ЛАЗЕР Российский патент 1996 года по МПК H01S3/02 

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к размерной обработке материала модулированным лазерным лучом.

Известен лазер, содержащий газовую систему воздушного охлаждения, включающую компрессор, фильтр очистки газа, блок охлаждения. В системе создается избыточное давление 0,05-0,1 атм для предотвращения проникновения влажного воздуха в замкнутый контур [1]
Известны также требования, предъявляемые к фильтрам, используемым в воздушных системах. Так, воздух, поступающий в камеру лазера, должен подвергаться специальной фильтрации от механических примесей, капель воды и масла. При выборе фильтра отправным моментом является избыточное давление воздуха. При небольших избыточных давлениях фильтром могут служить несколько слоев капроновой сетки или парашютного шелка. При больших избыточных давлениях (при использовании воздуха из магистрали от собственного компрессора, загрязненного механическими примесями и маслом) эффективная фильтрация осуществляется адсорбционным металлокерамическими вихревыми фильтрами и рядом других, при этом необходимо использовать материалы, имеющие слабую химическую активность по отношению к хладагенту [2]
Недостатком описанных лазеров является низкая надежность работы в условиях производственных помещений на операции резки, сварки и термоупрочнения, т.к. при работе лазера материальные частицы, попадая в зону мощного светового потока, поглощают энергию луча и, сгорая, выделяют тепло. Если описанный процесс происходит на поверхности элементов резонатора, то, как правило, происходит нарушение светоделительных покрытий и прекращение генерации на участках нарушения покрытия, что приводит к нарушению однородности светового пятна и отрицательно сказывается на выходных характеристиках лазера. Поэтому необходимо защитить оптические элементы с помощью поддува из окружающей среды очищенного (препятствовать попаданию частиц диаметром свыше 0,0005 мм) и осушенного воздуха в излучатель и создания избыточного давления внутри него.

В лазере, содержащем излучатель, оптическую систему сведения луча, систему управления, питания и контроля, систему охлаждения, включающую компрессор, фильтр очистки, блок охлаждения, внутренний объем корпуса излучателя выбирается из соотношения

где 106,3 и 101,3 избыточное и нормальное давление воздуха соответственно, кПа;
m_г масса чистого воздуха, кг;
V_ρ внутренний объем корпуса излучателя, м³;
r усредненное значение плотности всех включений в состав воздуха после очистки и осушки, кг/м³;
d диаметр частиц, м;
n количество частиц, содержащихся в воздухе корпуса излучателя после очистки и осушки;
R_ρ газовая постоянная;
T температура воздуха, ^oC,
причем корпус излучателя выполнен герметичным.

Изобретение поясняется чертежом, где изображен предлагаемый лазер.

Предлагаемый лазер содержит излучатель 1, элемент оптической схемы 2, трубчатый фильтр тонкой очистки 3, селикагель 4, компрессор 5, оптическую систему сведения луча 6, блок охлаждения 7, систему питания, управления и контроля 8.

Лазер работает следующим образом.

Перед поджигом ламп накачки, входящих в состав элементов оптической схемы 2, в момент включения блока охлаждения 7 и подачи напряжения на систему питания, управления и контроля 8 включается компрессор 5, который начинает нагнетать атмосферный воздух в герметичный корпус излучателя 1. Воздух, проходя через селикагель 4, расположенный в трубчатом фильтре тонкой очистки 3, через его стенки попадает в корпус излучателя 1 с элементами оптической схемы 2. Для обеспечения надежной работы лазера необходимо определить величину внутреннего объема корпуса излучателя, выбираемого исходя из оптимальных значений давлений, которые создаются очищенным воздухом во внутреннем объеме корпуса излучателя под действием компрессора при работе лазера в режиме генерации энергии. Величина внутреннего объема корпуса излучателя определяется из соотношения:

где 106,3 и 101,3 избыточное и нормальное давление воздуха соответственно, кПа;
m_г масса чистого воздуха, кг;
V_ρ внутренний объем корпуса излучателя, м³;
r усредненное значение плотности всех включений в состав воздуха после очистки и осушки, кг/м³;
d диаметр частиц, м;
n количество частиц, содержащихся в воздухе корпуса излучателя после очистки и осушки;
R_ρ газовая постоянная;
T температура воздуxa, ^oC.

Оптимальные значения давлений, как видно из соотношения, 106,3 и 101,3 кПа. Эти значения получены экспериментальным путем. При давлении свыше 106,3 кПа наблюдались следующие явления: трещины на трубках КАЖ, разъюстировка оптической схемы, разгерметизация резиновых уплотнений оптических элементов; при давлении ниже 101,3 кПа подгары на зеркалах и торцах оптических элементов, падение мощности лазера. Давление же в пределах 106,3-101,3 кПа препятствует проникновению в корпус излучателя неочищенного воздуха из атмосферы, что сокращает до минимума попадание в резонатор элементов оптической схемы 2 материальных частиц размером свыше 0,0005 мм, а это позволяет повысить ресурс элементов оптической схемы, т.к. из практики применения лазерной техники известно, что под воздействием рассеянного лазерного излучения элементы конструкции оптической схемы, выполненные из поливинилхлорида, фторопласта, резиновых смесей, разрушаются. Выделяемые при этом продукты распада попадают на торцы элементов резонаторов оптической схемы, снижая надежность их работы. Предлагаемое устройство лазера за счет постоянной диффузии очищенного воздуха устраняет застойные зоны и обеспечивает замедление процесса разрушения элементов оптической системы. Кроме того, выбранные значения давлений не создают напряжений в элементах конструкции.

Источники информации:
Белостоцкий Б.Р. и др. Основы лазерной техники. М. Сов. радио, 1972, с. 343-344.

Там же, с. 353-354, прототип.

Использование: изобретение относится к лазерной технике. Сущность изобретения: в лазере, содержащем излучатель, оптическую систему сведения луча, систему управления, питания и контроля, систему охлаждения, включающую компрессор, фильтр очистки газа, блок охлаждения, внутренний объем корпуса выбирается из определенного соотношения. 1 ил.

Лазер, содержащий излучатель, оптическую систему сведения луча, систему управления, питания и контроля, систему охлаждения, включающую компрессор, фильтр очистки газа, блок охлаждения, отличающийся тем, что внутренний объем корпуса излучателя выбирается из соотношения

где 106,3 и 101,3 избыточное и нормальное давление воздуха соответственно, кПа;
m масса чистого воздуха, кг;
V_ρ внутренний объем корпуса излучателя, м³;
r усредненное значение плотности всех включений в состав воздуха после очистки и осушки, кг/м³;
d диаметр частиц, м
n количество частиц, содержащихся в воздухе корпуса излучателя после очистки и осушки;
R_ρ газовая постоянная;
T температура воздуха, ^oС,
причем корпус излучателя выполнен герметичным.