ИЗЛУЧАТЕЛЬ ЛАЗЕРА

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам для генерации стимулированного излучения, и может быть использована для создания лазеров.
Известен излучатель лазера (ИЛ) ОГМ-40 [1], включающий корпус и установленные в нем отражатели, представляющие собой оптически связанные выходное зеркало в виде стопы из двух плоскопараллельных кварцевых пластин и глухое зеркало в виде электрооптического отражателя и составляющие резонатор, в котором расположены оптически связанные активный элемент, поляризатор, имеющий плоские рабочие поверхности, установленные так, что нормаль к ним составляет с оптической осью резонатора угол отличный от 90°, и затвор в виде электрооптического отражателя.
При работе ИЛ мощное узконаправленное излучение генерации зеркально отражается от плоских рабочих поверхностей поляризатора, попадает на корпус, вызывает его повреждение и образование мелких рассеянных в воздухе частиц материала корпуса ИЛ. Эти частицы осаждаются на оптических поверхностях в резонаторе ИЛ, поглощают излучение генерации, нагреваются, и пригорая к оптическим поверхностям, ухудшают их оптические характеристики, и соответственно, уменьшают энергетические характеристики ИЛ и уменьшают ресурс работы ИЛ.
Более высокий ресурс работы позволяет получить ИЛ [2], являющийся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбранный в качестве прототипа.
Он включает корпус и установленные в нем отражатели (в виде зеркал), составляющие резонатор, в котором расположены оптически связанные активный элемент, поляризатор, имеющий плоские рабочие поверхности, установленные таким образом, что нормаль к ним составляет с оптической осью резонатора угол отличный от 90°, затвор, и матовые
стеклянные пластинки, оптически связанные с плоскими рабочими поверхностями поляризатора, а именно, расположенные на пути отраженных от плоских рабочих поверхностей поляризатора лучей, направленных вдоль оптической оси резонатора.
При работе ИЛ отраженное от плоских рабочих поверхностей поляризатора направленное мощное излучение генерации попадает на матовые стеклянные пластинки, расположенные на пути отраженных от плоских рабочих поверхностей поляризатора лучей, направленных вдоль оптической оси резонатора.
Часть направленного излучения генерации, попавшего на матовые стеклянные пластинки, отражается от матовой поверхности и попадает на корпус ИЛ. Оставшаяся часть излучения проходит внутрь матовой стеклянной пластинки, испытывая рассеяние на матовой поверхности, и выходя из нее также попадает на корпус ИЛ.
При этом излучение, отраженное от матовой поверхности стеклянной пластинки, представляет собой сумму узконаправленного отраженного пучка и рассеянного диффузного излучения. Излучение, прошедшее через матовую стеклянную пластинку, также представляет собой сумму узконаправленного прошедшего пучка и рассеянного диффузного излучения.
Диффузно отраженное от матовой поверхности и диффузно прошедшее через матовую стеклянную пластинку излучение, попадающее на корпус ИЛ, ввиду малой плотности мощности не вызывает рассеяния материала корпуса ИЛ и уменьшения ресурса работы ИЛ.
Однако матовая стеклянная пластинка не может создать полностью диффузное отраженное и прошедшее излучение, при ее наличии всегда имеются узконаправленные отраженный и прошедший пучки излучения, которые попадают на корпус ИЛ, вызывают его повреждение и образование мелких рассеянных в воздухе частиц материала корпуса ИЛ.
Рассеянные в воздухе частицы материала корпуса ИЛ в дальнейшем осаждаются на оптических поверхностях ИЛ. Во время работы ИЛ указанные
частицы поглощают излучение генерации, нагреваются, и пригорая к оптическим поверхностям, вызывают ухудшение их оптических характеристик, и соответственно, уменьшение энергетических характеристик и уменьшение ресурса работы ИЛ.
Задачей полезной модели является увеличение ресурса работы ИЛ путем исключения попадания на корпус ИЛ узконаправленных отраженных и прошедших пучков излучения.
z
z
Сущность полезной модели заключается в том, что в ИЛ, включающем корпус и отражатели, составляющие резонатор, в котором расположены оптически связанные активный элемент, поляризатор, имеющий плоские рабочие поверхности, установленные таким образом, что нормаль к ним составляет с оптической осью резонатора угол отличный от 90°, затвор, и матовые стеклянные пластинки, оптически связанные с плоскими рабочими поверхностями поляризатора, в отличие от прототипа, матовые стеклянные пластинки изготовлены из молочного стекла с толщиной, обеспечивающей диффузное светопропускание, ближняя к поляризатору рабочая поверхность матовых стеклянных пластинок имеет среднюю высоту максимальных неровностей профиля R, удовлетворяющую соотношению 1,0R/λ10, где λ - длина волны излучения лазера.
Возможен выбор молочного стекла одной из следующих марок МС 12, МС 13, МС 23, при этом толщина матовой стеклянной пластинки составляет 2 мм.
Наличие в ИЛ матовых стеклянных пластинок из молочного стекла, толщина которых выбрана обеспечивающей диффузное светопропускание (при этом доля узконаправленного прошедшего пучка излучения пренебрежимо мала по сравнению с долей диффузного излучения) позволяет преобразовать направленное мощное излучение генерации лазера, отраженное от поляризатора и далее прошедшее через матовую стеклянную пластинку из молочного стекла, в практически полностью диффузное излучение, исключив таким образом прохождение через упомянутую
пластинку узконаправленного пучка, вызывающего интенсивное рассеяние материала корпуса ИЛ. Соответственно, увеличивается ресурс работы излучателя ИЛ.
Если толщина матовой стеклянной пластинки из молочного стекла не обеспечивает диффузное светопропускание, то излучение прошедшее через матовую стеклянную пластинку не является практически полностью диффузным и имеет узконаправленный пучок, вызывающий интенсивное рассеяние материала корпуса ИЛ, соответственно, уменьшение ресурса работы ИЛ.
z
z
Выполнение ближней к поляризатору рабочей поверхности матовых стеклянных пластинок из молочного стекла со средней высотой максимальных неровностей профиля R, удовлетворяющей соотношению 1,0R/λ10, где λ - длина волны излучения лазера, позволяет преобразовать направленное мощное излучение генерации лазера, отраженное от поляризатора и далее отраженное от поверхности матовой стеклянной пластинки, в практически полностью диффузное излучение, исключив таким образом отражение от упомянутой пластинки узконаправленного пучка, вызывающего интенсивное рассеяние материала корпуса ИЛ. Соответственно, увеличивается ресурс работы ИЛ.
z
z
Выполнение ближней к поляризатору рабочей поверхности матовых стеклянных пластинок из молочного стекла со средней высотой максимальных неровностей профиля R, удовлетворяющей соотношению R/λ1,0, приводит к появлению зеркального отражения, соответственно, к появлению узконаправленного пучка, вызывающего интенсивное рассеяние материала корпуса ИЛ. Соответственно, уменьшается ресурс работы ИЛ.
z
z
Выполнение ближней к поляризатору рабочей поверхности матовых стеклянных пластинок со средней высотой максимальных неровностей профиля R, удовлетворяющей соотношению R/λ10, приводит к появлению на поверхности микрообластей зеркального отражения, соответственно, к появлению нескольких узконаправленных пучков,
вызывающих интенсивное рассеяние материала корпуса ИЛ. Соответственно, уменьшается ресурс работы ИЛ.
z
z
Возможное изготовление матовых стеклянных пластинок из молочного стекла одной из следующих марок МС 12, МС 13, МС 23 с толщиной пластинки 2 мм и выполнение ближней к поляризатору рабочей ее поверхности с величиной шероховатости R, удовлетворяющей соотношению 1,0R/λ10, позволяет преобразовать направленное мощное излучение генерации лазера, отраженное от поляризатора и прошедшее через матовую стеклянную пластинку, в практически полностью диффузное излучение, исключив таким образом прохождение через упомянутую пластинку узконаправленного пучка, вызывающего интенсивное распыление материала корпуса ИЛ. Соответственно, увеличивается ресурс работы ИЛ.
Полезная модель поясняется чертежом.
На фигуре представлена схема ИЛ.
ИЛ включает корпус 1 и установленные в нем отражатели 2 и 3, составляющие резонатор, в котором расположены оптически связанные активный элемент 4, поляризатор 5, затвор 6 для модуляции добротности лазера. В составе ИЛ имеются матовые стеклянные пластинки 7, оптически связанные с плоскими рабочими поверхностями поляризатора 5 (расположенные на пути отраженных от плоских рабочих поверхностей поляризатора 5 лучей, направленных вдоль оптической оси резонатора).
Корпус 1 изготовлен из алюминия.
Отражатель 2 выполнен в виде плоского зеркала и имеет коэффициент отражения ρ=0,4 для излучения лазера с λ=1,06 мкм.
Отражатель 3 выполнен в виде сферического зеркала и имеет коэффициент отражения ρ>0,99 для излучения в области длин волн λ~1,06 мкм.
Активный элемент 4 (⌀4×50 мм) изготовлен из стекла с неодимом (длина волны излучения λ=1,06 мкм).
Поляризатор 5 изготовлен из стекла К8 и имеет плоские рабочие поверхности, установленные таким образом, что нормаль к ним составляет с оптической осью резонатора угол, близкий к углу Брюстера.
Затвор 6 для модуляции добротности лазера выполнен из лейкосапфира и является пассивным затвором.
В корпусе 1 размещены две матовые стеклянные пластинки 7, расположенные на пути отраженных от плоских рабочих поверхностей поляризатора 5 лучей, направленных вдоль оптической оси резонатора.
Матовые стеклянные пластинки 7 изготовлены из молочного стекла МС 23 с толщиной 2 мм и обеспечивают диффузное светопропускание.
Однако возможно изготовление указанных пластинок из молочных стекол других марок с толщиной, которая будет обеспечивать диффузное светопропускание.
z
z
Ближняя к поляризатору рабочая поверхность матовых стеклянных пластинок 7 из молочного стекла, расположенных на пути отраженных от плоских рабочих поверхностей поляризатора 5 лучей, направленных вдоль оптической оси резонатора, выполнена с шероховатостью, у которой средняя высота максимальных неровностей профиля R находится в пределах от 1,25 до 2,5 мкм, что удовлетворяет соотношению 1,0R/λ10.
z
Однако возможно выполнение указанной поверхности и с шероховатостью, у которой средняя высота максимальных неровностей профиля R находится в пределах от 1,0 до 10,0 мкм.
ИЛ работает следующим образом.
Во время работы ИЛ в резонаторе, образованном плоским выходным зеркалом 2 и глухим (для излучения в области длин волн λ~1,06 мкм) сферическим зеркалом 3 и содержащем оптически связанные активный элемент 4, поляризатор 5, затвор 6 генерируется короткий (с длительностью ~10 нc) мощный импульс поляризованного излучения с длиной волны λ=1,06 мкм.
При этом от плоских рабочих поверхностей поляризатора 5 часть мощного генерируемого излучения ИЛ отражается на матовые стеклянные пластинки 7 из молочного стекла, расположенные на пути отраженного от плоских рабочих поверхностей поляризатора излучения ИЛ.
Мощное излучение ИЛ, попадающее на матовые стеклянные пластинки 7 из молочного стекла с толщиной, которая обеспечивает диффузное светопропускание, проходя через эти пластинки становится практически полностью диффузным излучением, исключив таким образом прохождение через упомянутую пластинку узконаправленного пучка, вызывающего интенсивное рассеяние материала корпуса ИЛ.
z
Мощное излучение ИЛ, попадающее на ближнюю к поляризатору 5 рабочую поверхность матовых стеклянных пластинок 7 из молочного стекла, отражаясь от этой поверхности матовых стеклянных пластинок, имеющей среднюю высоту максимальных неровностей профиля R в пределах от 1,0 до 10,0 мкм, становится практически полностью диффузным излучением, исключив таким образом отражение от упомянутой пластинки узконаправленного пучка.
При использовании указанных матовых стеклянных пластинок 7 было исключено появление и осаждение рассеянного материала корпуса 1 ИЛ на оптические поверхности ИЛ. Ресурс работы ИЛ при этом превысил 5000 импульсов излучения (увеличился примерно в 10 раз).
Таким образом, ИЛ обеспечивает увеличение ресурса работы ИЛ за путем исключения попадания на корпус узконаправленных отраженных и прошедших через поляризатор пучков излучения.
Источники информации.
1. Белостоцкий Б.Р., Любавский Ю.В., Овчинников В.М. Основы лазерной техники. - М. Советское радио, 1972. - С. 379-380.
2. http://www.solarlaser.com\ Pulsed Nd:YAG laser LQ 529. User′s Manual.- C. 9-11, 42-46. - Прототип.