Газовый лазер со складным резонатором

Полезная модель относится к области квантовой электроники и может быть использована при создании газовых лазеров со складным резонатором с повышенной устойчивостью к механо-климатическим воздействиям.

Задачей настоящей полезной модели является создание газового лазера со складным резонатором с предельно точно съюстированными поворотными зеркалами и обеспечение стабильности его выходных параметров, в том числе и при механо-климатических воздействиях. Стабильность выходных параметров, надежность и точность юстировки поворотных зеркал 4 обеспечивается тем, что шляпка 5 и стойка 6 каждого держателя выполнены в виде отдельных элементов, соединенных между собой резьбовым креплением. При этом стойка 6 разделена шейкой 14 на две части 15, 16 с различным шагом резьбы. Резьбовые отверстия во фланце 7 и шляпке 5 также выполнены с различным шагом, соответствующим шагу резьбы вворачиваемой части стойки 6. В результате, в процессе юстировки при вращении стойки 6 шляпка 5, фиксируемая от поворота, начинает плавно перемещаться в продольном направлении относительно исходного положения. Величина перемещения L определяется выражением:

, где

- угол поворота стойки;

- разность шагов резьбы в шляпке и во фланце.

Как следует из выражения, перемещение L - может быть сделано сколь угодно малым, что обеспечивает предельную точность юстировки узла поворотных зеркал 4, складного резонатора. Кроме того, наличие у стойки специальной шейки 14 позволяет локализовать упруго-пластические деформации в заданном сечении, свободном от других неконтролируемых дефектов, что препятствует тем самым ее разрушению.

Полезная модель относится к области квантовой электроники и может быть использована при создании газовых лазеров со складным резонатором с повышенной устойчивостью к механо-климатическим воздействиям.

Известен газовый лазер, содержащий разрядные капилляры с электродами, герметично соединенные торцами с держателями оптики при помощи прокладок и прижимных пружин, и резонатор со светоделительным, высокоотражающим и двумя поворотными зеркалами, расположенными на корпусе лазера, (см. з-ка ФРГ №1947286, кл. 21g 53/00, опубл.01.04.1971 г.)

Недостатком лазера является низкая стабильность выходных параметров излучения при механо-климатических воздействиях: из-за наличия пружинящих элементов и эластичных герметизирующих прокладок, приводящих к рассогласованию, в процессе воздействия внешних факторов, оптических осей разрядных каналов. Кроме того, возможна разгерметизация лазера при больших ударных нагрузках в условиях эксплуатации при экстремальных температурах окружающей среды.

Известен газовый лазер, содержащий корпус в котором параллельно друг другу размещены разрядные каналы с системой электродов, отражающее, светоделительное и поворотные зеркала. Каждое из зеркал с помощью винта соединено с держателем, закрепленным на боковой поверхности фланца, один торец которого соединен с крышкой, а второй - с корпусом. В каждом держателе поворотного зеркала расположены по три юстировочных винта, упирающихся в металлические пластины, размещенные на фланце. Три других винта притягивают держатели через пружинящие элементы к фланцу. Герметизация внутренней полости фланца осуществляется с помощью герметизирующей крышки и уплотняющих эластичных прокладок, расположенных на держателях поворотных зеркал и на разрядных каналах (см.заявка Франции №2566197, кл. Н01S 3/03, опубл.20.12.85 г.).

Недостатком известного лазера является низкая стабильность выходных параметров излучения при механо-климатических воздействиях. Это связано с наличием герметизирующих прокладок, которые должны обладать определенной упругостью и

эластичностью (для возможности юстировки поворотного зеркала), а также пружинящих элементов, расположенных в держателе поворотного зеркала. При воздействии синусоидальных вибраций и ударных нагрузок возникают колебания держателей с поворотными зеркалами относительно оптической оси резонатора. Это приводит к ухудшению стабильности таких выходных параметров, как мощность излучения и ось диаграммы направленности. При более длительных и более жестких механических воздействиях будет наблюдаться появление люфта между держателем поворотного зеркала и фланцем. Этот люфт связан с самораскручиванием юстировочных и притягивающих винтов.

При воздействии таких климатических факторов, как пониженная температура, ухудшение стабильности выходных параметров связано с разгерметизацией газового лазера в месте расположения прокладки. Так при температуре окружающей среды -60°С прокладка будет терять свою эластичность и упругость, а при разнице давлений, атмосфера - давление рабочей смеси, в лазере произойдет натекание атмосферы в оболочку газового лазера. Кроме того, сама герметизирующая прокладка является источником газовыделения. Это приведет к ухудшению такого параметра излучения, как долговременная стабильность мощности излучения.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является газовый лазер со складным резонатором. Лазер содержит корпус с параллельно расположенными разрядными каналами, высокоотражающее, светоделительное и поворотные зеркала. Каждое из поворотных зеркал размещено на держателе, выполненном в виде шляпки и стойки с резьбой, закрепленной в резьбовом отверстии фланца. Вокруг каждого держателя во фланце размещены юстировочные винты, контактирующие с противоположной поверхностью шляпки держателя (см. РФ пат. №1547646, кл.Н01S 3/02, опубл. 30.07.92 г. - принят за прототип).

Недостатком прототипа является низкая стабильность выходных параметров излучения при механо-климатических воздействиях. Это связано с тем, что держатель выполнен в виде единой детали, состоящей из резьбовой стойки и шляпки. В результате возникающая в процессе юстировки необходимость перемещения в продольном направлении держателя с закрепленным на нем зеркалом может быть реализована только с дискретным шагом, равным шагу резьбы стойки. Это обстоятельство не позволяет съюстировать данный оптический узел с требуемой точностью. Попытка юстировки оптического узла прототипа за счет согласованного разворота зеркал приводит к неконтролируемому росту упруго-пластической деформации («вытяжке») резьбовых участков стоек и увеличенному угловому их перекосу.

Кроме того, отсутствие у держателя на стойке специального участка деформаций, т.е. шейки, может привести к нежелательной концентрации напряжений в минимальном сечении профиля резьбового соединения и последующему его разрушению. Отмеченные недостатки прототипа вызывают нестабильность параметров лазерного излучения, ухудшают устойчивость лазера к механо-климатическим воздействиям.

Задачей настоящей полезной модели является создание газового лазера со складным резонатором с предельно точно съюстированными поворотными зеркалами и обеспечение стабильности его выходных параметров, в том числе и при механо-климатических воздействиях.

Технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в известном газовом лазере со складным резонатором, содержащем корпус с расположенными параллельно друг другу разрядными каналами, высокоотражающее, светоделительное и поворотные зеркала, каждое из поворотных зеркал размещено на держателе, выполненном в виде шляпки и стойки с резьбой, закрепленной в отверстии фланца, юстировочные винты, контактирующие со шляпкой, размещены во фланце вокруг каждого держателя, шляпка и стойка каждого держателя выполнены в виде отдельных элементов, соединенных между собой резьбовым креплением, причем шляпка имеет отверстие с резьбой, шаг которой отличен от шага резьбы отверстия фланца, а стойка разделена шейкой на две соответствующие резьбовые части, одна из которых ввернута в отверстие шляпки, а другая - в резьбовое отверстие фланца.

Предлагаемое конструктивное выполнение держателей зеркал, позволило осуществлять процесс юстировки зеркал с высокой точностью и надежностью, что обеспечило стабильность выходных параметров лазерного излучения.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной полезной модели, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленной полезной модели, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле полезной модели.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.

На фиг.1(а) изображен газовый лазер в продольном разрезе.

На фиг.1(б) показан вид газового лазера со стороны светоделительного зеркала.

На фиг.1(в) представлен фланец газового лазера со стороны крышки.

На фиг.1(г) изображена часть оптического узла поворотных зеркал в увеличенном виде.

На фиг.1(д) показаны - шляпка, стойка и часть фланца в разнесенном виде.

Приводим сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели.

Газовый лазер имеет корпус 1, в котором расположены два разрядных канала 2, 3, поворотные зеркала 4, размешенные на шляпках 5, которые с помощью стоек 6 закреплены в несущем фланце 7 с юстировочными винтами 8. Крышка 9 обеспечивает герметизацию рабочего объема. На противоположном торце корпуса 1 лазера расположен несущий фланец 10 с юстировочными винтами 11 и закрепленными на нем светоотражающим 12 и светоделительным 13 зеркалами. Каждая стойка 6 разделена шейкой 14 на две резьбовые части 15 и 16.

Сборка и работа лазера осуществляется следующим образом:

Предварительно на несущем фланце 7 собирается узел, состоящий из поворотных зеркал 4 закрепленных на шляпках 5. Также предварительно монтируется устройство юстировки светоотражающего 12 и светоделительного 13 зеркал на несущем фланце 10.

На оптической скамье, при снятом устройстве юстировки светоотражающего 12 и светоделительного 13 зеркал, с помощью двух вспомогательных He-Ne лазеров осуществляется юстировка поворотных зеркал 4 относительно разрядных каналов 2, 3 лазера.

Далее на корпус 1 лазера герметично устанавливается собранное устройство юстировки светоотражающего 12 и светоделительного 13 зеркал и с помощью тех же двух He-Ne лазеров поочередным вращением юстировочных винтов 11 осуществляется их юстировка.

Затем устанавливается измеритель мощности лазерного излучения и в корпус лазера 1 напускается рабочая смесь и при подаче ВЧ напряжения в разрядных каналах 2, 3 зажигается поперечный газовый разряд. С помощью винтов 11 осуществляется окончательная юстировка светоотражающего 12 и светоделительного 13 зеркал.

На этом юстировка оптических элементов резонатора газового лазера заканчивается.

Стабильность выходных параметров, надежность и точность юстировки поворотных зеркал обеспечивается тем, что шляпка и стойка каждого держателя выполнены в виде отдельных элементов, соединенных между собой резьбовым креплением. При этом стойка разделена шейкой на две части с различным шагом резьбы. Резьбовые отверстия во фланце и шляпке также выполнены с различным шагом, соответствующим шагу резьбы

вворачиваемой части стойки. В результате, в процессе юстировки при вращении стойки шляпка, фиксируемая от поворота, начинает плавно перемещаться в продольном направлении относительно исходного положения. Величина перемещения L определяется выражением:

где

- угол поворота стойки;

- разность шагов резьбы в шляпке и во фланце.

Как следует из выражения, перемещение L может быть сделано сколь угодно малым, что обеспечивает предельную точность юстировки узла поворотных зеркал, складного резонатора в целом. Кроме того, наличие у стойки специальной шейки позволяет локализовать упруго-пластические деформации в заданном сечении, свободном от других неконтролируемых дефектов, что препятствует тем самым ее разрушению.

Предлагаемая полезная модель использована в СО₂ лазерах с ВЧ возбуждением типа LCD-10WG, LCD-10AG с мощностью излучения 10-14 Вт. Держатели поворотных зеркал выполнены в виде отдельных элементов соединенных между собой резьбовым соединением. Резьбовые части стоек (резьбой М4) выполнялись с различным шагом: 0,5 мм и 0,7 мм соответственно. Это позволило предельно точно съюстировать складной резонатор лазера и обеспечило увеличение мощности лазерного излучения на 15-20% при высокой долговременной ее стабильности и качестве одномодового режима генерации.

Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию «промышленная применимость» по действующему законодательству.

Газовый лазер со складным резонатором, содержащий корпус с расположенными параллельно друг другу разрядными каналами, высокоотражающее, светоделительное и поворотные зеркала, каждое из поворотных зеркал размещено на держателе, выполненном в виде шляпки и стойки с резьбой, закрепленной в отверстии фланца, юстировочные винты, контактирующие со шляпкой, размещены во фланце вокруг каждого держателя, отличающийся тем, что шляпка и стойка каждого держателя выполнены в виде отдельных элементов, соединенных между собой резьбовым креплением, причем шляпка имеет отверстие с резьбой, шаг которой отличен от шага резьбы отверстия фланца, а стойка разделена шейкой на две соответствующие резьбовые части, одна из которых ввернута в отверстие шляпки, а другая - в резьбовое отверстие фланца.