RU2138108C1

RU2138108C1 - Laser resonator

Info

Publication number: RU2138108C1
Application number: RU98103312A
Authority: RU
Inventors: В.С. Москалев; М.И. Горбуленко
Original assignee: Москалев Валерий Семенович; Горбуленко Михаил Илларионович
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 1999-09-20

Abstract

FIELD: quantum electronics. SUBSTANCE: resonator has bearing structure in the form of two plates carrying mirrors which are joined together through pins and provided with supports; bearing structure is set on supports installed on base at corners of plates; two of these supports are arranged on output beam axis; first support is mounted under output mirror and fixed in position relative to base; second support is installed on opposite plate and is free to move relative to base only along output beam axis; remaining supports are made for displacement within base plane. In addition, output mirror support may be made in the form of ball placed between two conical surfaces; one of these surfaces is provided on plate and other one, in base; support that is free to move along output beam axis may be made in the form of two bodies of revolution secured on plate or base and arrange so that they embrace guide mounted on base or on plate. EFFECT: improved strain resistance including stability to maladjustment caused by mechanical or thermal effects. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в различных конструкциях лазеров. The invention relates to quantum electronics and can be used in various laser designs.

Известен оптический квантовый генератор, резонатор которого содержит четыре активных элемента и промежуточные отражатели, каждый из которых состоит из двух взаимно перпендикулярных зеркал (см. авт.св. СССР N 538649, H 01 S 3/081, 1992). Недостатком известного устройства является сложность конструкции и вызванная ею сложность юстировки оптических элементов, а также ограниченность использования, т.е. известный резонатор должен содержать по крайней мере четыре активных элемента. A known optical quantum generator, the resonator of which contains four active elements and intermediate reflectors, each of which consists of two mutually perpendicular mirrors (see ed. St. USSR N 538649, H 01 S 3/081, 1992). A disadvantage of the known device is the complexity of the design and the resulting complexity of alignment of optical elements, as well as limited use, i.e. a known resonator must contain at least four active elements.

Известен лазер, в котором резонатор выполнен в виде каркаса из планок, установленного на опорах на массивном основании, а внутри каркаса установлены активные элементы и отражающие зеркала (см. патент США N 4468777, H 01 A 3/08, НКИ 372-107, 1984). Недостатком известного устройства является его недостаточная деформационная устойчивость, сложность конструкции и юстировки оптических элементов. A laser is known in which the resonator is made in the form of a frame of planks mounted on supports on a massive base, and active elements and reflecting mirrors are installed inside the frame (see US patent N 4468777, H 01 A 3/08, NKI 372-107, 1984 ) A disadvantage of the known device is its lack of deformation stability, the complexity of the design and alignment of optical elements.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности и достигаемому результату является резонатор лазера, известный из авт.св. СССР N 1391420, H 01 S 3/08, 1990. Для обеспечения устойчивости резонатора к разъюстировке при механических воздействиях, он выполнен в виде установленной на опорах несущей конструкции, включающей две плиты с закрепленными на них зеркалами, связанные между собой стержнями. В плитах имеются крепежные отверстия, которыми резонатор жестко крепится на каком-то основании. The closest to the claimed in its technical essence and the achieved result is a laser resonator, known from ed. USSR N 1391420, H 01 S 3/08, 1990. To ensure the resonator's stability to misalignment under mechanical stresses, it is made in the form of a supporting structure mounted on supports, including two plates with mirrors fixed to them, interconnected by rods. In the plates there are mounting holes with which the resonator is rigidly fixed on some base.

Недостатком известного устройства является слабая деформационная устойчивость при несимметричных или локальных механических или термических удлинениях основания, на котором установлен резонатор, что приводит к разъюстировке резонатора. Например, даже при одинаковом нагреве стержней, они будут иметь разные возможности расширения и вследствие этого плиты начнут смещаться, а при нагреве как изгибе одного или двух стержней, стягивающих плиты, последние начнут смещаться относительно друг от друга с изменением их взаимного углового расположения и будут располагаться не строго параллельно друг другу, а со смещением на некоторый угол, что в свою очередь и приведет к разъюстрировке резонатора. A disadvantage of the known device is the low deformation stability with asymmetric or local mechanical or thermal elongations of the base on which the resonator is mounted, which leads to the misalignment of the resonator. For example, even with the same rods heating, they will have different expansion possibilities and, as a result, the plates will begin to move, and when heated as a bend of one or two rods that tighten the plates, the latter will begin to move relative to each other with a change in their relative angular location and will be located not strictly parallel to each other, but with an offset by a certain angle, which in turn will lead to an unbalance of the resonator.

Заявляемый в качестве изобретения резонатор лазера направлен на повышение деформационной устойчивости и, в частности, устойчивости к разъюстировке при механических и термических воздействиях, в том числе и несимметричных. The inventive laser resonator is aimed at increasing the deformation stability and, in particular, resistance to misalignment under mechanical and thermal stresses, including asymmetric ones.

Указанный результат достигается тем, что резонатор лазера содержит несущую конструкцию, выполненную в виде двух плит с закрепленными на них зеркалами, связанными между собой стержнями, и снабженную опорами, при этом несущая конструкция установлена опорами на основании, опоры размещены на торцах плит, при этом две из опор расположены на оси выходного луча, причем первая опора установлена под выходным зеркалом и выполнена неподвижной относительно основания, а вторая размещена на противоположной плите и выполнена подвижной относительно основания только вдоль оси выходного луча, а остальные опоры выполнены с возможностью их перемещения в плоскости основания. This result is achieved in that the laser resonator contains a supporting structure made in the form of two plates with mirrors fixed to them, connected by rods, and equipped with supports, while the supporting structure is mounted with supports on the base, the supports are placed on the ends of the plates, and two of the supports are located on the axis of the output beam, the first support mounted under the output mirror and made stationary relative to the base, and the second placed on the opposite plate and made movable relative to Considerations only along the axis of the output beam, and the other supports are made with the possibility of displacement in the base plane.

Указанный результат достигается также тем, что опора под выходным зеркалом выполнена в виде шарика, размещенного между двумя конусными поверхностями, одна из которых выполнена в плите, а другая в основании. The specified result is also achieved by the fact that the support under the output mirror is made in the form of a ball placed between two conical surfaces, one of which is made in the plate, and the other at the base.

Указанный результат достигается также тем, что опора, подвижная вдоль оси выходного луча, выполнена в виде двух тел вращения, закрепленных на плите или основании, охватывающих направленную на основании или плите. The specified result is also achieved by the fact that the support, movable along the axis of the output beam, is made in the form of two bodies of revolution mounted on a plate or base, covering directed on the base or plate.

Отличительными признаками заявляемого резонатора лазера являются:
- установка несущей конструкции опорами на основании;
- размещение опор на торцах плит;
- размещение двух из опор на оси выходного луча;
- установка одной из опор под выходным зеркалом резонатора;
- выполнение опоры под выходным зеркалом неподвижной относительно основания;
- выполнение второй из опор, размещенной на оси выходного луча, подвижной относительно основания вдоль упомянутой оси;
- выполнение остальных опор с возможностью их перемещения в плоскости основания;
- выполнение опоры под выходным зеркалом в виде шарика, размещенного между двумя конусными поверхностями, одна из которых выполнена в плите, а другая в основании;
- выполнение опоры, подвижной вдоль оси выходного луча, в виде двух тел вращения, закрепленных на плите или основании, охватывающих направляющую, установленную на основании или плите.Distinctive features of the inventive laser resonator are:
- installation of the supporting structure with supports on the base;
- placement of supports on the ends of the plates;
- placement of two of the supports on the axis of the output beam;
- installation of one of the supports under the output mirror of the resonator;
- the implementation of the support under the output mirror is stationary relative to the base;
- the implementation of the second of the supports located on the axis of the output beam, movable relative to the base along the axis;
- the implementation of the remaining supports with the possibility of their movement in the plane of the base;
- the implementation of the support under the output mirror in the form of a ball placed between two conical surfaces, one of which is made in the plate, and the other at the base;
- the implementation of the support, movable along the axis of the output beam, in the form of two bodies of revolution mounted on a plate or base, covering a guide mounted on the base or plate.

Установка несущей конструкции опорами на основании, размещение опор на торцах плит и выполнение части из них подвижными в плоскости или вдоль оси выходного луча позволяет механически "развязать" несущую конструкцию резонатора от остальных узлов лазера и исключить передачу на нее механических воздействий, что снижает возможность разъюстировки резонатора, поскольку вся несущая конструкция будет перемещаться как единое целое. Installing the supporting structure with supports on the base, placing the supports on the ends of the plates and making part of them movable in the plane or along the axis of the output beam allows you to mechanically "decouple" the supporting structure of the resonator from other laser nodes and exclude the transmission of mechanical stresses on it, which reduces the possibility of alignment of the resonator , since the entire supporting structure will move as a whole.

Расположение двух из опор вдоль оси выходного луча и выполнение одной из них, размещенной под выходным зеркалом, неподвижной, а второй, размещенной на противоположной плите, с возможностью перемещения вдоль оси выходного луча, позволяет, как показали эксперименты, практически исключить разъюстировку, вызываемую как внешними механическими воздействиями, так и нагревом резонатора. Достигнутый результат можно объяснить тем, что вследствие указанного выполнения опор исключаются угловые деформации резонатора, приводящие к каким-либо смещениям оси выходного луча, поскольку эта ось как бы "закреплена", т.е. в области прохождения оси выходного луча резонатора может деформироваться только вдоль этой оси. The location of two of the supports along the axis of the output beam and the execution of one of them, placed under the output mirror, is stationary, and the second, placed on the opposite plate, with the possibility of moving along the axis of the output beam, allows, as shown by experiments, to practically eliminate the misalignment caused as external mechanical influences, and heating the resonator. The achieved result can be explained by the fact that as a result of the indicated support, angular deformations of the resonator are excluded, leading to any displacements of the axis of the output beam, since this axis is “fixed”, as it were in the region of passage of the axis of the output beam of the resonator can be deformed only along this axis.

В то же время за счет выполнения остальных опор подвижными в плоскости основания, резонатор может беспрепятственно расширяться в случае нагрева по любым направлением от оси луча, сохраняя при этом свою геометрическую форму, что и предотвращает резъюстировку резонатора. At the same time, due to the remaining supports moving in the base plane, the resonator can expand unhindered when heated in any direction from the axis of the beam, while maintaining its geometric shape, which prevents the cavity from being aligned.

Выполнение опоры под выходным зеркалом в виде шарика, размещенного между двумя конусными поверхностями, одна из которых выполнена в плите, а другая в основании, представляется наиболее простым и позволяет обеспечить повышение устойчивости резонатора к разъюстировке, т.к. позволяет изменять угловое положение несущей конструкции как целого относительно основания. The support under the output mirror in the form of a ball placed between two conical surfaces, one of which is made in the plate, and the other at the base, is the simplest and allows to increase the resonator resistance to misalignment, because allows you to change the angular position of the supporting structure as a whole relative to the base.

Выполнение опоры, подвижной вдоль оси выходного луча, в виде двух тел вращения, закрепленных на плите или основании, охватывающих направляющую, установленную на основании или плите, является наиболее простым вариантом реализации, также позволяющим смещаться несущей конструкции относительно основания в направлении, перпендикулярном плоскости основания. При этом возможны два варианта реализации. В одном случае тела вращения закрепляются на плите, а направляющая на основании, а в другом - тела вращения закрепляются на основании, а направляющая на плите. Для достижения заявленного результата оба варианта являются эквивалентными. The implementation of the support, movable along the axis of the output beam, in the form of two bodies of revolution, mounted on a plate or base, covering a guide mounted on the base or plate, is the simplest implementation option, also allowing the bearing structure to be displaced relative to the base in a direction perpendicular to the plane of the base. In this case, two implementation options are possible. In one case, the rotation bodies are fixed on the plate, and the guide on the base, and in the other, the rotation bodies are fixed on the base, and the guide on the plate. To achieve the stated result, both options are equivalent.

На фиг. 1 схематично представлен резонатор в плане, вид сверху (пунктиром показан ход пучка излучения); на фиг. 2 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1, вариант реализации опоры, подвижной вдоль оси выходного луча, в виде двух шариков как тел вращения, охватывающих направляющую в виде двугранной призмы; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 1, вариант реализации опоры, подвижной вдоль оси выходного луча, в виде двух роликов, охватывающих направляющую в виде круглого (овального) стержня. In FIG. 1 schematically shows the resonator in plan, top view (the dotted line shows the course of the radiation beam); in FIG. 2 - section BB in FIG. 1; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 1, an embodiment of a support movable along the axis of the output beam in the form of two balls as bodies of revolution, covering a guide in the form of a dihedral prism; in FIG. 4 is a section AA in FIG. 1, an embodiment of a support movable along the axis of the output beam in the form of two rollers spanning a guide in the form of a round (oval) rod.

Резонатор лазера содержит несущую конструкцию, которая представляет собой плиты 1 с закрепленными на них зеркалами 2, одно из которых, обозначенное 2', является выходным. Плиты жестко соединены стержнями 3, которые могут быть выполнены сплошными или полыми. Несущая конструкция снабжена опорами и установлена на основании 4, которое может быть выполнено в виде плиты (см. фиг. 2-4) или нескольких подпятников (по числу опор), связанных соединительными элементами - стержнями или уголком (не показано), т.е. заявляемый резонатор представляет собой как целое несущую конструкцию с опорами, которая размещается на любом основании. Опора под выходным зеркалом расположена на оси выходного луча 5 и выполнена в виде шарика 6, размещенного между двумя коническими поверхностями 7, одна из которых выполнена в плите, а другая в основании. Вторая опора, также расположенная вдоль оси выходного луча, но размещенная на торце противоположной плиты, выполнена в виде тел вращения 8, в качестве которых используются либо шарики (фиг. 3), либо ролики (фиг. 4), охватывающие направляющую 9, выполненную в виде призмы или стержня. Остальные опоры, свободно перемещающиеся относительно основания, могут быть выполнены в виде шариков 10, размещенных в углублениях, выполненных в торцах плит. The laser resonator contains a supporting structure, which is a plate 1 with mirrors 2 mounted on them, one of which, designated 2 ', is the output. The plates are rigidly connected by rods 3, which can be solid or hollow. The supporting structure is equipped with supports and mounted on the base 4, which can be made in the form of a plate (see Fig. 2-4) or several glides (according to the number of supports) connected by connecting elements - rods or a corner (not shown), i.e. . The inventive resonator is a whole supporting structure with supports, which is placed on any base. The support under the output mirror is located on the axis of the output beam 5 and is made in the form of a ball 6 placed between two conical surfaces 7, one of which is made in the plate, and the other at the base. The second support, also located along the axis of the output beam, but placed on the end of the opposite plate, is made in the form of bodies of revolution 8, which are used either balls (Fig. 3) or rollers (Fig. 4), covering the guide 9, made in the form of a prism or rod. The remaining supports, freely moving relative to the base, can be made in the form of balls 10 placed in recesses made in the ends of the plates.

Резонатор лазера работает следующим образом. Известным образом возбуждается активная среда, заполняющая резонатор, и возникает стимулированное излучение (на фиг. 1 показано пунктиром), которое проходит между зеркалами 2, закрепленными на плитах 1 и выходит в виде выходного луча 5 через выходное зеркало 2'. В процессе работы объем резонатора разогревается, что приводит к термическому расширению его узлов и деталей. Поскольку две опоры расположены на оси выходного луча, одна, выполненная в виде шарика 6 и конических поверхностей 7 и расположенная под выходным зеркалом, неподвижна, а вторая в виде тел вращения 8 и направляющей 9 может перемещаться только вдоль оси выходного луча, то любые деформации (как термические, так и вызванные внешними механическими воздействиями) резонатора на юстировку резонатора не оказывают. Поскольку остальные опоры обеспечивают свободное перемещение относительно основания, то при нагреве резонатора его геометрические размеры изменяются пропорционально по всем направлениям, что исключает искажение геометрической формы резонатора и исключает его разъюстировку. The laser resonator operates as follows. In a known manner, the active medium filling the resonator is excited, and stimulated emission occurs (dashed in FIG. 1), which passes between the mirrors 2 mounted on the plates 1 and exits as an output beam 5 through the output mirror 2 '. In the process, the volume of the resonator is heated, which leads to thermal expansion of its nodes and parts. Since two supports are located on the axis of the output beam, one, made in the form of a ball 6 and conical surfaces 7 and located under the output mirror, is stationary, and the second in the form of bodies of revolution 8 and guide 9 can only move along the axis of the output beam, then any deformation ( both thermal and those caused by external mechanical influences) of the resonator do not have an alignment of the resonator. Since the remaining supports provide free movement relative to the base, when the resonator is heated, its geometric dimensions change proportionally in all directions, which eliminates the distortion of the geometric shape of the resonator and eliminates its misalignment.

Claims

1. The laser resonator containing the supporting structure, made in the form of two plates with mirrors mounted on them, interconnected by rods and equipped with supports, characterized in that the supporting structure is mounted with supports on the base, the supports are placed on the ends of the plates, with two of the supports located on the axis of the output beam, the first support mounted under the output mirror and made stationary relative to the base, and the second is placed on the opposite plate and made movable relative to the base only along the axis the output beam, and the remaining supports are made with the possibility of their movement in the plane of the base.

2. The resonator according to claim 1, characterized in that the support under the output mirror is made in the form of a ball placed between two conical surfaces, one of which is made in the plate, and the other in the base.

3. The resonator according to claim 1, characterized in that the support movable along the axis of the output beam is made in the form of two bodies of revolution mounted on a plate or base, covering a guide mounted on the base or plate.