НЕ-NE ЛАЗЕР

Полезная модель относится к квантовой электронике и может быть использована для создания компактного, механически прочного и надежного, с высокими эксплутационными характеристиками He-Ne лазера для применения в качестве источника монохроматического излучения в инфракрасной оптике, устройствах юстировки сложных инфракрасных оптических систем, газоанализаторах.
Известен газовый лазер, который содержит разрядную трубку, состоящую из стеклянной оболочки и расположенного внутри оболочки разрядного капилляра. На торцах оболочки закреплены металлические втулки с пластично -деформируемым участком с элементами установки и закрепления зеркал. Юстировка зеркал по отношению к оси разрядной трубки осуществляется путем деформации участка металлической детали с зеркалом с помощью специального инструмента. Конструкция применяется в лазерах с внутренними зеркалами (см. заявка ФРГ №2007939, кл. 21 g 53/02, опубл. 02.09.1971 г.)
Недостатком этого лазера является невозможность подавить конкурирующую или выделить необходимую линию излучения внутри резонатора без использования сложных дорогостоящих зеркал.
Известен газовый лазер, который содержит разрядную трубку, наполненную смесью гелий -неон и имеющую на обоих концах оптические окна, ориентированные под углом Брюстера к оси трубки, кювету с оптическим окном, также ориентированным под углом Брюстера, и присоединенную к одному из торцов трубки и резонатор, образованный двумя зеркалами, закрепленными в котировочных головках. Кювета наполнена газом метаном, подавляющим конкурирующее излучение на линии 3,39 мкм и повышая тем самым интенсивность основной линии излучения 0,633 мкм. Разрядная трубка и зеркала в юстировочных головках установлены в держателях, непосредственно не связанных между собой, но установленных на общем основании- держателе оптики. Такая конструкция лазера классифицируется как конструкция с внешними зеркалами (см. пат. Японии 47-11959, опубл. 14.04.1972)
Недостатком такого лазера является то, что механизм установки и юстировки разрядной трубки и зеркал достаточно сложен, что делает конструкцию лазера
материалоемкой, громоздкой, ненадежной, не обладающей достаточной механической прочностью, а наличие двух окон Брюстера по торцам разрядной трубки и одного окна в метановой ячейке увеличивает потери в резонаторе и это снижает мощность лазерного излучения.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому объекту по совокупности признаков является лазер, содержащий разрядную трубку в виде капилляра с оптическими окнами, расположенными под углом Брюстера к оси трубки, и заполненную смесью гелия и неона. Трубка установлена между двумя зеркалами, образующими резонатор Фабри-Перо.. Каждое окно Брюстера и соответствующее зеркало находятся в метановой ячейке, герметично закрепленной на разрядной трубке. Метан, находящийся в промежутке между окном и соответствующим зеркалом, поглощает конкурирующее излучение на линии 3,39 мкм увеличивая тем самым интенсивность перехода на основной линии 0,63 мкм. (см. патент Великобритании №1120785 кл. Н 1 С, опубл. 24.07.1968 г. - прототип)
Недостатком лазера является то, что метановые ячейки с зеркалами закрепляются на тонком разрядном капилляре и для повышения механической прочности и устойчивости этих узлов резонатора необходимо вводить дополнительные механизмы надежной установки и закрепления трубки, метановых ячеек и зеркал, что делает конструкцию лазера громоздкой, материалоемкой, ненадежной, механически неустойчивой и не прочной.
Задача полезной модели - создание надежного, компактного, механически устойчивого и прочного He-Ne лазера с заданным спектром излучения и высоким уровнем выходной мощности на выбранной длине волны.
Технический результат достигается за счет использования металлостеклянной коаксиальной разрядной трубки, подавления конкурирующих излучений метаном в газовой ячейке, жесткого и надежного соединения стеклянной оболочки коаксиальной разрядной трубки с зеркалом через полусферическую коваровую чашку, цилиндрический ступенеобразной формы фланец и метановую ячейку, а также выполнение этих узлов из прочного, с низким коэффициентом линейного расширения материала, такого как инвар и суперинвар.
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в He-Ne лазере, содержащем разрядную трубку в виде капилляра, один конец которого закрыт оптическим окном, установленным под углом Брюстера, и расположен в ячейке с газовым наполнением, герметично закрепленной на капилляре и зеркала, капилляр расположен коаксиально внутри стеклянной оболочки, торец которой
со стороны ячейки с газовым наполнением закрыт полусферической коваровой чашкой, соединенной с цилиндрическим, ступенеобразной формы фланцем, скрепленным с газовой ячейкой, при этом коваровая чашка выполнена с центральным отверстием для закрепления конца разрядного капилляра.
Кроме того, лазер отличается тем, что ячейка с газовым наполнением и цилиндрический, ступенеобразной формы фланец выполнены из материала с низким коэффициентом линейного расширения, например, инвара или суперинвара.
Механическая прочность, устойчивость и надежность конструкции лазера достигается использованием жесткого и надежного соединения стеклянной оболочки лазера с газовой ячейкой на которой установлено зеркало, а подавление излучений на конкурирующих линиях и точная юстировка оптических элементов лазера, обеспечивают работу лазера в заданном диапазоне оптического спектра с высоким уровнем выходной мощности и ее стабильности.
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.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.
На Фиг.1 представлен He-Ne лазер в разрезе со стороны разрядного капилляра с окном Брюстера, газовой ячейки и выходного зеркала.
Лазер содержит разрядную трубку 1, состоящую из коаксиально расположенных несущей стеклянной оболочки 2 и разрядного капилляра 3. На торце трубки 1 огневой заваркой впаяна коваровая полусферическая чашка 4, предварительно спаянная медным припоем с цилиндрическим фланцем 5 ступенеобразной формы и втулкой 6 с пластично-деформируемым участком 7. К втулке 6 лазерной сваркой подсоединен оптический узел 8. На торец оптического узла клеевым соединением устанавливается окно Брюстера 9. После откачки и наполнения разрядной трубки к фланцу 5 лазерной сваркой подсоединяется газовая ячейка 10, предварительно герметично спаянная медным припоем в дне со втулкой 11 с пластично-деформируемым участком 12. Во втулку 11 герметично лазерной сваркой устанавливается армированное в металлическую чашку зеркало 13,
после чего ячейка 10 через штенгель 14 откачивается и наполняется метаном или другим газом.
Работа лазера осуществляется следующим образом:
На электроды газоразрядной трубки подается рабочее высокое напряжение. В капилляре 3 возникает газовый разряд. В резонаторе, образованном «глухим» зеркалом со стороны анодного электрода и выходным зеркалом 13 возникает генерация излучения, например, на линии 0,63 мкм. Лазерный пучок со стороны зеркала 13 проходит через ячейку, наполненную метаном. На участке прохождения пучка излучения в ячейке происходит поглощение конкурирующего излучения на линии 3,39 мкм, что приводит к увеличению мощности излучения на основной линии 0,63 мкм. Полусферический профиль коваровой чашки 4 и цилиндрический ступенеобразный профиль фланца 5 повышают механическую прочность этого узла, что обеспечивает устойчивость и стабильность юстировки зеркала 13 и последовательную сборку газоразрядной трубки с газовой ячейкой 10 и втулкой 11, а использование во фланце 5 и ячейке 10 материалов с низким коэффициентом линейного расширения таких, как инвар или суперинвар, обеспечивает температурную устойчивость узла, что повышает стабильность выходной мощности лазерного излучения при воздействии на лазер температурных и жестких механо-климатических воздействий.
Приводим примеры, доказывающие возможность практической реализации предлагаемой полезной модели в He-Ne лазерах типа ГНИК-3-2А, ГНИК-3-3А, ГНИК-3-4А, ГНИК-5, ЛГН-118-2В.
Характеристики лазеров приведены в таблице.
Наименование прибора
ГНИКЗ-2А
ГНИКЗ-3А
ГНИК3-4А
ГНИК-5
ЛГН-118-2В
Рабочая длина волны, мкм
3,3912
3,3912
3,3912
5,4
0,63
1,15
Подавляемая линия излучения, мкм
3,3922
3,3922
3,3922
3,3912
3,3912
3,3912
3,3912
3,3922
3,3922
Мощность лазерного излучения, мВт
6,0
9,0
14,0
2,0
Вар.1;Вар.2
Вар.1;Вар.2
5,0 10,0
10,0 15,0
Габаритные размеры излучателя лазера, мм
⌀55х680
⌀55х930
⌀55х1300
⌀55х680
⌀55х680
⌀55х930
Наполнение ячейки
метан
метан
метан
метан
метан
метан
Предлагаемые лазеры используются в качестве источников монохроматического излучения в различных областях науки и техники (в инфракрасной волоконной оптике, устройствах для юстировки сложных оптических систем в инфракрасном диапазоне, газоанализаторах и др.)
Приведенные примеры показывают, что заявленное изобретение соответствует требованию «промышленная применимость» по действующему законодательству.