets 6, located on the base 7, and pressed to it by means of a spring 8, mounted on the laser housing 9 with screws 10. The active element 4 is made of activated glass LGS-XM.

В качестве материала опорных площадок использовано олово. Основание 7 выполнено в форме угольника. Угольник и корпус осветителя сделаны из кварцевого стекла КУ-2. Оптическая ось 11 резонатора лазера задана положением активного элемента 4 относительно поверхностей основания 7. Зеркала 12, 13 резонатора жестко зафик- 5 .НЧ3iAs the material of the supporting platforms used tin. The base 7 is made in the form of a square. The square and the body of the illuminator are made of quartz glass KU-2. The optical axis 11 of the laser resonator is set by the position of the active element 4 relative to the surfaces of the base 7. The mirrors 12, 13 of the resonator are rigidly fixed. 5. LF3i

сированы на плоских пщ)аллельных торцах 14 основания. Эти соединения выполнены при помощи клея. Соединение основания 7 с корпусом 9 сделано посредством слоя герметика.are located on the flat base) allelic ends of the 14th base. These compounds are made with glue. The connection of the base 7 with the housing 9 is made through a layer of sealant.

Сферическое зеркало 12 (фиг.2, 3) резонатора выполнено монолитным, состоящим из сферической 15 и плоской 16 внутрирезонаторных поверхностей.The spherical mirror 12 (FIGS. 2, 3) of the resonator is made monolithic, consisting of spherical 15 and flat 16 intracavity surfaces.

Положение проекции центра кривизны сферической поверхности 15 обеспечивается заклоном к тыльной поверхности 17 сферического зеркала плоской внутрирезонаторной поверхности 16, которая прикреплена к торцам основания 14 резонатора.The position of the projection of the center of curvature of the spherical surface 15 is provided by a slope to the rear surface 17 of the spherical mirror of the flat intracavity surface 16, which is attached to the ends of the base 14 of the resonator.

Работа твердотельного лазера осуществляется следующим образом.The operation of a solid-state laser is as follows.

Устройство работает как обычный твердотельный лазер. В силу специфики условий работы конструкции она должна обеспечивать взаимную стабильность положения оптических элементов в широком диапазоне температур при взаимодействии ударов с ускорением и вибрацией в широком диапазоне частот.The device works like a regular solid state laser. Due to the specifics of the working conditions of the structure, it should ensure mutual stability of the position of the optical elements in a wide temperature range during the interaction of shock with acceleration and vibration in a wide frequency range.

Юстировка устройства осуществляется следующим образом. Во время жизнеспособности светополимеризующего клея можно провести операцию юстировки положения сферического зеркала 12 методом двухкоординатной линейной подвижки сферического зеркала 12 относительно плоского торца 14 основания 7 в плоскости, перпендикулярной оптической оси резонатора, с одновременным поджатием плоскости зеркала 12 к поверхности торца 14. Подвижка сферического зеркала 12 на величину L эквивалентна заклону его на уголAlignment of the device is as follows. During the life of the light-curing adhesive, it is possible to carry out the operation of adjusting the position of the spherical mirror 12 by the method of two-axis linear movement of the spherical mirror 12 relative to the flat end 14 of the base 7 in the plane perpendicular to the optical axis of the resonator, while simultaneously compressing the plane of the mirror 12 to the surface of the end 14. Moving the spherical mirror 12 onto the value of L is equivalent to sloping it by an angle

а L/R, где R - радиус сферического зеркала (фиг.2).and L / R, where R is the radius of the spherical mirror (figure 2).

тающем собранном резонаторе, с установленным и подключенном электрически осветителе 1. Конечное положение зеркала 12 определяется по максимальному уровню генерируемой энергии.melting assembled resonator, with an installed and connected electrically illuminator 1. The final position of the mirror 12 is determined by the maximum level of generated energy.

Подвижка зеркала осуществляется микрометрическими винтами съемного приспособления, полимеризация клея осуществляется источником света с длиной волны 400 - 500 нм.The movement of the mirror is carried out by micrometric screws of a removable device, the polymerization of glue is carried out by a light source with a wavelength of 400 - 500 nm.

Такой способ юстировки удобен при массовом производстве лазеров, так как благодщ)я отсутствию подвижных элементов юстировки не требует индивидуальной элементов резонатора и снижаются требования к центрировке сферических поверхностей зеркал.Such an alignment method is convenient for mass production of lasers, since, due to the lack of movable alignment elements, it does not require individual resonator elements and the requirements for centering the spherical surfaces of mirrors are reduced.

Таким образом предлагаемая конструкция твердотельного лазера позволяет обеспечить стабильность работы лазера во времени и в диапазоне температур, а также уменьшает трудоемкость изготовления сферического зеркала и исключает дополнительные проверки зеркала.Thus, the proposed design of a solid-state laser allows for the stability of the laser in time and in the temperature range, and also reduces the complexity of manufacturing a spherical mirror and eliminates additional mirror checks.

- 7 ((у- 7 ((at

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION

1.Патент США N 3581231, И 01S 3/02, 17.06.691.US Patent N 3581231, And 01S 3/02, 06/17/69

2.Патент ФРГ N 1292767, Н 01S 3/08, 29.09.642.Patent of Germany N 1292767, H 01S 3/08, 09/29/64

3.Патент Российской Федерации N 2102824, Н 01S 3/02, 3/05, 1998 - прототип.3. Patent of the Russian Federation N 2102824, Н 01S 3/02, 3/05, 1998 - prototype.

Claims

A solid state laser containing an active element and an optical resonator consisting of two mirrors, one of which is spherical, while the resonator mirrors are fixed on flat parallel ends of the base fixed in the laser housing, characterized in that the spherical mirror of the resonator is made monolithic with a composite intracavity surface, consisting of spherical and flat parts, and the position of the projection of the center of curvature of the spherical part of the mirror surface is provided by a slope to the rear surface of the mirror ala intracavity flat surface that is attached to the base of the cavity.