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.
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. H01S 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, котировочный фланец с изогнутыми под углом 45° к оптической оси боковыми частями, юстировочные винты. Каждое из поворотных зеркал размещено на держателе, закрепленном в отверстии на боковой части юстировочного фланца, (см. РФ пат.№2149486, кл. H01S 3/08, опубл. 20.05.2000 г. - принят за прототип).
Недостатком прототипа является невозможность юстировки узла поворотных зеркал на максимальную мощность излучения после сборки лазера, из-за отсутствия доступа к юстировочным винтам, находящимся внутри герметизируемого объема. Предварительная юстировка поворотных зеркал, выполняемая только в процессе сборки лазера, является косвенной и имеет достаточно большую погрешность, которая неизбежно увеличивается в дальнейшем из-за термо-механических воздействий, вследствие необходимых сварных, клеевых, резьбовых соединений. Причем эта погрешность не может быть устранена за счет юстировки «глухого» и «выходного» зеркал.
Задачей полезной модели является повышение точности юстировки поворотных зеркал оптического резонатора газового лазера, достижение максимальной мощности излучения и стабильности выходных параметров.
Технический результат при осуществлении полезной модели достигается за счет того, что в заявляемом газовом лазере возможна подъюстировка поворотных зеркал резонатора после сборки и наполнения лазерного объема газовой смесью.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается за счет того, что газовый лазер со складным резонатором, содержащий корпус с расположенными параллельно друг другу разрядными каналами, высокоотражающее, светоделительное и поворотные зеркала, несущий фланец с изогнутыми под углом 45° к оптической оси боковыми частями, в отверстии каждой части размещен держатель с поворотным зеркалом, юстировочные винты, каждый держатель поворотного зеркала выполнен в виде протяженной стойки, хвостовая часть которой размещена в полом цилиндре, соединенным резьбовым соединением с боковой частью несущего фланца, и имеет кольцевую проточку, в которую входят юстировочные винты, при этом каждый держатель поворотного зеркала герметично закреплен в отверстии боковой части несущего фланца через гибкий элемент.
Герметичное закрепление держателей поворотных зеркал с помощью гибкого элемента снимает необходимость использования дополнительных герметизирующих элементов и сохраняет открытым доступ к юстировочным винтам. Гибкий элемент может быть выполнен в виде плоской мембраны, обеспечивающей возможность изменения угла поворота держателя, но препятствующей поперечным смещениям торца держателя с размещенным на нем поворотным зеркалом. Наличие резьбового соединения полого цилиндра с несущим фланцем обеспечивает, за счет вхождения юстировочных винтов в кольцевую проточку на хвостовой части держателя, возможность перемещения (юстировку) поворотного зеркала вдоль оси цилиндра, расположенной под углом к оси разрядного канала, также без нарушения герметичности рабочего объема (корпуса) лазера.
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 изображен газовый лазер в продольном разрезе.
На фиг.2 изображен в увеличенном виде узел крепления поворотного зеркала.
Приводим сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели.
В корпусе 1 газового лазера расположены параллельно друг другу разрядные каналы 2, выходной юстировочный фланец 3 с закрепленными на нем светоотражающим 4 и светоделительным 5 зеркалами, несущий фланец 6, на изогнутых боковых гранях которого под углом 45° к осям разрядных каналов 2 расположены полые цилиндры 7. Внутри каждого цилиндра 7 соосно с ним размещены держатели 8, с закрепленными на них поворотными зеркалами 9. В хвостовой части каждого держателя выполнена кольцевая проточка 10, в которую входят юстировочные винты 11, расположенные перпендикулярно оси полого цилиндра 7 в резьбовых отверстиях в его боковой поверхности. Торцевая часть держателя 8, примыкающая к поворотному зеркалу 9 герметично соединена гибким элементом 12 с несущим фланцем 6.
Предварительно собирается узел выходного юстировочного фланца 3 со светоотражающим 4 и светоделительным 5 зеркалами. Затем производится сборка несущего фланца 6, в котором герметично впаяны гибкие элементы - мембраны 12, в каждом из которых в свою очередь герметично впаян держатель 8. В процессе сборки несущего фланца 6 в его боковые грани вворачиваются полые цилиндры 7 с закрепленными в них юстировочными винтами 11. Поочередным вращением цилиндра 7 и винтов 11 добиваются контакта - вхождения последних в кольцевую проточку держателя 8. После этого на держатели 8 устанавливаются поворотные зеркала 9.
Далее собранный несущий фланец 6 герметично устанавливается на корпус 1 лазера и осуществляется юстировка поворотных зеркал 9 относительно разрядных каналов 2. Юстировка производится на оптической скамье с помощью двух вспомогательных He-Ne лазеров. Затем на корпус 1 лазера также герметично устанавливается собранный выходной юстировочный фланец 3 и осуществляется юстировка светоотражающего 4 и светоделительного зеркала 5 с помощью тех же двух He-Ne лазеров.
После термовакуумной обработки в вакуумный объем лазера напускается рабочая смесь, подается ВЧ напряжение и в разрядных каналах 2 зажигается поперечный газовый разряд. В связи с тем, что в процессе термовакуумной обработки в конструкции лазера возникают напряжения и их перераспределения, происходит уход разъюстировка оптических элементов - зеркал резонатора. Поэтому винтами 11 по показаниям
измерителя мощности лазерного излучения производится окончательная юстировка светоотражающего 4 и светоделительного 5 зеркал. Далее производится окончательная юстировка поворотных зеркал 9 поочередным вращением юстировочных винтов 11. При этом юстировка зеркал выходного фланца 3 не допускается. После достижения максимальной мощности лазерного излучения производится фиксирование - стопорение юстировочных винтов 11, резьбовых соединений полых цилиндров 7.
Максимальная мощность излучения и стабильность выходных параметров обеспечивается возможностью юстировки поворотных зеркал после зажигания разряда (так называемая « горячая юстировка») без нарушения герметичности вакуумных соединений (корпуса) лазера.
2
Предлагаемая полезная модель опробована в СО лазере с ВЧ возбуждением типа LCD-10WG, LCD-10AG с мощностью излучения 12÷14 Вт. Держатели поворотных зеркал выполнены в виде протяженных стоек из никель содержащего сплава типа 42 НА-ВИ. Держатели герметично спаяны медным припоем с гибким элементом - мембраной, а она в свою очередь спаяна с несущим фланцем. Нормализованные юстировочные винты с качественной резьбой М4×0,5 гарантируют необходимую точность юстировки. «Горячая» подъюстировка поворотных зеркал обеспечила увеличение мощности излучения в среднем на 10-15%, а также стабильность выходных параметров в процессе эксплуатации.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию «промышленная применимость» по действующему законодательству.