ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР
Предполагаемая полезная модель относится к лазерной технике, а именно к конструкциям твердотельных лазеров.
Известно, что вибрации прибора, механические и термические деформации корпуса лазера приводят к разъюстировке зеркал резонатора и потерям энергии выходного излучения.
В настоящее время существуют конструкции резонаторов лазеров, в которых зеркала и активный элемент закреплены на жестких опорах. В них уменьшено влияние вредных эксплуатационных воздействий на характеристики выходного излучения лазера.
Так, например, устройство крепления зеркал резонатора по 1 содержит жесткую трубку, два средства крепления, охватывающие внешнюю поверхность трубы и фиксирующие ее в корпусе лазера; две плоские уравновешенные пластины, параллельные друг другу и расположенные на концах трубы; средства крепления двух зеркал резонатора относительно пластин и средства их настройки (юстировки). Юстировка зеркал происходит за счет трехкоординатной подвижки их с помощью регулировочных винтов, которые вставлены и зафиксированы в отверстиях ручек звездообразной оправы каждого зеркала.
Описанное устройство обладает следующими недостатками.
Устройство содержит большое количество деталей сложной формы, что сказывается на себестоимости лазера при его производстве.
В устройстве используются юстировочные элементы, которые позволяют поддерживать точную юстировку зеркал резонатора в течение определенного промежутка времени, после истечения которого требуется дополнительная их регулировка.
Известно юстировочное устройство для оптического квантового генератора 2, содержащее активный элемент и резонатор, состоящий из двух зеркал. Активный элемент и зеркала установлены в общем каркасе, состоящем из двух вертикальных стоек. Оптическая ось резонатора задается ориентацией зеркал по отношению к нижнему основанию каркаса. Положение зеркал резонатора при необходимости можно регулировать независимо от юстировки положения активного элемента. Зеркала резонатора вмонтированы в вертикальные стойки, а активный элемент закреплен на нижнем основании каркаса с помощью регулируемых держателей, расположенных на его концах. Каждый регулируемый держатель имеет в одной плоскости, перпендикулярной оптической оси два вертикально стоящих, независимых друг от друга микрометрических установочных винта, которые воздействуют снизу на горизонтально расположенные двойные рычаги, которые имеют возможность перемещения вокруг осей, ориентированных параллельно оптической оси. Активный элемент фиксирован в зажимном устройстве с помощью потайных винтов. Зажимное устройство жестко соединено с двойным рычагом. Длинное плечо верхнего рычага соединено с нижним основанием каркаса посредством пружины натяжения. Микрометрические винты допускают смещение положения активного элемента относительно оптической оси резонатора на участке размещения этого регулируемого устройства в произвольном направлении поперечно этой оси. В результате указанного смещения обеспечивается юстировка активного элемента по отношению к этой оси. Зеркала резонатора выполнены сферическими и расположены конфокально, ось одного зеркала параллельно оси другого. Одно из зеркал кре- 2 -54Ш У/ У
пится в стойке каркаса с возможностью плоскопараллельного перемещения с помощью винта. Зеркала резонатора могут быть зафиксированы после их установки путем заливки, например, искусственными смолами.
Устройство обладает следующими недостатками.
Устройство обеспечивает стабильность характеристик выходного излучения лазера только в узком диапазоне температур и механических воздействий в течение ограниченного промежутка времени. Это обусловлено тем, что в нем используются пружины натяжения, с помощью которых невозможно в течение продолжительного времени точно фиксировать положение активного элемента, кроме того в устройстве используется заливка зеркал резонатора искусственными смолами, которые усаживаются со временем и имеют высокий коэффициент температурного растяжения.
Устройство имеет встроенные юстировочные механизмы, которые обеспечивают точную регулировку зеркал в течение определенного периода времени, после истечения которого требуется дополнительная их юстировка.
Устройство обладает сложной конструкцией и имеет высокую себестоимость при производстве.
В устройстве не предусмотрена возможность замены отдельных элементов, например, осветителя лампы накачки.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому лазеру является твердотельный лазер, содержащий активный элемент и оптический резонатор, состоящий из двух зеркал, одно из которых сферическое. Активный элемент и зеркала установлены на основании.Основание выполнено в виде угольника или иного жесткого профиля, зеркала резонатора жестко зафиксированы на плоских параллельных
торцах основания, закрепленного в корпусе лазера. Одно из зеркал резонатора выполнено составным, в виде сферического зеркала, закрепленного по своей боковой поверхности в плоскопщ)аллельной пластине, причем ось сферического зеркала параллельна нормали к поверхности пластины. Соединение элементов резонатора и соединение основания с корпусом лазера выполнены клеевыми 3.
Описанное устройство обладает следуюпщми недостатками:
-не обеспечивается стабильность расположения проекции центра кривизны сферической поверхности в диапазоне температур -40°С - +70°С. Это обуславливается тем, что в конструкции прототипа не обеспечивается равномерность клеевого шва по боковой поверхности;
-требуется юстировка положения сферы в подложке;
-необходимо производить процедуру стщ)ения клеевого шва.
Основной задачей, на решение которой направлена полезная модель, является обеспечение стабильности работы твердотельного лазера в широком температурном диапазоне, упрощение конструкции и связанное с этим уменьшение себестоимости устройства.
Для решения поставленной задачи предлагается твердотельнгый лазер, который как и прототип содержит активный элемент и оптический резонатор, состоящий из двух зеркал, одно из которых выполнено сферическим, при этом зеркала резонатора зафиксированы на плоских параллельных торцах основания, закрепленного в корпусе лазера.
Предлагаемый твердотельный лазер отличается от прототипа тем, что сферическое зеркало резонатора выполнено монолитным с составной внутрирезонаторной поверхностью, состоящей из сферической и плоской частей, при этом положение проекции центра кривизны
- 4
сферической части поверхности зеркала обеспечивается заклоном к тыльной поверхности зеркала плоской внутрирезонаторной поверхности, которая прикреплена к основанию резонатора.
С помощью предлагаемого твердотельного лазера, в котором сферическое зеркало выполнено монолитным достигается следующий технический результат:
-исключается нестабильность положения центра кривизны сферической поверхности в диапазоне температур;
-исключается увод центра кривизны сферы в процессе старения клея;
-снижаются затраты на изготовление узла и его проверки в диапазоне температур.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых на фиг.1 - изображена аксометрическая проекция предлагаемого лазера, на фиг.2 и 3 - проекции сферического зеркала резонатора.
Твердотельный лазер содержит осветитель 1 прямоугольной формы, состоящий из отражателя 2, цилиндрической лампы накачки 3 и активного элемента 4 в виде стержня. Осветитель устанавливается своими опорными элементами 5 на компенсационные прокладки 6, расположенные на основании 7, и прижат к нему посредством пружины 8, закрепленной на корпусе 9 лазера винтами 10. Активный элемент 4 сделан из активированного стекла ЛГС-ХМ.
В качестве материала опорных площадок использовано олово. Основание 7 выполнено в форме угольника. Угольник и корпус осветителя сделаны из кварцевого стекла КУ-2. Оптическая ось 11 резонатора лазера задана положением активного элемента 4 относительно поверхностей основания 7. Зеркала 12, 13 резонатора жестко зафик- 5 .НЧ3i
сированы на плоских пщ)аллельных торцах 14 основания. Эти соединения выполнены при помощи клея. Соединение основания 7 с корпусом 9 сделано посредством слоя герметика.
Сферическое зеркало 12 (фиг.2, 3) резонатора выполнено монолитным, состоящим из сферической 15 и плоской 16 внутрирезонаторных поверхностей.
Положение проекции центра кривизны сферической поверхности 15 обеспечивается заклоном к тыльной поверхности 17 сферического зеркала плоской внутрирезонаторной поверхности 16, которая прикреплена к торцам основания 14 резонатора.
Работа твердотельного лазера осуществляется следующим образом.
Устройство работает как обычный твердотельный лазер. В силу специфики условий работы конструкции она должна обеспечивать взаимную стабильность положения оптических элементов в широком диапазоне температур при взаимодействии ударов с ускорением и вибрацией в широком диапазоне частот.
Юстировка устройства осуществляется следующим образом. Во время жизнеспособности светополимеризующего клея можно провести операцию юстировки положения сферического зеркала 12 методом двухкоординатной линейной подвижки сферического зеркала 12 относительно плоского торца 14 основания 7 в плоскости, перпендикулярной оптической оси резонатора, с одновременным поджатием плоскости зеркала 12 к поверхности торца 14. Подвижка сферического зеркала 12 на величину L эквивалентна заклону его на угол
а  L/R, где R - радиус сферического зеркала (фиг.2).
тающем собранном резонаторе, с установленным и подключенном электрически осветителе 1. Конечное положение зеркала 12 определяется по максимальному уровню генерируемой энергии.
Подвижка зеркала осуществляется микрометрическими винтами съемного приспособления, полимеризация клея осуществляется источником света с длиной волны 400 - 500 нм.
Такой способ юстировки удобен при массовом производстве лазеров, так как благодщ)я отсутствию подвижных элементов юстировки не требует индивидуальной  элементов резонатора и снижаются требования к центрировке сферических поверхностей зеркал.
Таким образом предлагаемая конструкция твердотельного лазера позволяет обеспечить стабильность работы лазера во времени и в диапазоне температур, а также уменьшает трудоемкость изготовления сферического зеркала и исключает дополнительные проверки зеркала.
- 7 ((у
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1.Патент США N 3581231, И 01S 3/02, 17.06.69
2.Патент ФРГ N 1292767, Н 01S 3/08, 29.09.64
3.Патент Российской Федерации N 2102824, Н 01S 3/02, 3/05, 1998 - прототип.