Активный блок лазера
Устройство относится к технике генерации когерентного, например, оптического излучения преимущественно большой мощности с помощью лазеров.
Сущность предложения заключается в том, что в активном блоке лазера, представляющем собой замкнутый контур, в состав которого входят последовательно соединенные прозрачный объем с активной средой, имеющий просветляющее покрытие, насос и холодильник, заполненные охлаждающей жидкостью, охлаждающая жидкость заменена веществом, обладающим текучестью, а активная среда выполнена в виде порошка, который взвешен в этом веществе, обладающем текучестью.
1 п.ф., 1 илл.
Устройство относится к технике генерации когерентного, например, оптического излучения преимущественно большой мощности с помощью лазеров.
Известны лазеры с жидкими (органические красители), газообразными (Ne+He, Аr, N2, СО 2) и твердотельными (рубин и др.) активными средами. В настоящее время интенсивно развиваются лазеры нового поколения - с твердотельными активными средами и полупроводниковой накачкой, которые имеют существенные системные преимущества по сравнению с лазерами более ранних разработок (см., например, сайт http://www.rofin.com/index-fe.htm?start=/english/products/macro-laser/nd-yag-solid-state-lasers/diode-pumped-yag-principle.php, где представлен типичный твердотельный лазер с YAG:Nd (иттрий - алюминиевый гранат с присадкой ионов неодима) активной средой в виде монолитного стержня и поперечной накачкой охлаждаемыми водой матрицами лазерных диодов).
При всех достоинствах таких твердотельных лазеров они имеют и существенные ограничения, например, по максимальной генерируемой мощности, которая определяется, в частности, предельно допустимым градиентом температур в монолитном стержне активной среды. Для таких лазеров обычно применяют поперечную накачку как более эффективную.
Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату являются монолитные активные среды мощных лазеров с принудительным охлаждением, которые обычно конструктивно оформляются в виде активного блока лазера (см. Н.В.Кравцов. Основные тенденции развития твердотельных лазеров с полупроводниковой накачкой. Обзор. Журнал "Квантовая
электроника", №8 (2001), стр.661-677, раздел 8, рис.10). Конструкция активного блока этого конкретного мощного лазера принята за прототип.
Для получения максимальной мощности в непрерывном режиме генерации конструкция активного блока этого лазера практически оптимальна. Активный блок представляет собой замкнутый контур, заполненный охлаждающей жидкостью, в состав которого входят последовательно включенные прозрачная трубка с YAG:Nd активной средой в виде монолитного стержня (диаметром 8 мм и длиной 118 мм), насос и холодильник. Прозрачная трубка имеет просветляющее покрытие. Поперечная накачка активной среды осуществляется с помощью десяти диодных решеток (матриц лазерных диодов). Выходная мощность такого лазера - более 1 кВт.
Таким образом, активный блок лазера, как функционально законченная конструкция, обеспечивает эффективный подвод энергии накачки, съем потерь энергии накачки в активной среде (она нагревается) и вывод полезной энергии лазера.
При всех достоинствах конструкции этого узла в монолитном стержне активной среды всегда имеются значительные градиенты температур и его местные перегревы, ухудшающие параметры генерируемой мощности.
Техническим результатом, на достижение которого направлено создание предлагаемого устройства, является резкое улучшение параметров генерируемой мощности, в частности, повышение предельной мощности для той же активной среды, исключение в ней тепловых линз (возникающих из-за градиента температур) и двулучепреломления, что открывает новые широкие возможности для создания совершенных лазеров, в первую очередь, большой мощности.
Поставленная цель достигается тем, что в активном блоке лазера, представляющем собой замкнутый контур, в состав которого входят последовательно соединенные прозрачный объем с активной средой, имеющий просветляющее покрытие, насос и холодильник, заполненные
охлаждающей жидкостью, - охлаждающая жидкость заменена веществом, обладающим текучестью, а активная среда выполнена в виде порошка, который взвешен в этом веществе, обладающем текучестью.
На фигуре представлен активный блок лазера. Он состоит из замкнутого контура 1, в состав которого входят последовательно соединенные прозрачный объем 2, снабженный просветляющим покрытием (на фигуре оно условно не показано), холодильник 3 и насос 4. Замкнутый контур 1 заполнен взвесью порошка активной среды 5, например, YAG:Nd (отдельные частицы порошка активной среды 5 условно показаны кружками), в веществе, обладающем текучестью, например, жидкости или газе (на фигуре оно условно не показано). Ось ОО прозрачного объема 2 является выходной осью активной среды (вдоль нее устанавливаются зеркала резонатора лазера).
Работает активный блок лазера следующим образом. В процессе работы лазера взвесь порошка активной среды 5 в прозрачном объеме 2 выполняет функцию активной среды лазера. Энергия накачки подается, например, поперек оси ОО прозрачного объема 2, а выходная энергия снимается вдоль оси ОО прозрачного объема 2. При этом функционирует насос 4, который прокачивает взвесь порошка активной среды 5 в веществе, обладающем текучестью, по замкнутому контуру 1. В этом процессе нагретые энергией накачки частицы порошка активной среды 5 и вещество, обладающее текучестью, охлаждаются в холодильнике 3 и вновь поступают в прозрачный объем 2. Просветляющее покрытие прозрачного объема 2 снижает потери энергии накачки.
Такая конструкция активного блока лазера обладает значительными преимуществами по сравнению с прототипом. В частности, частицы порошка активной среды 5 из-за малых размеров имеют исчезающе малые градиенты температур и интенсивно охлаждаются с помощью вещества, обладающего текучестью, а перегретая в процессе работы взвесь порошка активной среды 5 и само вещество, обладающее текучестью, интенсивно охлаждаются в
холодильнике 3, обеспечивая существенно более эффективную работу активного элемента лазера.
Проведя анализ уровня техники по научно-техническим источникам информации, заявитель не обнаружил аналог с признаками, идентичными существенным признакам заявляемой полезной модели.
Выбранный прототип устройства позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявляемом устройстве, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, заявляемая полезная модель "Активный блок лазера" соответствует критерию новизны.
Критерий промышленной применимости заявляемого "Активного блока лазера" подтверждается тем, что данное устройство не нарушает ни один из принципов функционирования лазеров и открывает новые широкие возможности для создания совершенных лазеров, в первую очередь, большой мощности.
Активный блок лазера, представляющий собой замкнутый контур, в состав которого входят последовательно включенные прозрачный объем с активной средой, имеющий просветляющее покрытие, насос и холодильник, заполненные охлаждающей жидкостью, отличающийся тем, что охлаждающая жидкость заменена веществом, обладающим текучестью, а активная среда выполнена в виде порошка, который взвешен в этом веществе, обладающем текучестью.
