УСТРОЙСТВО ЮСТИРОВКИ СФЕРИЧЕСКОЙ ОПРАВЫ ОПТИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА
DEVICE FOR ADJUSTMENT OF SPHERICAL HOLDER OF OPTICAL ELEMENT

Изобретение относится к твердотельным лазерам с диодной накачкой, в частности, к элементам конструкции оптических резонаторов, используемых для первоначальной настройки резонатора, стабилизации выходных параметров лазера, и может быть использовано при изготовлении лазерной техники.
Известно изобретение под названием «Генератор лазера», патент Японии №2010135852, МПК H01S 3/08, опубл. 2010 г., в котором описано устройство юстировки, содержащее корпус, в отверстии которого установлен оптический элемент (отражающее охлаждаемое зеркало), пружины и регулировочные винты.
Устройство также содержит эластичный элемент и упругую пластину, прижатие которой происходит с усилием F, рассчитанным по определенной формуле. Зеркало прижимается к корпусу стороной, противоположной отражающей поверхности и по отражающей поверхности упругой пластиной, которая при нажатии на зеркальную поверхность меняет угол ее положения.
Конструкция данного устройства юстировки обладает минимальными массогабаритными характеристиками, несложностью механизма регулировки, однако наличие упругих элементов не может позволить его применение в условиях внешних воздействующих факторов (таких, как ударные или вибрационные), т.к. их наличие существенно повышает частоту собственных колебаний элементов конструкции резонатора.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения, выбранным в качестве прототипа, является известное из патента Китая №201142512, МПК H01S 3/02, 3/08, опубл. 2007 г., устройство юстировки оправы оптического элемента, которое содержит корпус, в котором выполнено посадочное гнездо для оправы, опорную часть для оправы, в которой установлены винты с крепежными элементами, и фиксатор юстировки, крепежные элементы размещены между головками винтов и опорной частью, часть винтов снабжена мелкой резьбой, винты снабжены пружинами.
Устройство содержит пружины натяжения, регулировочные винты, установленное в центральном отверстии стопорное кольцо, на лицевой стороне которого установлено дополнительное стопорное кольцо. Корпус снабжен четырьмя отверстиями, нижний и верхний угловые участки снабжены V-образным пазом и углублением. Корпус установлен на держатель на пружинах натяжения в соответствующем положении. Регулировочные винты установлены в резьбовые отверстия держателя и упираются сферической частью в V-образную канавку и углубление корпуса. Регулировочные винты установлены в кронштейн, в котором расположен фиксирующий винт, а регулировка фиксации выполняется через резьбовые отверстия держателя. Конусные отверстия располагаются напротив друг друга в корпусе и держателе и снабжены общим шариком. Корпус снабжен четырьмя отверстиями с пазами для штифтов натяжения, в держателе размещены аналогичные отверстия с пазами для штифтов натяжения, в которых устанавливаются пружины натяжения, фиксирующиеся штифтами. Регулировочные винты вворачиваются в отверстие кронштейна, верхняя часть которого выполнена с пазом.
Четыре пружины натяжения обладают достаточным усилием напряженности, что позволяет удерживать корпус относительно держателя с достаточно равномерным и стабильным усилием. Крепление оптического элемента в отверстии корпуса выполнено при помощи стопорных гаек с резьбовой наружной поверхностью, выполненных из меди, что может гарантировать не только надежное прижатие, но и хорошее теплоотведение от оптического элемента. Эффективное позиционирование обеспечивается по трем контактным точкам: общему шарику, расположенному в конусных отверстиях, и регулировочным винтам, которые своими сферическими поверхностями упираются в конусное отверстие и конусный паз. Причем в конусный паз упирается сферическая поверхность одного из регулировочных винтов, резьбовая поверхность которого выполнена с мелким шагом, поэтому позволяет выполнять более точную настройку. Таким образом, при помощи регулировочных винтов можно легко изменять угол положения оптического элемента в пространстве в двухкоординатном угловом диапазоне, более точная настройка с последующей фиксацией настройки стопорными винтами в кронштейнах позволяет обеспечить надежность позиционирования.
Данное устройство юстировки является достаточно точным, позволяет фиксировать настройку оптического элемента. Однако предназначено для использования в лабораторных условиях для мощных лазерных устройств, имеет большие массогабаритные характеристики и после проведенной юстировки становится частью конструкции, таким образом, увеличивая ее массу и габариты.
Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого технического решения, создание конструктивно обособленного и удобного при эксплуатации устройства, обеспечивающего высокую точность юстировки сферической оправы оптического элемента с последующей фиксацией настройки.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве юстировки сферической оправы оптического элемента, содержащей корпус, в котором выполнено посадочное гнездо для оправы, опорную часть для оправы, в которой установлены винты с крепежными элементами, и фиксатор юстировки, крепежные элементы размещены между головками винтов и опорной частью, часть винтов снабжена мелкой резьбой, винты снабжены пружинами, особенность заключается в том, что устройство снабжено фланцем, установленным на корпус при помощи резьбового соединения, часть винтов подпружинена, снабжена дополнительными крепежными элементами и вкручена во фланец со стандартным шагом, опорная часть выполнена в виде накидного фланца, установленного на оправу, во фланцах выполнены соосные отверстия для установки винтов, примыкающие поверхности накидного фланца и крепежных элементов, а также посадочное гнездо и примыкающая поверхность оправы выполнены сферическими, оправа выполнена с кольцевой канавкой, примыкающей к выполненным на сферической поверхности гнезда отверстиям для фиксатора юстировки, в качестве которого используется безусадочный клей.
При настройке и стабилизации генерационных характеристик лазера в заданных условиях эксплуатации возникает необходимость юстировки оправ оптических элементов с последующей фиксацией настройки. Точность настройки влияет на сложность и массогабаритные характеристики устройства в целом. Благодаря наличию новых признаков совместно с известными, общими с прототипом, достигается следующий технический результат. При юстировке за счет наличия в конструкции устройства сферического участка на шайбах, опорной части оправы и на оправе осуществляется точная позиционная установка оправы сферического оптического элемента на несущей части оптического устройства, с возможностью последующего демонтажа устройства юстировки (устройство выполнено разборным).
Это обеспечило высокую точность юстировки оптического элемента и позволило создать конструктивно обособленное и удобное при эксплуатации устройство. При этом достигается снижение массогабаритных характеристик лазера в целом, а также повышение его устойчивости к внешним воздействующим факторам.
При проведении анализа уровня техники, включающего поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявлении источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных отличительных признаков от прототипа, изложенных в формуле изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».
Для проверки соответствия заявленного изобретения условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от прототипа признаками заявленного устройства. В результате поиска не выявлены технические решения с этими признаками. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».
На фиг. 1 представлен общий вид устройства юстировки.
На фиг. 2 - главный вид.
На фиг. 3 - разрез А-А.
На фиг. 4 - разрез Б-Б.
Устройство юстировки сферической оправы оптического элемента содержит корпус 1 (фиг. 1-3), в котором выполнено посадочное гнездо 2 для оправы 3, и опорную часть для оправы в виде накидного фланца 4. Устройство снабжено фланцем 5, установленным на корпус при помощи резьбового соединения. Во фланцах 4, 5 выполнены соосные резьбовые и гладкие отверстия для установки винтов 6, 7, крепежных и дополнительных крепежных элементов. Крепежные элементы выполнены в виде шайб 8 со сферической поверхностью 9, установленных между головками винтов 6, 7 и опорной частью в виде накидного фланца 4. Часть винтов 6 подпружинена, часть винтов 7 снабжена мелкой резьбой, накидной фланец 4 установлен в проточку на сферической оправе 3.
Посадочное гнездо 2 и примыкающая поверхность оправы 3, а также примыкающие поверхности 9 накидного фланца 4 и крепежных элементов 8 выполнены сферическими.
На сферической поверхности гнезда 2 выполнены отверстия а (фиг. 4) для фиксатора юстировки, в качестве которого используется безусадочный клей. Оправа 3 выполнена с кольцевой канавкой 10, примыкающей к отверстиям а гнезда корпуса 1.
Подпружиненные винты 6 снабжены дополнительными крепежными элементами в виде удерживающих шайб 11. Винты 7, снабженные только крепежными элементами 8, вкручены во фланец 5 с мелким шагом, подпружиненные винты 6 вкручены во фланец 5 со стандартным шагом резьбы.
Устройство работает следующим образом. Корпус 1 жестко крепится на несущей части конструкции оптического устройства (либо резонатора, либо оптического канала). Оптический элемент 12 устанавливается в сферическую оправу 3 на клей (например, оптический), после чего оправа 3 вкладывается в посадочное гнездо 2 корпуса 1. На корпус устанавливаются фланцы: фланец 5 на корпус, накидной фланец 4 в проточку на сферической оправе 3 при помощи винтов 6, 7. Регулировочные винты 6 прижимают накидной фланец 4 к корпусу оправы 3 через пружины сжатия 13 и удерживающие их шайбы 11 (дополнительные крепежные элементы), а также шайбы 8 (крепежные элементы) и регулируют усилие поджатия оправы 2 к корпусу 1.
Далее производится юстировка оправы. Регулировочные винты 7 с мелким шагом резьбы позволяют юстировать оправу 3 по сферической поверхности 2 гнезда корпуса 1 по координатам X и У. Сферические поверхности 9 примыкающих поверхностей шайб 8 и накидного фланца 4 позволяют производить юстировку без заеданий. После юстировки оптического элемента 12 канавка 10 заливается безусадочным клеем через отв. a. После затвердевания клея устройство юстировки демонтируется и на несущей части конструкции оптического устройства остается корпус 1, в котором установлена отъюстированная и зафиксированная клеем оправа 3 с оптическим элементом 12. Таким образом, повышается точность настройки, снижаются массогабаритные характеристики лазера в целом, повышается его устойчивость к эксплуатационным нагрузкам.
Данное устройство было неоднократно экспериментально проверено при настройке оптических резонаторов, которые использовались для создания лазера, работающего в условиях внешних воздействующих факторов. По результатам экспериментальных исследований и анализа полученных данных подтверждена высокая точность юстировки сферического оптического элемента, устойчивость лазера к эксплуатационным нагрузкам, снижение его массогабаритных характеристик.
Таким образом, представленные данные свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в электронной и оптико-механической промышленности при изготовлении лазерных устройств;
- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления.
Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость».