RU2634371C1 - Способ формирования лазерного излучения в системе генератор-усилитель на парах металлов - Google Patents
Способ формирования лазерного излучения в системе генератор-усилитель на парах металлов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2634371C1 RU2634371C1 RU2016135336A RU2016135336A RU2634371C1 RU 2634371 C1 RU2634371 C1 RU 2634371C1 RU 2016135336 A RU2016135336 A RU 2016135336A RU 2016135336 A RU2016135336 A RU 2016135336A RU 2634371 C1 RU2634371 C1 RU 2634371C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generator
- radiation
- amplifier
- laser
- diaphragm
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
- B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
- B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
- H01S3/22—Gases
- H01S3/227—Metal vapour
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области лазерной техники, в частности к способам формирования лазерного излучения в системе генератор - усилитель на парах металлов, и может быть использовано в лазерной обработке материалов, лазерного сканирования и других областях, где необходимо использование лазерного излучения на уровне дифракционной расходимости. Согласно способу формирования излучения в лазерной системе генератор-усилитель на парах металлов, содержащей генератор с оптическим резонатором и усилитель, выполненные на активных лазерных элементах на парах металлов, выполняют пространственную фильтрацию излучения генератора с помощью пространственного фильтра, в фокальной плоскости фильтра устанавливают непрозрачную пластину и формируют в ней отверстие диафрагмы посредством собственного излучения генератора. Техническим результатом предлагаемого изобретения является формирование лазерного излучения в системе генератор-усилитель на уровне дифракционной расходимости, уменьшение габаритов системы, а также снижение трудоемкости изготовления диафрагмы и ее юстировки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Техническое решение относится к области лазерной техники, в частности к способам формирования лазерного излучения в системе генератор-усилитель на парах металлов и может быть использовано в лазерной обработке материалов, лазерного сканирования и других областях, где необходимо использование лазерного излучения на уровне дифракционной расходимости.
Известен метод лазерной обработки [1], в котором излучение генератора направляют на пространственный фильтр, содержащий фокусирующую линзу, диафрагму пространственной фильтрации, помещенную в минимальном сечении сфокусированного лазерного пучка, линзу-коллиматор, восстанавливающую лазерный луч, прошедший через диафрагму в параллельный лазерный пучок, который направляется в фокусирующий объектив для выполнения обработки. Метод позволяет уменьшить диаметр сфокусированного лазерного пятна на объекте обработки за счет удаления фонового излучения и шумовых компонент света. Недостатком аналога является то, что мощность излучения ограничена мощностью генератора.
Известен пространственный фильтр для лазерного излучения и устройство для формирования лазерного излучения дифракционного качества с его использованием [2]. Пространственный фильтр содержит коллиматор с диафрагмой пространственной фильтрации. Устройство для формирования лазерного излучения дифракционного качества содержит генератор, коллиматор с диафрагмой с профилированным отверстием, расположенной в области фокуса коллиматора, а также двухпроходовый усилитель мощности лазерного излучения, выходное излучение которого выделятся за счет поляризационной развязки. Аналог обеспечивает повышение качественных характеристик лазерного излучения за счет использования пространственной фильтрации, а также повышение мощности излучения за счет использования усилителя. Недостатком аналога является сложность изготовления диафрагмы с профилированным отверстием для получения лазерного излучения дифракракционного качества, сложность ее юстировки в области фокуса коллиматора, а также сложность оптической системы лазера, кроме того, при высокой мощности излучения диафрагма имеет ограниченный срок эксплуатации.
Известен способ возбуждения импульсных лазерных систем на самоограниченных переходах [3]. Лазерная система содержит генератор, формирующий лазерный пучок в режиме работы с неустойчивым резонатором, и усилитель. Генератор и усилитель выполнены на одинаковых активных элементах лазера на парах меди. Особенностью способа возбуждения генератора и усилителя является подача импульсов возбуждения на генератор и усилитель с временным сдвигом. При оптимальном подборе времени отставания импульса возбуждения усилителя от импульса возбуждения генератора можно добиться максимальной концентрации энергии лазерного пучка в центральном сечении. Недостатком способа является невозможность получения лазерного пучка с дифракционной расходимостью.
В качестве прототипа выбрана система генератор-усилитель на основе лазерных активных элементов на парах меди [4]. Система содержит лазерные активные элементы генератора и усилителя на парах меди. Генератор содержит неустойчивый телескопический резонатор. Разогрев и возбуждение лазерных активных элементов осуществляется от импульсного источника питания. Для подавления фоновой составляющей излучения генератора на входе усилителя установлен пространственный фильтр с фокусирующим зеркалом, зеркалом коллиматора и диафрагмой, расположенной по оси выходного луча генератора в точке фокусировки зеркал. В прототипе длина оптического пути от генератора до усилителя составляет 7 метров, диаметр диафрагмы 0.5 мм. Недостатком прототипа являются большие размеры пространственного фильтра, что приводит к нестабильности выходного излучения из-за воздействия возмущающих факторов - вибрации и воздушных тепловых потоков, что не позволяет уменьшить диаметр диафрагмы для снижения уровня фона на выходе системы и получение выходного лазерного излучения с дифракционной расходимостью. Кроме того, требуются трудоемкие операции изготовления диафрагмы требуемого диаметра и ее юстировки по оси выходного луча генератора в точке фокусировки пространственного фильтра.
Задачей технического решения является получение выходного лазерного излучения в системе генератор-усилитель на уровне дифракционной расходимости, уменьшение длины оптического пути от генератора до усилителя, а также снижение трудоемкости изготовления диафрагмы и ее юстировки в точке фокусировки пространственного фильтра.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в способе формирования излучения в лазерной системе генератор-усилитель на парах металлов, заключающемся в том, что сформированное в генераторе, содержащем неустойчивый телескопический резонатор, излучение направляют на пространственный фильтр, выполненный в виде телескопической системы с диафрагмированием пучка в плоскости совмещенного фокуса, и пропускают через усилитель, предусмотрены следующие отличия, в плоскости совмещенного фокуса линз телескопической системы пространственного фильтра устанавливают пластину из материала, не прозрачного для излучения системы, и формируют в ней диафрагмирующее отверстие воздействием собственного излучения генератора.
Кроме того, предложенный способ формирования излучения в лазерной системе генератор-усилитель на парах металлов отличается тем, что пластину перемещают в плоскости установки и формируют в ней новое диафрагмирующее отверстие перед каждым включением системы.
Между совокупностью существенных признаков способа формирования излучения в лазерной системе генератор-усилитель на парах металлов и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно выполнение фокусирующей и коллимирующей оптических систем пространственного фильтра в виде линз позволяет существенно сократить длину оптического пути от генератора до усилителя, формирование отверстия диафрагмы в непрозрачной пластине, установленной в плоскости фокуса, посредством воздействия собственного излучения генератора его центральным пучком исключает необходимость изготовления диафрагмы пространственного фильтра, обеспечивающей выделение пучка с дифракционной расходимость из выходного излучения генератора, а также необходимость юстировки отверстия диафрагмы в фокусе пространственного фильтра.
Техническое решение обеспечивает получение лазерного излучения в системе генератор-усилитель на парах металлов на уровне дифракционной расходимости, уменьшение габаритов системы за счет сокращения длины оптического пути от генератора до усилителя, а также снижение трудоемкости изготовления диафрагмы и ее юстировки по оси выходного луча генератора в фокусе пространственного фильтра.
Техническая сущность предложенного технического решения поясняется чертежом, на котором фиг. 1 изображает схему системы генератор-усилитель, фиг. 2 содержит изображение пучков излучения генератора на диафрагмирующей пластине, фиг. З содержит график распределения мощности излучения генератора по сечению и фотографию этого излучения на экране, расположенном в плоскости измерения распределения.
На фиг. 1 изображена схема системы генератор-усилитель, которая содержит зеркала 1 и 3, образующие телескопический резонатор генератора 2, фокусирующую линзу 4, диафрагмирующую пластину 5, коллимирующую линзу 6 и усилитель 7, а также диафрагмирующие отверстия 8. В качестве генератора 2 и усилителя 7 использованы отпаянные лазерные активные элементы на парах меди. Пластина 5 выполнена из материала, непрозрачного для лазерного излучения генератора и усилителя, и установлена в плоскости совмещенного фокуса линз 4 и 6. При включении системы под действием излучения генератора 2, сфокусированного линзой 4 в пластине 5, формируется отверстие 8, которое становится диафрагмой для пространственного фильтра, образованного линзами 4 и 6. За счет того, что интенсивность центральной части пучка генератора существенно больше, чем интенсивность периферийной части, диафрагмирующее отверстие 8 формируется только центральной - наиболее энергетической частью лазерного пучка генератора 2, сфокусированного линзой 4. Отверстие 8 создается в пластине 5 на оптической оси пространственного фильтра диаметром, обеспечивающим выходной луч из пространственного фильтра, подаваемый на усилитель 7, с дифракционной расходимостью.
Если в процессе эксплуатации системы, диаметр диафрагмирующего отверстия 8 из-за вибраций и температурных воздействий изменится, пластину 5 перемещают в плоскости установки и формируют в ней новое дифрагмирующее отверстие 8 собственным излучением генератора. Эту операцию можно при необходимости производить перед каждым включением системы.
Выходное излучение генератора имеет многопучковую структуру: пучки сверхсветимости с расходимостью 50 и 18 мрад, промежуточный пучек с расходимостью, превышающей дифракционную в несколько раз, формируемый за первый проход излучения в резонаторе генератора, и пучок с дифракционной расходимостью 0.07 мрад, формируемый за второй и третий проход излучения в резонаторе генератора.
На фиг. 2 условно показано пятно излучения генератора, сфокусированное линзой 4 на пластине 5. Пучок с дифракционной расходимость 9 концентрируется в центре пятна, затем следует промежуточный пучок 10 и пучки сверхсветимости образуют фоновое излучение 11.
На фиг. 3 показано распределение энергии излучения генератора по сечению. Максимальная энергия лазерного пучка генератора концентрируется в его центре, который формируется пучком 9 с дифракционной расходимость. Энергии промежуточного пучка 10 и пучков сверхсветимости 11 распределяются на значительно больших расстояниях от центра излучения и имеют соответственно меньшую плотность мощности. Данное распределение наглядно демонстрирует фотографией излучения генератора, сделанное на расстоянии 1 м от генератора. На фотографии четко видно наиболее яркое пятно пучка 9 с дифракционной расходимость, значительно менее яркое пятно промежуточного пучка 10 и практически не видное пятно пучков сверхсветимости 11.
Энергии центрального пучка 9 с дифракционной расходимость, при соответствующем выборе материала и толщины пластины 5, достаточно, чтобы в непрозрачной пластине 5 за счет абляции материала сформировать диафрагмирующее отверстие в фокусе пространственного фильтра, которое не пропускает пучки сверхсветимости 11 и промежуточные пучки 10 и пропускает только пучек 9 с дифракционной расходимостью.
Предложенное техническое решение обеспечивает формирование лазерного излучения в системе генератор-усилитель на уровне дифракционной расходимости, уменьшение габаритов системы, а также снижение трудоемкости изготовления диафрагмы и ее юстировки.
Источники информации
1. Патент США 5670069.
2. Патент РФ 2392649.
3. Патент РФ 2264011.
4. В.В. Зубов, Н.А. Лябин, А.Д. Чуреин, Квантовая электроника, том 13, номер 12, 2431-2436, 1986, УДК 621.373.826.038.823 – прототип.
Claims (2)
1. Способ формирования излучения в лазерной системе генератор - усилитель на парах металлов, заключающийся в том, что сформированное в генераторе, содержащем неустойчивый телескопический резонатор, излучение направляют на пространственный фильтр, выполненный в виде телескопической системы с диафрагмированием пучка в плоскости совмещенного фокуса, и пропускают через усилитель, отличающийся тем, что в плоскости совмещенного фокуса телескопической системы пространственного фильтра устанавливают пластину из материала, не прозрачного для излучения системы, и формируют в ней диафрагмирующее отверстие воздействием собственного излучения генератора.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пластину перемещают в плоскости установки и формируют в ней новое диафрагмирующее отверстие перед каждым включением системы.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016135336A RU2634371C1 (ru) | 2016-08-31 | 2016-08-31 | Способ формирования лазерного излучения в системе генератор-усилитель на парах металлов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016135336A RU2634371C1 (ru) | 2016-08-31 | 2016-08-31 | Способ формирования лазерного излучения в системе генератор-усилитель на парах металлов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2634371C1 true RU2634371C1 (ru) | 2017-10-26 |
Family
ID=60154031
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016135336A RU2634371C1 (ru) | 2016-08-31 | 2016-08-31 | Способ формирования лазерного излучения в системе генератор-усилитель на парах металлов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2634371C1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5327449A (en) * | 1988-04-22 | 1994-07-05 | Fraunhoefer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Laser resonator |
US5406578A (en) * | 1992-08-06 | 1995-04-11 | Carl-Zeiss-Stiftung | Unstable laser resonator for generating a stable fundamental mode beam profile |
RU2177196C1 (ru) * | 2000-07-25 | 2001-12-20 | Центр физического приборостроения ИОФ РАН | Неустойчивый резонатор |
-
2016
- 2016-08-31 RU RU2016135336A patent/RU2634371C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5327449A (en) * | 1988-04-22 | 1994-07-05 | Fraunhoefer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Laser resonator |
US5406578A (en) * | 1992-08-06 | 1995-04-11 | Carl-Zeiss-Stiftung | Unstable laser resonator for generating a stable fundamental mode beam profile |
RU2177196C1 (ru) * | 2000-07-25 | 2001-12-20 | Центр физического приборостроения ИОФ РАН | Неустойчивый резонатор |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3698677B2 (ja) | レーザパルス制御方法と装置およびx線発生方法と装置 | |
Kando et al. | Enhancement of photon number reflected by the relativistic flying mirror | |
JP2006032322A (ja) | レーザにより誘発されるプラズマを用いたeuv放射線の時間的に安定な生成のための装置 | |
Hernández-García et al. | Signature of the transversal coherence length in high-order harmonic generation | |
CN109041393B (zh) | 一种超快硬x射线源的产生装置及方法 | |
JP2009164331A (ja) | 原子発振器および発振デバイス | |
CN102185250A (zh) | 一种产生飞秒级时间分辨的x射线源的装置及方法 | |
RU2001121681A (ru) | Устройство для элементного анализа путем спектрометрии оптической эмиссии на плазме, полученной с помощью лазера | |
JP2000299197A (ja) | X線発生装置 | |
US20200039005A1 (en) | Device and method for laser-based separation of a transparent, brittle workpiece | |
JP2022518161A (ja) | 2色共焦点共局在化顕微鏡法 | |
CN108054623B (zh) | 一种使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统和方法 | |
KR100371125B1 (ko) | 저가의 평균 전력과 휘도가 높은 고상 펄스 레이저 시스템 | |
RU2634371C1 (ru) | Способ формирования лазерного излучения в системе генератор-усилитель на парах металлов | |
Feurer | Feedback-controlled optimization of soft-X-ray radiation from femtosecond laser-produced plasmas. | |
TW201924491A (zh) | 緊聚焦架構下高次諧波光源產生之最佳化系統及方法 | |
US5832007A (en) | Apparatus for and method of generating X-ray laser | |
JPH08213192A (ja) | X線発生装置およびその発生方法 | |
CN114374135A (zh) | 一种基于激光相干合成的太赫兹波产生系统 | |
Rublack et al. | First results attained with the quasi 3-D ellipsoidal photo cathode laser pulse system at the high brightness photo injector PITZ | |
CN208045929U (zh) | 一种使用“飞行聚焦”产生太赫兹波的系统 | |
JPH0722685A (ja) | 光線の焦点合成方法及びその焦点合成装置 | |
JP2022518162A (ja) | 誘導放出抑制顕微鏡法用パルス整形 | |
RU2671150C1 (ru) | Способ формирования дефектов в объеме образца диэлектрика лазерным излучением | |
Renard et al. | Detailed characterization of electron plasma waves produced by stimulated raman scattering |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190901 |