RU2579642C1 - Laser with optical-mechanical gate - Google Patents

Laser with optical-mechanical gate Download PDF

Info

Publication number
RU2579642C1
RU2579642C1 RU2015107156/28A RU2015107156A RU2579642C1 RU 2579642 C1 RU2579642 C1 RU 2579642C1 RU 2015107156/28 A RU2015107156/28 A RU 2015107156/28A RU 2015107156 A RU2015107156 A RU 2015107156A RU 2579642 C1 RU2579642 C1 RU 2579642C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rod
rotating mirror
laser
flexible rod
power source
Prior art date
Application number
RU2015107156/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Григорьевич Вильнер
Владимир Георгиевич Волобуев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Priority to RU2015107156/28A priority Critical patent/RU2579642C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2579642C1 publication Critical patent/RU2579642C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1123Q-switching
    • H01S3/121Q-switching using intracavity mechanical devices
    • H01S3/123Q-switching using intracavity mechanical devices using rotating mirrors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

FIELD: instrument making.
SUBSTANCE: invention relates to laser engineering. Laser with optical-mechanical gate includes a housing, an active element and resonator consisting of two mirrors, one of which is rigidly fixed relative to body, and second one is equipped with drive and has possibility of rotation so that in working position of mirrors are parallel. Rotating mirror in original position is deployed relative to operating position at an angle φ. Drive is a flexible rod with electro-dependent curvature, one end of which is fixed to housing, and a second eccentric mounted on a rotating mirror so that rod axis joining its ends, oriented in direction of point of coupling second end of shaft with a rotating mirror from its initial position to working, and rod is connected by its electrical contacts through switch to power source, and angle of
Figure 00000001
, where W0 - predetermined angular velocity of rotating mirror when high Q resonator, J - moment of inertia of rotating mirror, M - torque generated by flexible rod on rotating mirror with closed switch position.
EFFECT: technical result consists in improvement of reliability of laser.
6 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике лазеров, а именно к лазерам с модуляцией добротности лазерного резонатора изменением положения одного из его зеркал.The invention relates to laser technology, namely to lasers with Q-switching of a laser resonator by changing the position of one of its mirrors.

Известны лазеры для формирования гигантских лазерных импульсов [1] путем включения добротности лазерного резонатора с помощью модуляторов добротности (затворов). Все они имеют те или иные недостатки - большую себестоимость, высокие управляющие напряжения, недостаточную надежность и эксплуатационную стойкость.Known lasers for the formation of giant laser pulses [1] by turning on the quality factor of a laser resonator using Q-switches (gates). All of them have certain disadvantages - high cost, high control voltage, insufficient reliability and operational stability.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является лазер с резонатором, состоящим из двух зеркал, одно из которых закреплено неподвижно, а второе снабжено приводом и имеет возможность вращения таким образом, чтобы в одном из положений вращающееся и неподвижное зеркала резонатора становились параллельными [2]. В этом положении зеркал обеспечивается высокая добротность резонатора, достаточная для развития лазерной генерации. Скорость вращения зеркала в момент высокой добротности резонатора должна быть достаточной для возникновения лавинообразной генерации гигантского импульса. Оптимальная скорость вращения зеркала для разных типов лазеров составляет 10-20 тыс. об/мин. В качестве вращающегося зеркала обычно используют призму полного внутреннего отражения, обладающую высокими отражательными характеристиками и некритичную к наклонам оси вращения. В известном устройстве [2] приводом призмы является высокооборотный электродвигатель. Недостатки этого решения - относительно высокие габариты и недостаточная надежность существующих двигателей, а также создаваемые ими электрические и магнитные помехи. Последнее особенно недопустимо при наличии в составе системы, включающей лазер, чувствительных к таким помехам устройств, например электронного компаса.The closest in technical essence to the present invention is a laser with a resonator, consisting of two mirrors, one of which is fixed motionless, and the second is equipped with a drive and has the ability to rotate so that in one of the positions of the rotating and stationary resonator mirrors become parallel [2] . In this position of the mirrors, a high Q-factor of the resonator is provided, which is sufficient for the development of laser generation. The speed of rotation of the mirror at the moment of high Q-factor of the resonator should be sufficient for the emergence of an avalanche-like generation of a giant pulse. The optimal mirror rotation speed for different types of lasers is 10-20 thousand rpm. As a rotating mirror, a prism of total internal reflection is usually used, which has high reflective characteristics and is not critical to the inclination of the axis of rotation. In the known device [2], the prism drive is a high-speed electric motor. The disadvantages of this solution are the relatively high dimensions and insufficient reliability of existing engines, as well as the electrical and magnetic interference created by them. The latter is especially unacceptable if the system including the laser contains devices sensitive to such interference, such as an electronic compass.

Задачей изобретения является повышение надежности и быстродействия и снижение электрических и магнитных помех и наводок при минимальных габаритах и минимальной себестоимости лазера.The objective of the invention is to increase the reliability and speed and reduce electrical and magnetic interference and interference with minimum dimensions and minimum cost of the laser.

Эта задача решается за счет того, что в известном лазере, включающем корпус, активный элемент и резонатор, состоящий из двух зеркал, одно из которых закреплено неподвижно относительно корпуса, а второе снабжено приводом и имеет возможность вращения таким образом, чтобы в рабочем положении зеркала были параллельны, вращающееся зеркало в исходном положении развернуто относительно рабочего положения на угол φ, привод представляет собой гибкий стержень с электрозависимой кривизной, один конец которого закреплен на корпусе, а второй эксцентрично закреплен на вращающемся зеркале так, чтобы ось стержня, соединяющая его концы, была ориентирована в направлении точки сопряжения второго конца стержня с вращающимся зеркалом от ее исходного положения к рабочему, причем стержень подключен своими электрическими контактами через ключ к источнику электропитания, а уголThis problem is solved due to the fact that in the known laser, including the housing, the active element and the resonator, consisting of two mirrors, one of which is fixed motionless relative to the housing, and the second is equipped with a drive and has the ability to rotate so that in the working position of the mirror parallel, the rotating mirror in the initial position is deployed relative to the working position at an angle φ, the drive is a flexible rod with electrically dependent curvature, one end of which is fixed to the housing, and the second eccentric adic fixed on a rotating mirror so that the rod axis joining its ends, oriented in the direction of the point of coupling the second end of the rod with a rotating mirror from its initial position to the working, wherein the rod is connected through its electrical contacts of the key to the power source, and the angle

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где W0 - заданная угловая скорость вращающегося зеркала в момент наивысшей добротности резонатора,where W 0 is the given angular velocity of the rotating mirror at the moment of the highest quality factor of the resonator,

J - момент инерции вращения зеркала,J is the moment of inertia of rotation of the mirror,

М - вращающий момент, создаваемый гибким стержнем на вращающемся зеркале при замкнутом положении ключа.M - torque created by a flexible rod on a rotating mirror with the key closed.

Гибкий стержень может быть выполнен в виде тяги, кривизна которой увеличивается при подключении к источнику электропитания.A flexible rod can be made in the form of traction, the curvature of which increases when connected to a power source.

Гибкий стержень может быть выполнен в виде толкателя, кривизна которого уменьшается при подключении к источнику электропитания.A flexible rod can be made in the form of a pusher, the curvature of which decreases when connected to a power source.

Гибкий стержень может быть выполнен в виде биметаллической ленты, своими концами подключенной через ключ к источнику питания.The flexible rod can be made in the form of a bimetallic tape, its ends connected through a key to a power source.

Гибкий стержень может быть выполнен в виде по крайней мере двухслойной металлостеклянной или металлокерамической ленты, своими концами подключенной через ключ к источнику питания.The flexible rod can be made in the form of at least a two-layer metal-glass or cermet tape, its ends connected through a key to a power source.

Гибкий стержень может быть выполнен из пьезоэлектрической ленты, на боковые поверхности которой нанесены металлические обкладки, подключенные через ключ к источнику питания.The flexible rod can be made of a piezoelectric tape, on the side surfaces of which are applied metal plates connected via a key to a power source.

На чертеже фиг. 1 представлена схема лазера. Фиг. 2 поясняет принцип действия устройства с тягой (фиг. 2а) и толкателем (фиг. 2б).In the drawing of FIG. 1 shows a laser circuit. FIG. 2 illustrates the principle of operation of the device with a thrust (Fig. 2a) and a pusher (Fig. 2b).

Устройство (фиг. 1) состоит из резонатора, образованного подвижным 1 и вращающимся 2 зеркалами, между которыми размещен активный элемент лазера 3. Вращающееся зеркало снабжено приводом 4, связанным с источником электропитания 5 через ключ 6. Привод 4 выполнен в виде тяги (фиг. 2а), одним концом соединенной с корпусом 7, а другим - с вращающимся зеркалом на расстоянии r от его оси вращения. В исходном положении тяга удерживает вращающееся зеркало 2 под углом φ к рабочему положению, в котором вращающееся зеркало параллельно неподвижному зеркалу 1. В варианте фиг. 2б) привод 4 выполнен в виде толкателя.The device (Fig. 1) consists of a resonator formed by a movable 1 and a rotating 2 mirrors, between which the active element of the laser 3 is placed. The rotating mirror is equipped with a drive 4, connected to the power supply 5 through a key 6. The drive 4 is made in the form of traction (Fig. 2a), with one end connected to the housing 7, and the other with a rotating mirror at a distance r from its axis of rotation. In the initial position, the rod holds the rotating mirror 2 at an angle φ to the working position, in which the rotating mirror is parallel to the stationary mirror 1. In the embodiment of FIG. 2b) drive 4 is made in the form of a pusher.

Лазер работает следующим образом.The laser operates as follows.

В исходном состоянии вращающееся зеркало 2 расположено под углом φ к неподвижному зеркалу 1. При этом добротность резонатора, образуемого этими зеркалами, недостаточна для возникновения лазерной генерации. При замыкании ключа 6 через гибкий стержень в виде тяги 4 (фиг. 2а) или толкателя (фиг. 2б) начинает протекать ток, вызывающий его нагревание. Вследствие температурной боковой деформации стержня его подвижный конец давит на зеркало 2 (фиг. 2б) или оттягивает его на себя (фиг. 2а), вызывая вращение зеркала. Когда приводимое таким образом во вращение зеркало становится параллельным неподвижному зеркалу, добротность резонатора возрастает до уровня, достаточного для возникновения генерации гигантского лазерного импульса. Скорость возрастания добротности резонатора должна быть соизмерима со скоростью развития генерации, известной для каждого типа лазеров. Это налагает соответствующие требования к скорости W вращения зеркала 2, которая в положении высокой добротности должна быть порядка 500-2000 рад/с.In the initial state, the rotating mirror 2 is located at an angle φ to the fixed mirror 1. In this case, the quality factor of the resonator formed by these mirrors is insufficient for laser generation. When the key 6 is closed through a flexible rod in the form of a rod 4 (Fig. 2a) or a pusher (Fig. 2b), a current begins to flow, causing it to heat up. Due to thermal lateral deformation of the rod, its movable end presses on mirror 2 (Fig. 2b) or pulls it onto itself (Fig. 2a), causing the mirror to rotate. When the mirror thus driven into rotation becomes parallel to the stationary mirror, the quality factor of the resonator increases to a level sufficient to generate a giant laser pulse. The rate of increase in the Q factor of the resonator should be commensurate with the rate of development of generation known for each type of laser. This imposes corresponding requirements on the rotation speed W of the mirror 2, which in the high-Q position should be of the order of 500-2000 rad / s.

Гибкий стержень с электрозависимой кривизной может представлять собой биметаллическую, металлостеклянную или металлокерамическую композицию. При нагревании токопроводящего слоя протекающим через него током кривизна двухслойного стержня k, то есть величина, обратная радиусу изгиба стержня, изменяется согласно зависимости [3]A flexible rod with electrically dependent curvature may be a bimetallic, metal-glass or cermet composition. When the conductive layer is heated by the current flowing through it, the curvature of the two-layer rod k, that is, the reciprocal of the radius of bending of the rod, changes according to the dependence [3]

Figure 00000002
Figure 00000002

где ε=(α12)ΔT;where ε = (α 12 ) ΔT;

E1 и Е2 - модуль упругости материалов 1 и 2;E 1 and E 2 - the modulus of elasticity of materials 1 and 2;

h1 и h2 - толщина материалов 1 и 2;h 1 and h 2 - the thickness of the materials 1 and 2;

α1 и α2 - коэффициент теплового расширения материалов 1 и 2;α 1 and α 2 - coefficient of thermal expansion of materials 1 and 2;

ΔТ - разность температур до и после нагревания гибкого стержня.ΔТ is the temperature difference before and after heating the flexible rod.

В исходном состоянии стержню в виде тяги (фиг. 2а) может быть придана предварительная кривизна. Ее величина в каждом случае определяется комплексными требованиями по величине продольного перемещения стержня, развиваемому при этом ускорению вращающегося зеркала и предельно допустимой температуре стержня при минимальном расходе энергии на его нагрев.In the initial state, the rod in the form of traction (Fig. 2A) can be given preliminary curvature. In each case, its value is determined by the complex requirements for the longitudinal movement of the rod, which is developed in this case by the acceleration of the rotating mirror and the maximum permissible temperature of the rod with a minimum energy consumption for its heating.

Предварительная кривизна стержня в виде толкателя (фиг. 2б) должна быть больше кривизны в его рабочем положении, то есть стержень должен изгибаться в противоположном направлении, для чего ориентация биморфной композиции должна быть противоположной.The preliminary curvature of the rod in the form of a pusher (Fig. 2b) should be greater than the curvature in its working position, that is, the rod should be bent in the opposite direction, for which the orientation of the bimorph composition should be opposite.

Расчет гибкого стержня в виде пьезоэлектрической балки приведен в [4].The calculation of a flexible rod in the form of a piezoelectric beam is given in [4].

Механический расчет стержня в виде нагруженной балки содержится в [5].A mechanical calculation of a rod in the form of a loaded beam is contained in [5].

Объем гибкого стержня должен быть минимальным для его быстрого разогрева и снижения энергозатрат. С этой целью при заданной длине он должен иметь минимальное поперечное сечение.The volume of a flexible rod should be minimal for its quick heating and reduction of energy consumption. For this purpose, at a given length, it should have a minimum cross section.

Если вращающееся зеркало выполнено в виде призмы полного внутреннего отражения с равными сторонами ее гипотенузной грани, то справедливы следующие расчетные соотношения [6].If a rotating mirror is made in the form of a prism of total internal reflection with equal sides of its hypotenuse face, then the following calculated relations are valid [6].

Момент инерции вращения призмы J=Jx~ma2/10, гдеThe moment of inertia of rotating prisms J = J x ~ ma 2/10 where

а - сторона гипотенузной грани призмы;a - side of the hypotenuse face of the prism;

m=ρ·a3/4 - масса призмы;m = ρ · a 3/4 - mass of the prism;

ρ - плотность материала призмы.ρ is the density of the prism material.

Угловое ускорение Е призмы под действием вращающего момента М=Fr:E=M/J,The angular acceleration E of the prism under the action of a torque M = Fr: E = M / J,

где F - сила; r - плечо (фиг. 2).where F is the force; r is the shoulder (Fig. 2).

Линейное ускорение точки приложения силы A=Er.Linear acceleration of the point of application of force A = Er.

Угловая скорость W=Еτ призмы через время τ после начала воздействия силы F.The angular velocity W = Еτ of the prism after time τ after the onset of force F.

Линейное перемещение S=Aτ2/2 точки приложения силы F, оказываемой токопроводящим стержнем при его температурном расширении.Linear displacement S = 2/2 of the point of application of the force F exerted by the conductive rod during its thermal expansion.

Угловое перемещение φ=arctg(S/r) точки приложения силы F.Angular displacement φ = arctan (S / r) of the point of application of force F.

Пример 1.Example 1

В качестве вращающегося зеркала использована призма полного внутреннего отражения с характеристиками ρ=2550 кг/м3; а=2·10-3 м. В этом случаеA prism of total internal reflection with characteristics ρ = 2550 kg / m 3 was used as a rotating mirror; a = 2 · 10 -3 m. In this case

m=ρa3/4=2550·8·10-9/4~5·10-6 кг.m = ρa 3/4 = 2550 · 8 · 10 -9 / 4 ~ 5 · 10 -6 kg.

Jx~ma2/10=5·10-6·4·10-6/10~2·10-12 кгм2 J x ~ ma 2/10 = 5 · 4 · 10 -6 · 10 -6 / 10 ~ 2 × 10 -12 kgm 2

Пусть F=0,02 Н; r=2·10-3 м.Let F = 0.02 N; r = 2 · 10 -3 m.

Тогда M=4·10-5 Нм.Then M = 4 · 10 -5 Nm.

Е=4·10-5/2·10-12=2·107 рад/с2.E = 4 · 10 -5 / 2 · 10 -12 = 2 · 10 7 rad / s 2 .

Линейное ускорение точки приложения силы A=Er=2·107·2·10-3=4·104 м/с2.The linear acceleration of the point of application of force A = Er = 2 · 10 7 · 2 · 10 -3 = 4 · 10 4 m / s 2 .

При τ=10-4 с.At τ = 10 -4 s.

W=Et=2·107·10-4=2·103 рад/с.W = Et = 2 · 10 7 · 10 -4 = 2 · 10 3 rad / s.

Эквивалентная частота вращения w=W/6,28 ~320 об/с ~20000 об/мин.Equivalent rotational speed w = W / 6.28 ~ 320 rpm ~ 20,000 rpm.

S=2·104·10-8/2=10-4 м = 0,1 мм.S = 2 · 10 4 · 10 -8 / 2 = 10 -4 m = 0.1 mm.

φ=arctg(S/r)=arctg(0,1/2)~2,9°.φ = arctan (S / r) = arctan (0.1 / 2) ~ 2.9 °.

Боковое смещение стержня Q при его температурном изгибе определяется с помощью выражения (1).The lateral displacement of the rod Q during its temperature bending is determined using expression (1).

Figure 00000003
Figure 00000003

где r=l/k - радиус изгиба стержня (1);where r = l / k is the bending radius of the rod (1);

l - длина стержня.l is the length of the rod.

Продольное (рабочее) смещение подвижного конца стержня Sп определяется при помощи формулы (1) как разность длин С хорд дуги, образуемой стержнем длиной L, при исходном и конечном значениях ΔT.The longitudinal (working) displacement of the movable end of the rod S p is determined using formula (1) as the difference between the lengths C of the chords of the arc formed by the rod of length L at the initial and final values of ΔT.

Пример 2.Example 2

Figure 00000004
Figure 00000004

1) Исходное положение ΔT=20°.1) Starting position ΔT = 20 °.

k1=0,002 1/мм. Радиус кривизны ρ1=1/k1=500 мм.k 1 = 0.002 1 / mm. The radius of curvature ρ 1 = 1 / k 1 = 500 mm.

Угол θ, охватываемый дугой, θ1=L/ρ1=20/500=0,04 рад.The angle θ covered by the arc, θ 1 = L / ρ 1 = 20/500 = 0.04 rad.

Хорда C1=2ρ1Sin(θ1/2)=19,998 мм.Chord C 1 = 2ρ 1 Sin (θ 1/2 ) = 19.998 mm.

2) Рабочее положение ΔT=200°.2) Operating position ΔT = 200 °.

k2=0,02 1/мм. Радиус кривизны ρ2=1/k2=50 мм.k 2 = 0.02 1 / mm. The radius of curvature ρ 2 = 1 / k 2 = 50 mm

Угол θ, охватываемый дугой, θ2=L/ρ2=20/50=0,4 рад.The angle θ covered by the arc, θ 2 = L / ρ 2 = 20/50 = 0.4 rad.

Хорда C2=2ρ2Sin(θ2/2)=19,87 мм.Chord C = 2ρ 2 2 Sin (θ 2/2) = 19.87 mm.

Смещение Sп=C1-C2=0,13 мм.Displacement Sп = C 1 -C 2 = 0.13 mm.

Энергия ET=βmTΔT, необходимая для нагрева стержня.The energy E T = βm T ΔT required to heat the rod.

где β - теплоемкость;where β is the heat capacity;

mTTVT - масса стержня;m T = ρ T V T is the mass of the rod;

ρT - плотность материала стержня;ρ T is the density of the rod material;

VT - объем стержня.V T is the volume of the rod.

Пример 3.Example 3

Гибкий стержень представляет собой металлостеклянную ленту с характеристиками токопроводящего слоя.The flexible rod is a metal-glass tape with the characteristics of the conductive layer.

α=18·10-6 1/град (нихром); L=20 мм; ΔT=200°α = 18 · 10 -6 1 / degree (nichrome); L = 20 mm; ΔT = 200 °

Пусть габариты токопроводящего стержня 0,01×0,01×2 см. Объем VT=2-10-4 см3.Let the dimensions of the conductive rod be 0.01 × 0.01 × 2 cm. Volume V T = 2-10 -4 cm 3 .

Плотность нихрома ρT=7,94 г/см3; β=0,48 Дж/кгК при 25°С; 0,76 Дж/кгК при 800°С. В среднем для температуры 25+250=275°С теплоемкость β=0,57 Дж/кгК. Масса стержня mTT·VT=7,94·2·10-4=1,6·10-3 г = 1,6·10-6 кг.The density of nichrome ρ T = 7.94 g / cm 3 ; β = 0.48 J / kgK at 25 ° C; 0.76 J / kgK at 800 ° C. On average, for a temperature of 25 + 250 = 275 ° C, the specific heat is β = 0.57 J / kgK. The mass of the rod m T = ρ T · V T = 7.94 · 2 · 10 -4 = 1.6 · 10 -3 g = 1.6 · 10 -6 kg.

ET=βmTΔТ=0,57·1,6·10-6·200=0,18 мДж.E T = βm T ΔТ = 0.57 · 1.6 · 10 -6 · 200 = 0.18 mJ.

Характеристики источника питания.Characteristics of the power source.

Потребляемая токопроводящим стержнем мощностьPower consumed by the conductive rod

PT=ET/τ.P T = E T / τ.

Для рассматриваемого примераFor the example in question

PT=ET/τ=0,18 мДж/0,1 мс = 1,8 Вт.P T = E T / τ = 0.18 mJ / 0.1 ms = 1.8 W.

Мощность, выделяемая в проводнике сопротивлением RT Power released in the conductor by resistance R T

РT=IT2·RT P T = I T 2 · R T

Сопротивление RTRLT/ST~10-6·2·10-2/(0,1·0,1)·10-6=2 Ом,Resistance R T = ρ R L T / S T ~ 10 -6 · 2 · 10 -2 / (0,1 · 0,1) · 10 -6 = 2 Ohm,

где ρR~1 мкОм·м - удельное сопротивление нихрома, LT=0,02 м - длина токопроводящего стержня; ST - поперечное сечение стержня.where ρ R ~ 1 μOhm · m is the specific resistance of nichrome, L T = 0.02 m is the length of the conductive rod; S T is the cross section of the rod.

Потребляемый токCurrent consumption

IT=(PT/RT)0,5=(1,8/2)0,5=0,95 А.I T = (P T / R T ) 0.5 = (1.8 / 2) 0.5 = 0.95 A.

Напряжение источникаSource voltage

UTТ/IT=1,8/0,95~1,9 В.U T = P T / I T = 1.8 / 0.95 ~ 1.9 V.

Средняя потребляемая мощность Pср=ET·fизл, где fизл - частота излучений лазера.The average power consumption P cf = E T · f rad , where f rad - the frequency of the laser radiation.

При fизл=1 с-1 средняя потребляемая мощность составляет 1,8 мВт.When f rad = 1 s -1, the average power consumption is 1.8 mW.

Согласно приведенным результатам предлагаемый лазер с оптико-механическим затвором обладает минимальными габаритами механических составных частей и минимальной потребляемой мощностью при максимальном быстродействии: время разгона вращающегося зеркала составляет 0,1 мс и менее, тогда как ближайший аналог [2] имеет время разгона не менее 30 мс. Простота и низкое энергопотребление устройства обеспечивают его высокую надежность. Время от подачи управляющего импульса до момента излучения лазера минимально. По этим параметрам предлагаемый лазер превосходит ближайший и другие известные аналоги. Низкое напряжение питания и отсутствие трущихся контактов и магнитных элементов обеспечивают минимальный уровень паразитных электрических воздействий на другие элементы лазера и комплексной системы с ним.According to the results, the proposed laser with an optical-mechanical shutter has the minimum dimensions of the mechanical components and the minimum power consumption at maximum speed: the acceleration time of a rotating mirror is 0.1 ms or less, while the closest analogue [2] has an acceleration time of at least 30 ms . The simplicity and low power consumption of the device ensure its high reliability. The time from the supply of a control pulse to the moment of laser radiation is minimal. In these parameters, the proposed laser is superior to the nearest and other known analogues. Low voltage and the absence of rubbing contacts and magnetic elements provide a minimum level of spurious electrical effects on other elements of the laser and the integrated system with it.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает решение поставленной задачи, а именно повышение надежности и быстродействия и снижение электрических и магнитных помех и наводок при минимальных габаритах и минимальной себестоимости лазера.Thus, the proposed device provides a solution to the problem, namely increasing reliability and speed and reducing electrical and magnetic interference and interference with minimum dimensions and minimum cost of the laser.

Источники информацииInformation sources

1. В.А. Волохатюк и др. Вопросы оптической локации. Под ред. P.P. Красовского. Изд. «Советское радио», М., 1971 г., стр. 196.1. V.A. Volokhatyuk et al. Optical location issues. Ed. P.P. Krasovsky. Ed. "Soviet Radio", Moscow, 1971, p. 196.

2. «Справочник по лазерной технике». Под ред. Ю.В. Байбородина, Л.З. Криксунова, О.Н. Литвиненко. Изд. «Техника», Киев, 1978 г., стр. 152-154. - Прототип.2. "Handbook of laser technology." Ed. Yu.V. Bayborodina, L.Z. Kriksunova, O.N. Litvinenko. Ed. "Technique", Kiev, 1978, pp. 152-154. - The prototype.

3. Clyne T.W. «Residual stresses in surface coatings and their effects on interfacial debonding.» Key Engineering Materials (Switzerland). Vol. 116-117, pp. 307-330. 1996.3. Clyne T.W. “Residual stresses in surface coatings and their effects on interfacial debonding.” Key Engineering Materials (Switzerland). Vol. 116-117, pp. 307-330. 1996.

4. A.B. Наседкин. Некоторые примеры конечно-элементного моделирования систем пьезоэлектрических датчиков и объектов контроля с вязкоупругими свойствами. http://www.pandia.ru/text/78/014/6789.php4. A.B. Nasedkin. Some examples of finite element modeling of piezoelectric sensor systems and control objects with viscoelastic properties. http://www.pandia.ru/text/78/014/6789.php

5. Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов. М.: Наука. Гл, ред. физ.-мат. лит., 1986 г. - 560 с.5. Birger I.A., Mavlyutov R.R. Strength of materials. M .: Science. Ch., Ed. Phys.-Math. lit., 1986 - 560 s.

6. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 1. Механика. 3-е изд. М.: Наука, 1989, §53 (http://genphys.phys.msu.ru/rus/lab/mech/opis7/i2.htm).6. Sivukhin D.V. General physics course. T. 1. Mechanics. 3rd ed. M .: Nauka, 1989, §53 (http://genphys.phys.msu.ru/rus/lab/mech/opis7/i2.htm).

Claims (6)

1. Лазер с оптико-механическим затвором, включающий корпус, активный элемент и резонатор, состоящий из двух зеркал, одно из которых закреплено неподвижно относительно корпуса, а второе снабжено приводом и имеет возможность вращения таким образом, чтобы в рабочем положении зеркала были параллельны, отличающийся тем, что вращающееся зеркало в исходном положении развернуто относительно рабочего положения на угол φ, привод представляет собой гибкий стержень с электрозависимой кривизной, один конец которого закреплен на корпусе, а второй эксцентрично закреплен на вращающемся зеркале так, чтобы ось стержня, соединяющая его концы, была ориентирована в направлении точки сопряжения второго конца стержня с вращающимся зеркалом от ее исходного положения к рабочему, причем стержень подключен своими электрическими контактами через ключ к источнику электропитания, а угол
Figure 00000001
,
где W0 - заданная угловая скорость вращающегося зеркала в момент наивысшей добротности резонатора,
J - момент инерции вращения зеркала,
М - вращающий момент, создаваемый гибким стержнем на вращающемся зеркале при замкнутом положении ключа.
1. The laser with an optical-mechanical shutter, comprising a housing, an active element and a resonator, consisting of two mirrors, one of which is fixed motionless relative to the housing, and the second is equipped with a drive and can rotate so that the mirrors are parallel in the working position, different the fact that the rotating mirror in the initial position is deployed relative to the working position at an angle φ, the drive is a flexible rod with electrically dependent curvature, one end of which is fixed to the housing, and the second centric mounted on a rotating mirror so that the axis of the rod connecting its ends was oriented in the direction of the point of contact of the second end of the rod with the rotating mirror from its initial position to the working one, and the rod is connected by its electrical contacts through the key to the power source, and the angle
Figure 00000001
,
where W 0 is the given angular velocity of the rotating mirror at the moment of the highest quality factor of the resonator,
J is the moment of inertia of rotation of the mirror,
M - torque created by a flexible rod on a rotating mirror with the key closed.
2. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что гибкий стержень выполнен в виде тяги, кривизна которой увеличивается при подключении к источнику электропитания.2. The laser under item 1, characterized in that the flexible rod is made in the form of traction, the curvature of which increases when connected to a power source. 3. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что гибкий стержень выполнен в виде толкателя, кривизна которого уменьшается при подключении к источнику электропитания.3. The laser according to claim 1, characterized in that the flexible rod is made in the form of a pusher, the curvature of which decreases when connected to a power source. 4. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что гибкий стержень выполнен в виде биметаллической ленты, своими концами подключенной через ключ к источнику питания.4. The laser under item 1, characterized in that the flexible rod is made in the form of a bimetallic tape, its ends connected through a key to a power source. 5. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что гибкий стержень выполнен в виде композиции по крайней мере двух слоев, из которых один представляет собой металл, а другой - диэлектрик, например стекло.5. The laser according to claim 1, characterized in that the flexible rod is made in the form of a composition of at least two layers, of which one is a metal and the other is a dielectric, for example glass. 6. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что гибкий стержень выполнен из пьезоэлектрической ленты, на боковые грани которой нанесены металлические обкладки, подключенные через ключ к источнику питания. 6. The laser according to claim 1, characterized in that the flexible rod is made of a piezoelectric tape, on the side faces of which are applied metal plates connected through a key to a power source.
RU2015107156/28A 2015-03-03 2015-03-03 Laser with optical-mechanical gate RU2579642C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015107156/28A RU2579642C1 (en) 2015-03-03 2015-03-03 Laser with optical-mechanical gate

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015107156/28A RU2579642C1 (en) 2015-03-03 2015-03-03 Laser with optical-mechanical gate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2579642C1 true RU2579642C1 (en) 2016-04-10

Family

ID=55793624

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015107156/28A RU2579642C1 (en) 2015-03-03 2015-03-03 Laser with optical-mechanical gate

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2579642C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6531861B1 (en) * 1991-01-28 2003-03-11 Sarcos Lc Movement actuator/sensor systems
US7116863B2 (en) * 2003-11-13 2006-10-03 Electronics And Telecommunications Research Institute Thermally actuated wavelength tunable optical filter
RU2304332C2 (en) * 2003-12-31 2007-08-10 Закрытое акционерное общество "Микролазеры Фирн" (ЗАО "Микролазеры "Фирн") Micro-laser
WO2007129964A1 (en) * 2006-05-10 2007-11-15 Acreo Ab Method for changing refractive index of an optical fiber by applying a high voltage pulse to a longitudinal electrode

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6531861B1 (en) * 1991-01-28 2003-03-11 Sarcos Lc Movement actuator/sensor systems
US7116863B2 (en) * 2003-11-13 2006-10-03 Electronics And Telecommunications Research Institute Thermally actuated wavelength tunable optical filter
RU2304332C2 (en) * 2003-12-31 2007-08-10 Закрытое акционерное общество "Микролазеры Фирн" (ЗАО "Микролазеры "Фирн") Micro-laser
WO2007129964A1 (en) * 2006-05-10 2007-11-15 Acreo Ab Method for changing refractive index of an optical fiber by applying a high voltage pulse to a longitudinal electrode

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Houston et al. Thermoelastic loss in microscale oscillators
Cabrera et al. Performance of electro-thermally driven ${\rm VO} _ {2} $-based MEMS actuators
JPH08502144A (en) Tuning device for external cavity diode lasers
US3315177A (en) Laser generator
Conant et al. Cyclic fatigue testing of surface-micromachined thermal actuators
RU2579642C1 (en) Laser with optical-mechanical gate
US3454898A (en) Triggering mechanism for high speed laser switching
Bauer et al. Output characteristics of Q-switched solid-state lasers using intracavity MEMS micromirrors
RU2580911C1 (en) Pulsed laser with optical-mechanical gate
Vodopyanov et al. Generation of Q-switched Er: YAG laser pulses using evanescent wave absorption in ethanol
US3426294A (en) Laser q-switching
RU2585799C1 (en) Pulsed laser with modulated q-factor
RU2579548C1 (en) Laser with modulated resonator q-factor
RU2585798C1 (en) Pulsed laser with modulated resonator q-factor
RU2584270C1 (en) Laser with q-factor modulation
Cochran et al. Moving reflector type micro optical switch for high-power transfer in a MEMS-based safety and arming system
RU2584271C1 (en) Laser with optical-mechanical q-factor modulation
RU2584269C1 (en) Laser with modulated q-factor
Stievater et al. Measurement of thermal-mechanical noise in microelectromechanical systems
US7319708B2 (en) Variable pulse repetition frequency passively Q-switched laser
Paterson et al. Tunable Yb: KGW laser, CW or Q-switched, enabled by dual-axis tilt of an MOEMS mirror
Woodbury 7.3-Five-kilohertz repetition-rate pulsed YAG: Nd laser
EP0186596B1 (en) Linear displacement control system comprising a dc motor
Cochran et al. High-power optical microswitch fabricated by deep reactive ion etching (DRIE)
Perez et al. Rubidium vapor cellwith integrated nonmetallic multilayer reflectors