RU2102824C1 - Solid-state laser - Google Patents
Solid-state laser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2102824C1 RU2102824C1 RU96116070A RU96116070A RU2102824C1 RU 2102824 C1 RU2102824 C1 RU 2102824C1 RU 96116070 A RU96116070 A RU 96116070A RU 96116070 A RU96116070 A RU 96116070A RU 2102824 C1 RU2102824 C1 RU 2102824C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- base
- mirrors
- laser
- resonator
- illuminator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к лазерной технике, а именно к конструкциям твердотельных лазеров. The present invention relates to laser technology, namely to the design of solid-state lasers.
Известно, что вибрации прибора, механические и термические деформации корпуса лазера приводят к разьюстировке 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 loss of energy 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. Так, например, устройство крепления зеркал резонатора [1] содержит жесткую трубу, 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 зведообразной оправы каждого зеркала. 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. So, for example, the attachment device for the resonator mirrors [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, препятствующими достижению указанного ниже технического результата. The described device has the following disadvantages that impede the achievement of the following technical result.
1. Устройство содержит большое количество деталей сложной формы, что сказывается на себестоимости лазера при его производстве;
2. Используются встроенные юстирующие элементы, которые позволяют поддерживать точную юстировку зеркал резонатора в течении определенного промежутка времени, после истечения которого требуется дополнительная их регулировка.1. The device contains a large number of parts of complex shape, which affects the cost of the laser in its production;
2. Built-in adjustment elements are used, which allow maintaining accurate adjustment of the resonator mirrors for a certain period of time, after the expiration of which additional adjustment is required.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому лазеру является юстирующее 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 пластин-оснований и 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 параллельна оси другого. Одно из зеркал крепится в стойке каркаса с возможностью плоскопараллельного перемещения с помощью винта. Зеркала резонатора могут быть зафиксированы после из установки путем заливки, например, искусственными смолами. Прототип обладает следующими недостатками, препятствующими достижению указанного ниже технического результата:
1. Прототип обеспечивает стабильность характеристик выходного излучения лазера только в узком диапазоне температур и механических воздействий в течении ограниченного промежутка времени. Это обусловлено тем, что в нем используются, пружины натяжения, с помощью которых невозможно в течении продолжительного времени точно фиксировать положение активного элемента, кроме того в устройстве используются заливка зеркал резонатора искусственными смолами, которые усаживаются со временем и имеют высокий коэффициент температурного растяжения;
2. Прототип имеет встроенные юстировочные механизмы, которые обеспечивают точную регулировку зеркал в течении определенного периода времени, после истечения которого требуется дополнительная их юстировка.The closest technical solution to the claimed laser is an 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 base plates and two vertical posts. 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 is parallel to the axis of another. One of the mirrors is mounted in the frame rack with the possibility of plane-parallel movement with a screw. The resonator mirrors can be fixed after installation by pouring, for example, artificial resins. The prototype has the following disadvantages that impede the achievement of the following technical result:
1. The prototype ensures the stability of the 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;
2. The prototype 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.
3. Прототип обладает сложной конструкцией и имеет высокую себестоимость при производстве. 3. The prototype has a complex structure and has a high production cost.
4. В прототипе не предусмотрена возможность замены отдельных элементов, например, осветителя или лампы накачки. 4. The prototype does not provide for the possibility of replacing individual elements, for example, a lighter or pump lamp.
Задачей изобретения является упрощение конструкции твердотельного лазера и регулировки положения зеркал резонатора, и связанное с этим уменьшение себестоимости прибора при сохранении возможности работы в неблагоприятных эксплуатационных условиях (вибраций, механических и термических деформаций корпуса лазера). Кроме того, в устройстве должна быть предусмотрена возможность отдельных элементов конструкции (осветителя, лампы накачки и т.д.). The objective of the invention is to simplify the design of the solid-state laser and adjust the position of the cavity mirrors, and the associated reduction in the cost of the device while maintaining the ability to work in adverse operating conditions (vibration, mechanical and thermal deformation of the laser housing). In addition, the device must provide for the possibility of individual structural elements (illuminator, pump lamp, etc.).
Для решения поставленной задачи предлагается твердотельный лазер, содержащий активный элемент и оптический резонатор, состоящий из 2 зеркал, одно из которых сферическое. Активный элемент и зеркала установлены на жестком основании. To solve this problem, a solid-state laser is proposed that contains an active element and an optical resonator, consisting of 2 mirrors, one of which is spherical. The active element and mirrors are mounted on a rigid base.
Предлагаемое устройство отличается от прототипа следующим. Активный элемент установлен в осветителе, внутри которого расположены лампа накачки и отражатель. Осветитель своими опорными элементами устанавливается на компенсационные прокладки, расположенные на основании и прижат к нему посредством пружины, жестко закрепленной на корпусе лазера. Опорные элементы осветителя и компенсационные прокладки выполнены из материала с высоким коэффициентом трения, а основание имеет форму угольника или иного жесткого профиля и закреплено в корпусе лазера. The proposed device differs from the prototype in the following. The active element is installed in the illuminator, inside of which there is a pump lamp and a reflector. The lighter with its supporting elements is mounted on compensation gaskets located on the base and pressed to it by means of a spring rigidly fixed to the laser housing. The illuminator support elements and compensation gaskets are made of a material with a high coefficient of friction, and the base has the shape of a square or other rigid profile and is fixed in the laser housing.
Зеркала резонатора жестко зафиксированы на плоских параллельных торцах основания. Одно из зеркал выполнено составным, в виде сферического зеркала, зафиксированного по своей боковой поверхности в плоскопараллельной пластине, причем ось сферического зеркала параллельна нормали к поверхности пластины. Соединения элементов резонатора и соединение основания с корпусом лазера выполнены клеевыми. The resonator mirrors are rigidly fixed on flat parallel ends of the base. One of the mirrors is made composite, in the form of a spherical mirror fixed along its lateral surface in a plane-parallel plate, and the axis of the spherical mirror is parallel to the normal to the surface of the plate. The connections of the resonator elements and the connection of the base with the laser housing are made of adhesive.
С помощью предлагаемого изобретения достигнут следующий технический результат:
уменьшено влияние вредных эксплуатационных воздействий (вибрации, механических и термических деформаций корпуса) на характеристики выходного излучения лазера;
предусмотрена возможность точной юстировки зеркал резонатора и фиксирования их без последующей регулировки при эксплуатации;
конструкция имеет по сравнению с аналогами более низкую себестоимость за счет возможности массового изготовления взаимно обезличенных деталей и сборочных единиц, что устраняет необходимость взаимной их подгонки при комплектации и сборке лазеров;
устройство ремонтопригодно, т. е. можно заменить испорченные элементы, например, осветитель или лампу накачки.Using the invention, the following technical result is achieved:
the influence of harmful operational influences (vibration, mechanical and thermal deformations of the case) on the characteristics of the output laser radiation is reduced;
it is possible to accurately align the resonator mirrors and fix them without subsequent adjustment during operation;
the design has a lower cost in comparison with analogs due to the possibility of mass production of mutually impersonal parts and assembly units, which eliminates the need for their mutual adjustment when assembling and assembling lasers;
the device is repairable, i.e. it is possible to replace damaged elements, for example, a light or a pump lamp.
Узлы, взаимное положение которых не требует высокой точности (например, соединение корпуса и угольника) зафиксированы посредством резиноподобного клея. Такое соединение упрощает требования к точности изготовления взаимных посадочных мест этих сборок и позволяет производить из взаимную "грубую" юстировку без доработки. Кроме того, при таком креплении деформации корпуса вызывают сравнительно малые деформирующие усилия, приложенные к другим узлам. Элементы резонатора (зеркала), осветителя с активным элементом, взаимное положение которых требует большой точности, жестко прикреплены друг к другу. В первую очередь "жесткость" сборки резонатора обеспечивает применение в качестве основной несущей всех элементов конструкции жесткого угольника, поверхность которого обрабатывается в составе блока деталей с необходимой точностью и качеством традиционными методиками обработки деталей. К плоским торцам угольника приклеены плоские поверхности выходного зеркала и составного сферического зеркала. Клеевое соединение (с помощью эпоксидного клея) позволяет обеспечить в начальном, легко текучем состоянии клея зазоры между деталями 0,01 мм, и обладает высокой прочностью после выдержки и термообработки. При этом склеиваемые поверхности являются оптически плоскими, что позволяет обеспечивать равную (равномерную) толщину клеевого шва. Так решается вопрос стабильного положения зеркал в условиях воздействия температур, ударов и вибраций. Units whose mutual position does not require high accuracy (for example, the connection of the housing and the square) are fixed by means of rubber-like glue. Such a connection simplifies the requirements for the accuracy of manufacturing of mutual seating places of these assemblies and allows one to make a rough adjustment without modification. In addition, with this fastening, deformations of the housing cause relatively small deforming forces applied to other nodes. The elements of the resonator (mirror), the illuminator with the active element, the mutual position of which requires great accuracy, are rigidly attached to each other. First of all, the “rigidity” of the resonator assembly ensures the use of a rigid square as the main carrier of all structural elements, the surface of which is processed as part of a block of parts with the necessary accuracy and quality by traditional methods of processing parts. The flat surfaces of the output mirror and the composite spherical mirror are glued to the flat ends of the square. The glue joint (using epoxy glue) allows to provide gaps between the parts of 0.01 mm in the initial, easily flowing state of the glue, and has high strength after exposure and heat treatment. In this case, the surfaces to be glued are optically flat, which allows for equal (uniform) thickness of the adhesive joint. This solves the issue of the stable position of the mirrors under the influence of temperatures, shock and vibration.
Кроме того, большое время жизнеспособности клея позволяет за этот период провести операцию юстировки положения сферического зеркала методом двухкоординатной линейной подвижки составного зеркала относительно плоского торца угольника в плоскости перпендикулярной оптической оси резонатора. In addition, a large adhesive life time allows for this period to carry out the operation of aligning the position of the spherical mirror by the method of two-coordinate linear movement of the composite mirror relative to the flat end face of the square in the plane perpendicular to the optical axis of the resonator.
Фиксация положения осветителя в резонаторе осуществляется силами трения, возникающими между опорными площадками осветителя и угольника под воздействием плоской пружины, упруго занимающий корпус осветителя между полками угольника. Устойчивость взаимного положения осветителя и резонатора определяется высоким коэффициентом трения между опорными площадками, обеспеченным специальным подбором материала площадок (например, олово обладает коэффициентом трения от 1 до 2,4 в зависимости от различных факторов). Такая фиксация осветителя позволяет легко его заменять, что обеспечивает ремонтопригодность конструкции. Таким образом, предложенная совокупность существенных признаков изобретения определяет достижение указанного выше технического результата. The position of the illuminator in the resonator is fixed by friction forces arising between the supporting areas of the illuminator and the square under the influence of a flat spring, which elastically occupies the illuminator body between the flanges of the square. The stability of the relative position of the illuminator and the resonator is determined by the high coefficient of friction between the bearing pads, provided by a special selection of the material of the pads (for example, tin has a coefficient of friction from 1 to 2.4, depending on various factors). This fixation of the illuminator makes it easy to replace, which ensures maintainability of the design. Thus, the proposed combination of essential features of the invention determines the achievement of the above technical result.
На фиг.1 изображена аксонометрическая проекция предлагаемого лазера; на фиг.2 показано составное зеркало резонатора. Figure 1 shows a perspective view of the proposed laser; figure 2 shows a composite mirror of the resonator.
Лазер (фиг. 1) содержит осветитель 1 прямоугольной формы, состоящий из цилиндрического 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 сделан из активированного стекла ЛГС-Х2, в конструкции используется цилиндрическая лампа накачки ИНП 2 3/35. 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 угольника 7. Зеркала 12, 13 резонатора жестко зафиксированы на плоских параллельных торцах 14 угольника. Эти соединения выполнены при помощи эпоксидного клея ОК-72 ФТ ГОСТ 14887-88. Соединение угольника 7 с корпусом 9 лазера сделано посредством слоя герметика Виксинт У-2-28 ОСТ 38-03238-81. The laser (Fig. 1) contains a rectangular illuminator 1, consisting of a
Составное зеркало 12 (фиг.2) резонатора выполнено в виде сферического зеркала 15, закрепленного в плоскопараллельной пластине 16 по своей боковой поверхности при помощи эпоксидного клея ОК-72. Как показано на фигуре 2, 17
ось сферического зеркала, 18 ось резонатора, 19 ориентация плоскости подвижки зеркала.Composite mirror 12 (figure 2) of the resonator is made in the form of a
axis of the spherical mirror, 18 axis of the resonator, 19 orientation of the plane of movement of the mirror.
Устройство работает как обычный твердотельный лазер. В силу специфики условий работы конструкции она должна обеспечивать взаимную стабильность положения оптических элементов (разную для отдельных групп) в широком диапазоне температур при воздействии 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 (different for individual groups) in a wide temperature range when exposed to shock with acceleration and vibration in a wide frequency range.
Юстировка устройства осуществляется следующим образом. Во время жизнеспособности эпоксидного клея (примерно 1 час) можно провести операцию юстировки положения сферического зеркала 16 методом двухкоординатной линейной подвижки составного зеркала 12 относительно плоского торца 14 угольника 7 в плоскости перпендикулярной оптической оси резонатора, с одновременным поджатием плоскости зеркала 12 к поверхности торца 14. Подвижка сферического зеркала 16 на величину L эквивалентна заклону его на угол а
a L/R,
где R радиус сферического зеркала (фиг.2).Alignment of the device is as follows. During the life of the epoxy adhesive (approximately 1 hour), it is possible to carry out the operation of aligning the position of the
a L / R,
where R is the radius of the spherical mirror (figure 2).
На финише юстировки такая подвижка осуществляется при "работающем" собранном резонаторе, с установленным и подключенном электрически осветителе 1. Конечное положение зеркала 16 определяется по максимальному уровню генерируемой энергии. Подвижка зеркала осуществляется микрометрическими винтами съемного приспособления, сушка клея производится при механической фиксации взаимного зеркала 12 и угольника 7. At the finish of adjustment, such a shift is carried out with the “assembled” resonator operating, with the illuminator 1 installed and connected electrically. The final position of the
Такой способ юстировки удобен при массовом производстве лазеров, так как благодаря отсутствию подвижных элементов юстировки не требует индивидуальной доработки элементов резонатора и снижает требования к центровке сферических поверхностей зеркал. This alignment method is convenient for mass production of lasers, because due to the absence of movable alignment elements, it does not require individual refinement of the resonator elements and reduces the requirements for alignment of the spherical surfaces of the mirrors.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96116070A RU2102824C1 (en) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | Solid-state laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96116070A RU2102824C1 (en) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | Solid-state laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2102824C1 true RU2102824C1 (en) | 1998-01-20 |
| RU96116070A RU96116070A (en) | 1998-10-10 |
Family
ID=20184222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96116070A RU2102824C1 (en) | 1996-08-02 | 1996-08-02 | Solid-state laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2102824C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2550372C1 (en) * | 2014-03-04 | 2015-05-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Solid-state laser |
-
1996
- 1996-08-02 RU RU96116070A patent/RU2102824C1/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2550372C1 (en) * | 2014-03-04 | 2015-05-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Solid-state laser |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4618604B2 (en) | Assembly of optical element and mount | |
| EP0512816B1 (en) | Laser resonator assembly | |
| CN103235419B (en) | Accurate off-line shaft fixing device and method of wedge-shaped lens disassembly and assembly unit | |
| WO1995023324A1 (en) | Motion-transfer mechanism, beam-splitter assembly, and interferometer | |
| US7448763B2 (en) | Optical subassembly and projection objective in semiconductor lithography | |
| US3783407A (en) | Improved laser optical resonator | |
| RU2102824C1 (en) | Solid-state laser | |
| US5313269A (en) | Three-dimensional refractively scanning interferometer having removable optical cartridge | |
| US20130293964A1 (en) | Kinematic optical device mount | |
| US4826304A (en) | Adjustable optical mounting assembly | |
| RU16415U1 (en) | SOLID LASER | |
| US4666302A (en) | Ring laser, in particular for a ring laser type of gyro, having a block with an optical resonator cavity and three corner mirrors | |
| CN111525378A (en) | A miniaturized passive Q laser that transfers for airborne laser illumination ware | |
| CN115951470A (en) | Vibration-resistant and heat-dissipating supporting mechanism of rectangular reflector with large length-width ratio | |
| CN116149004A (en) | Optical assembly, fixing method and solid laser | |
| US5041862A (en) | Lens screen | |
| US6590723B1 (en) | Optical instrument mount | |
| WO2002099469A2 (en) | Stable mechanical devices for precision optical alignment and packaging | |
| CA3106534C (en) | Bi-metal optical mount | |
| US7564636B2 (en) | Device for preventing the displacement of an optical element | |
| CN107003623B (en) | Connection arrangement for a lithography system | |
| RU25649U1 (en) | SOLID LASER | |
| US6577457B1 (en) | Catadioptric lens barrel structure having a kinematic alignment structure and method for aligning two planar surfaces | |
| KR102577850B1 (en) | Monolithic Flexure Hinge Mount for Optical section | |
| RU2138108C1 (en) | Laser resonator |