ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ ЛАЗЕР

Полезная модель относится к лазерной технике и может быть использована при разработке перестраиваемых по длинам волн лазеров и спектрометрических приборов на их основе.
Известен перестраиваемый лазер, содержащий активный элемент с окном Брюстера, оптический резонатор, включающий спектрально-селективный элемент с возможностью поворота или продольно-углового перемещения для перестройки лазера по линиям спектра. (См. з-ка РСТ №86/04746, кл. H01S 3/1055, опубл. 14.08.1986 г.)
Несмотря на высокую точность перестройки, лазер обладает таким недостатком, как сложность процесса перестройки, связанная с использованием целой группы дополнительных измерительных приборов, схем сравнения и обработки сигналов.
2
Известен перестраиваемый лазер, содержащий активную среду, резонатор, ограниченный дифракционной решеткой, установленной с возможностью изменения пространственно-углового положения, и внутрирезонаторную регулируемую апертурную диафрагму. (См. Гуделев В.Г., Лешенюк Н.С., Невдах В.В. «Стабилизированный по частоте перестраиваемый СО лазер» - журнал прикладной спектроскопии, 1981, т. 34, №2, с. 370-371).
Недостатком лазера является сложность процесса перестройки, обусловленная необходимостью регулирования апертуры диафрагмы независимо от настройки дифракционной решетки.
Известен перестраиваемый лазер, содержащий активную среду, резонатор, включающий спектрально-селективный элемент (дифракционную решетку), установленный с возможностью изменения пространственно-углового положения, и внутрирезонаторную регулируемую апертурную диафрагму. Лазер дополнительно содержит профилированный толкатель, кинематически связанный со спектрально-селективным элементом, а диафрагма снабжена приводным рычагом, кинематически связанным с профилированным толкателем. (См. пат. РФ №2046482, кл. H01S 3/13, опубл. 20.10.95 г.).
К недостаткам лазера следует отнести следующее: в процессе работы приводной рычаг в значительных пределах линейно перемещается (скользит) в фигурном и (или) прямом пазе. Вследствие этого возникает повышенный и неравномерный износ контактирующих поверхностей и ухудшается точность и воспроизводимость выбора длины волны в процессе перестройки, снижается надежность и устойчивость работы перестраиваемого лазера в условиях механоклиматических воздействий.
Кроме того, в процессе перестройки по длинам волн (изменение пространственно-углового положения спектрально-селективного элемента) происходит неконтролируемое и немонотонное изменение частоты лазерного излучения, что препятствует настройке на максимум мощности излучения.
Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является перестраиваемый лазер, содержащий расположенный в корпусе резонатор, включающий активную среду, выходное зеркало и спектрально-селективный элемент в виде дифракционной решетки. Решетка в оправе через первый юстировочный механизм соединена со свободным концом подвижного рычага. Второй конец подвижного рычага зафиксирован сферическими опорами в П-образном фланце, который через второй юстировочный механизм соединен с корпусом лазера. Свободный конец подвижного рычага кинематически связан с микрометрическим винтом. (См. пат. РФ №2244368, кл. H01S 3/1055, опубл. 10.01.2005 г.)
1
1
1
Недостатком прототипа является то, что предлагаемая (фиг. 1) конструкция юстировочного механизма, соединяющего дифракционную решетку со свободным концом подвижного рычага, не обеспечивает юстировку штрихов дифракционной решетки параллельно оси вращения подвижного рычага в сферических опорах ОО. Это условие является необходимым и достаточным для исключения разъюстировки лазера в процессе его перестройки по длинам волн. Очевидно, что винтами 1, 2, 3, 4 можно добиться только параллельности рабочей поверхности (плоскости штрихов) дифракционной решетки и оси вращения ОО. Для полного устранения непараллельности штрихов дифракционной решетки (угла ошибки i) необходимо ввести дополнительную юстировку за счет усложнения конструкции. Кроме того, юстировка дифракционной решетки винтами 2,4 является избыточной, так как эта задача уже решена за счет вращения всего узла в сферических опорах относительно оси ОО.
Задача полезной модели заключается в создании перестраиваемого по длинам волн лазера, обеспечивающего высокую воспроизводимость и однозначность выбора заданной длины волны, устойчиво и надежно работающего в условиях механо-климатических воздействий.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в однозначной юстировке штрихов дифракционной решетки строго параллельно оси вращения подвижного рычага и, соответственно, в расширении диапазона перестройки по длинам волн.
1
Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в известном перестраиваемом лазере, содержащем расположенный в корпусе резонатор, включающий активную среду, выходное зеркало и спектрально-селективный элемент (дифракционную решетку), соединенный через первый юстировочный механизм со свободным концом подвижного рычага, который вторым концом зафиксирован сферическими опорами в П-образном фланце, соединенном через второй юстировочный механизм с корпусом лазера, отличающийся тем, что опорная плоскость первого юстировочного механизма перпендикулярна оси вращения подвижного рычага. Установка опорной плоскости первого юстировочного механизма перпендикулярно оси вращения подвижного рычага обеспечивает выставку штрихов дифракционной решетки параллельно указанной оси ОО (фиг. 2).
Данное техническое решение гарантирует точную юстировку резонатора и ее сохранение во всем диапазоне перестройки по длинам волн с использованием минимально необходимого количества упругопластически деформируемых элементов. Устранение потерь, возникающих при разъюстировке резонатора, приводит к расширению диапазона перестройки по длинам волн.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, 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, позволило 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.
Полезная модель поясняется чертежами:
На фиг. 1 показан механизм юстировки дифракционной решетки прототипа.
На фиг. 2 изображен механизм юстировки дифракционной решетки полезной модели.
На фиг. 3 представлен общий вид перестраиваемого лазера в соответствии с заявленной полезной моделью.
На фиг. 4 представлены дополнительные виды перестраиваемого лазера в соответствии с заявленной полезной моделью.
Лазер содержит (фиг. 3) расположенный в корпусе 1 резонатор, включающий активную среду 2, с одной стороны которой размещено выходное зеркало 3, а с другой -спектрально-селективный элемент 4 (дифракционная решетка). Дифракционная решетка 4, расположенная в оправе 5, через первый юстировочный механизм 6 соединена со свободным концом подвижного рычага 7, второй конец подвижного рычага 7 зафиксирован подвижными опорами 8 в П-образном фланце 9, который через второй юстировочный механизм 10 и несущий элемент 11 соединен с корпусом 1 лазера. Подвижный рычаг 7 кинематически соединен с микрометрическим винтом 12, включающим шток 13. Первый 6 и второй 10 котировочные механизмы выполнены аналогично и содержат (фиг. 4) винт-стойку 14 с деформируемой шейкой 15 и четыре юстировочных винта 16, расположенных под углом 90 градусов относительно друг друга. 17 - рычаг кинематической связи.
1
1
1
1
Перестройка длины волны излучения осуществляется следующим образом. Вращение микрометрического винта 12 приводит к поступательному перемещению штока 13, которое в свою очередь, вызывает вращение жестко связанных между собою рычага кинематической связи 17 и подвижного рычага 7, а также закрепленных на последнем оправы 5 с дифракционной решеткой 4. Рычаг 17 находится в постоянном упруго-контактном зацеплении со штоком 13, за счет прижимных дополнительных пружин (не показаны). Вращение подвижного рычага 7 осуществляется относительно оси ОО, проходящей через центры сферических опор 8. Сферические опоры 8 зафиксированы в П-образном фланце 9, который упругопластически через второй юстировочный механизм связан с несущим элементом 11 корпуса 1 лазера, что обеспечивает юстировку оси вращения ОО с помощью винтов 16 относительно оси резонатора. Дифракционная решетка 4 выставлена с помощью юстировочного механизма 6 таким образом, чтобы ее штрихи были строго параллельны оси вращения ОО. Это условие необходимо и достаточно для исключения разъюстировки штрихов дифракционной решетки относительно оптической оси резонатора в процессе перестройки по длинам волн. Вследствие этого юстировка П-образного фланца 9 (т.е. оси вращения ОО) относительно оптической оси резонатора обеспечивает необходимую юстировку дифракционной решетки 4 и ее сохранение в процессе вращения (т.е. перестройки по длинам волн).
Перестраиваемый лазер обеспечивает сохранение юстировки дифракционной решетки в условиях механоклиматических воздействий. Раздельная и независимая юстировка штрихов дифракционной решетки относительно оси вращения подвижного рычага и последней относительно оптической оси резонатора обеспечивается раздельными котировочными механизмами. При этом оптическая ось резонатора и ось вращения подвижного рычага взаимно перпендикулярны и не лежат в одной плоскости (т.е. разнесены в пространстве).
Приводим пример конкретной реализации полезной модели.
2
2
Перестраиваемый лазер типа LCD-5WGT содержит разрядный канал, образованный керамическими пластинами и металл - диэлектрическими электродами. Геометрические размеры разрядного канала (2,2×2,2) обеспечивают одномодовый режим генерации лазерного излучения. Активная среда (рабочая смесь газов CO:N:He:Xe) возбуждается ВЧ-емкостным разрядом. В резонаторе, образованном выходным зеркалом из ZnSe с коэффициентом пропускания 6-8% в области 9-11 мкм и нарезной отражательной дифракционной решеткой с постоянной 150 шт./мм и коэффициентом отражения 94-95%, возникает генерация на длине волны, соответствующему углу автоколлимации по схеме Литтрова. Изменением угла установки дифракционной решетки добиваются генерации лазерного излучения требуемой длины волны. При этом значение (показание) шкалы микрометрического винта однозначно соответствует определенному значению длины волны (может устанавливаться в соответствии с градуировочной таблицей). Микрометрический винт имеет общий ход в пределах 25 мм и при эффективной длине передаточного рычага 90 мм обеспечивает необходимый диапазон углового перемещения дифракционной решетки (13°-14°) и, соответственно, перестройку по длинам волн в пределах 9,1-10,9 мкм. Количество наблюдаемых линий излучения при этом составляет порядка 76-80 единиц. Для сравнения, в прототипе (LCD-5WGT) аналогичные параметры находятся в пределах 9,22-10,76 мкм и 65-66 единиц соответственно. Таким образом, предлагаемое техническое решение приводит к расширению диапазона перестройки по длинам волн.
Корпус лазера выполнен с использованием П-образного швеллера из алюминиевого сплава типа АД-31. Активный элемент выполнен на базе лазера типа LCD-10WG с заменой глухого зеркала на окно Брюстера из ZnSe. Детали узла перестройки по длинам волн выполнены из нержавеющей стали марки Х18Н10Т. Декоративные детали корпуса лазера выполнены из алюминиевых сплавов типа AMg. Охлаждение лазера может осуществляться проточной водой либо встроенными вентиляторами (воздухом).
Приведенные примеры показывают, что заявленная полезная модель соответствует требованию «промышленная применимость» по действующему законодательству.