RU25649U1 - Твердотельный лазер - Google Patents

Description

Предлагаемая полезная модель относится к лазерной технике, а именно, к конструкциям твердотельных лазеров.

Известно, что вибрации нрибора, механические и термические деформации корпуса лазера приводят к разъюстировке зеркал резонатора и потерям энергии выходного излучения.

В настоящее время существуют конструкции лазеров, в которых уменьшено влияние вредных эксплуатационных воздействий на характеристики выходного излучения лазера.

Так, например, для решения этих задач служит устройство 1 , содержащее 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 параллельных торцах основания, закрепленного в корпусе лазера. Одно из зеркал резонатора выполнено составным, в виде сферического зеркала, закрепленного по своей боковой поверхности в плоскопараллельной пластине, причем ось сферического зеркала параллельна нормали к поверхности пластины. Соединение элементов

резонатора и соединение основания с корпусом лазера выполнены клеевыми.

Известное устройство 1 обладает следующими недостатками:

-не обеспечивается стабильность расположения центра кривизны сферической поверхности в диапазоне температур - 40°С - + 70°С, что обусловлено неравномерностью клеевого шва по боковой поверхности;

-необходимостью юстировки положения сферы в подложке;

-необходимостью процедуры старения клеевого шва. Наиболее близким по своей технической сушности к

заявляемому лазеру является твердотельный лазер 2 , выбранный в качестве прототипа. Известный лазер содержит активный элемент, установленный в осветителе, внутри которого тесно 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. Зеркала резонатора жестко зафиксированы на плоских параллельных торцах основания.

воздействий (вибрации, механические и термические деформаций корпуса) на характеристики выходного излучения лазера сведены к минимуму за счет эластичного крепления основания резонатора к корпусу лазера. Устойчивость взаимного положения осветителя и резонатора определяется высоким коэффициентом трения между опорными площадками и усилием пружины. Такая фиксация осветителя позволяет снимать осветитель для ремонта.

Недостатком известного лазера 2 , выбранного в качестве прототипа является невозможность обеспечения стабильности выходных параметров излучения в широком диапазоне температур и частот следования импульсов. Другим недостатком лазера 2 является повышенная расходимость излучения. Кроме того, в прототипе необходима юстировка и индивидуальная подгонка каждого резонатора в паре с конкретным осветителем.

Задачей полезной модели является: стабилизация параметров излучения лазера, а также уменьшение расходимости лазерного луча и уменьшение затрат на производство и эксплуатацию лазера.

Для решения поставленной задачи предлагается твердотельный лазер, который как и наиболее близкий к нему выбранный в качестве прототипа, содержит активный элемент и оптический резонатор, состояш,ий из двух зеркал, одно из которых выполнено сферическим. Зеркала резонатора жестко зафиксированы на плоских параллельных торцах

основания. Соединения элементов резонатора и соединение основания с корпусом лазера выполнены клеевыми.

Особенностью предлагаемого лазера, отличающей его от известного лазера 2 , является то, что на поверхность плоского зеркала, обращенную к активному элементу, нанесена кольцевая диафрагма, внутренний диаметр которой на 10-20% меньще диаметра активного элемента. Кроме того, отражатель выполнен диффузным.

Сущность полезной модели - влияние диафрагмы на решение поставленной задачи. В прототипе параметры лазерного излучения во многом определяются коэффициентом усиления в активном элементе, который зависит от распределения накачки по сечению активного элемента. Время развития генерации, длительность импульса генерации обратно пропорциональны усилению. В условиях неравномерной накачки, характерной, как правило, для высокоэффективных плотно упакованных отражателей, создаются различные по сечению активного элемента условия для генерации. Наиболее заметно влияние различий в условиях развития генерации для слабоусиливающих сред, например эрбиевых стекол. Применение специальных мер для устранения подобных неоднородностей, например, использование прозрачной трубки 3 вокруг активного элемента или замена зеркального отражателя на диффузный способствуют более равномерному распределению накачки. Однако по краям активного элемента остаются зоны с повышенной неоднородностью. Наличие таких зон способствует уширению импульса генерации или появлению

дополнительного импульса. Разъюстировкой резонатора, как это было сделано в прототипе, возможно добиться подавления дополнительного импульса, но при этом уже при небольших возмущениях, вызванных как внешним воздействием, например, температурой, так и внутренним термооптический клин, в активном элементе вновь создаются условия для развития дополнительного импульса. Это происходит за счет смещения оси излучения по сечению активного элемента в плоско- сферическом резонаторе под воздействием указанных выше возмущений и вовлечением в генерацию участков с повышенной неоднородностью. Наличие диафрагмы на выходном зеркале, сцентрированной с активным элементом, обрезает зону с повышенной неоднородностью, стабилизирует ось излучения и как результат, обеспечивает стабильность выходных параметров лазера при эксплуатации. Кроме этого диафрагма оказывает селектирующее действие на модовый состав излучения внутри резонатора, что приводит к уменьшению расходимости излучения. Наличие нанесенной на поверхность плоского зеркала диафрагмы, размеры которой несколько меньше размеров активного элемента, позволяет проводить юстировку сферического зеркала не используя при этом осветитель с активным элементом. В условиях, когда диафрагма является ограничивающим апертуру лазера элементом, значительно упростилась процедура замены элементов лазера в процессе настройки и эксплуатации. Таким образом, предложенная совокупность существенных признаков позволяет решить поставленные задачи. На фиг. изображена аксонометрическая проекция

предлагаемого твердотельного лазера. Лазер содержит осветитель 1 прямоугольной формы, состоящий из отражателя 2, который может быть выполнен диффузным (см. п. 2, ф-лы), цилиндрической лампы накачки 3 и активного элемента 4 в виде стержня. Осветитель 1 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, а в качестве цилиндрической лампы накачки может быть использована лампа 1ШП2-35. В качестве материала опорных площадок использован оловянно-свинцовый сплав. Основание 7 выполнено в форме угольника. Основание 7 и корпус 9 осветителя 1 выполнены из кварцевого стекла. Сферическое зеркало 12 и плоское зеркало 13 с диафрагмой 14 резонатора жестко зафиксированы на плоских параллельных торцах угольника. Эти соединения выполнены при помощи клея. Диаметр диафрагмы 14 на 10 - 20% меньше диаметра активного элемента 4, что на практике дает оптимальные результаты. Основание 7 к корпусу 9 прижато пружиной 8 через компенсационные прокладки 6 и осветитель 1, и дополнительно приклеен резиноподобным клеем. Оптическая ось 11 резонатора лазера задана положением кольцевой зоны диафрагмы 14, а направление оси перпендикулярно поверхности зеркала 12.

6

взаимную стабильность положения оптических элементов в широком диапазоне температур при воздействии ударов с ускорением и вибрацией в широком диапазоне частот.

Юстировка устройства осуществляется следуюш;им образом. Сначала по пассивному имитатору устанавливается плоское зеркало 13 с диафрагмой с помощью двухкоординатной линейной подвижки. Предварительно на контактную поверхность основания 7 наносится клей, который после установки зеркала 13 в нужное положение полимеризуется. Аналогичная процедура проводится при приклейке сферического зеркала. Подвижкой сферического зеркала 12 добиваются совмещения центра кривизны сферического зеркала с осью, проходящей через центр диафрагмы 14 перпендикулярно поверхности плоского зеркала 13. Для данной процедуры используется визир-коллиматор, что значительно упрощает процесс юстировки. После окончания юстировки производится полимеризация предварительно нанесенного в зоне контакта клея. Такой способ юстировки удобен при массовом производстве лазеров, так как не требует сложного оборудования и позволяет проводить несложный контроль оптическими методами.

Таким образом, при изменении температуры окружающей среды или увеличении внутреннего энерговыделения при повышении частоты следования импульсов генерации, предлагаемая модель обеспечивает стабильность параметров излучения лазера, уменьшает расходимость лазерного луча, а также уменьшает затраты на производство И эксплуатацию лазера вследствие основных узлов. обеспечения взаимозаменяемости

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1.Патент Российской Федерации № 2102824, КЛ.Н01 S 3/02, 3/05, оп. 1998

2.Свидетельство на полезную модель № 16415, кл. Н 01 S 3/02, 3/05, 3/08, оп. 2000 - прототип

3.Осветитель твердотельного лазера № 2110126, кл. Н 01 S 3/02, 3/09, оп. 1998

Claims (2)

1. Твердотельный лазер, содержащий активный элемент и оптический резонатор, состоящий из двух зеркал, одно из которых сферическое, при этом активный элемент и зеркала установлены на основании, отличающийся тем, что на поверхность плоского зеркала нанесена диафрагма сцентрированная с активным элементом, диаметр которой меньше диаметра активного элемента.

2. Твердотельный лазер по п.1, отличающийся тем, что отражатель выполнен диффузным.