ИЗЛУЧАТЕЛЬ ЛАЗЕРА Российский патент 1998 года по МПК H01S3/08 

Изобретение относится к приборам квантовой электроники, а именно к твердотельным оптическим квантовым генераторам и может быть использовано при изготовлении лазерной техники, например медицинской, технологической и других.

Известен излучатель лазера, содержащий резонатор, образованный глухим и выходным зеркалами, внутри которого на оптической оси расположены активный элемент, выполненный из кальций, ниобий-галлиевого граната, активированный ионами эрбия и сенсибилизированный ионами хрома и электрооптический модулятор с торцами, срезанными под углом Брюстера к оптической оси [1]
В известном лазере все конструктивные элементы излучателя крепят либо в специальном разборном корпусе к его боковым и торцевым поверхностям, либо устанавливают на рельсы оптической скамьи.

Известный излучатель позволяет добиться стабильности эксплуатационных характеристик только в случае его жесткого закрепления и устранения вибраций. Кроме того, известный излучатель имеет большие массово-габаритные параметры.

Известен также излучатель твердотельного лазера, содержащий резонатор, образованный глухим и выходным зеркалами, размещенный внутри резонатора осветитель (квантрон) в настоящее время более распространен термин "квантрон", см. Приборы квантовой электроники под ред. Стемьмаха М.С. М. Радиосвязь, 1985, с. 46, состоящий из активного элемента, выполненного из кристалла или стекла и активированного ионами металлов, лампы накачки и отражателя, и лазерный затвор, размещенный между глухим зеркалом и осветителем, при этом держатели зеркал и квантрон установлены на инваровых стержнях [Справочник по лазерной технике. Пер. с немецкого, М. Энергоатомиздат, 1991, 51-74]
Способ изготовления известного излучателя заключается в жестком креплении квантрона, зеркал, размещенных в держателях на инваровых стержнях, лазерного затвора, с последующим приведением в рабочее состояние путем юстировки.

Наиболее близким к предлагаемому является излучатель лазера, состоящий из квантрона, размещенного в резонаторе, образованного глухим и выходным зеркалами, установленными в держателях, держатели зеркал снабжены упорными винтами и соединены с упорными кольцами и упругими элементами, выполненными в виде пружинных колец [2]
В известных излучателях за счет жесткого крепления зеркал и квантрона, расстояние между активным элементом и зеркалами строго фиксировано. Это обеспечивает устойчивость к внешним механическим воздействиям, однако в случае разборки лазера и последующей его сборки юстировка лазера не сохраняется. Кроме того, известные излучатели имеют большие массово габаритные характеристики.

Техническая задача изобретения улучшение технико-эксплуатационных показателей лазера за счет обеспечения стабильности работы излучателя путем увеличения устойчивости к внешним механическим воздействиям при одновременном уменьшении массово-габаритных характеристик, упрощение его сборки и настройки.

Поставленная задача решается тем, что предлагаемый излучатель лазера состоит из квантрона, размещенного в резонаторе, образованного глухим и выходным зеркалами, установленными в держателях, держатели снабжены упорными винтами и соединены с упорными кольцами и упругими элементами, выполненными в виде пружинных колец, и отличается от известного тем, что он дополнительно снабжен упорными стойками и стягивающими устройствами, при этом упорные стойки, упорные кольца и упругие элементы размещены последовательно между квантроном и держателями зеркал, а все конструктивные элементы жестко соединены друг с другом посредством стягивающих устройств, выполняющих юстировочную функцию.

Стягивающие устройства выполнены в виде шпилек и размещены параллельно активному элементу, при этом на каждом фланце квантрона установлено не менее трех шпилек, концы которых образуют вершины многоугольника. Длина каждой шпильки превышает сумму длин упорной стойки, упорного кольца, упругого элемента и держателя зеркала. С противоположного от квантрона конца, шпильки снабжены резьбой, полусферическими шайбами и гайками, обеспечивающими сборку и юстировку излучателя.

На держателях зеркал размещены по меньшей мере три полусферических или конических выемки с отверстиями в центре под шпильки и упорные винты, обеспечивающие фиксацию держателей зеркал после юстировки путем взаимодействия их с упорным кольцом. Это позволяет обеспечить устойчивость резонатора к внешним механическим воздействиям.

Упорные стойки выполнены в виде колец, упругие элементы выполнены в виде пружинных колец. Для установки упорных стоек и упругих элементов, фланцы квантрона, упорные кольца и держатели зеркал снабжены круговыми проточками, что обеспечивает фиксацию излучателя в поперечном направлении.

Упорные стойки снабжены штифтами, а фланцы квантрона и упорные кольца выполнены с выемками, что исключает их проворачивание.

Поверхности проточек на всех элементах, а также торцевые поверхности упорных стоек предварительно подвергают механической обработке до достижения максимально возможной степени их параллельности.

Квантрон состоит из размещенных в цилиндрическом корпусе активного элемента, ламп накачки, отражателя и устройства охлаждения.

Излучатель, помимо активного элемента и зеркал, может быть выполнен с дополнительными оптическими элементами (поляризатор, затвор и др.), которые могут быть размещены на квантроне, держателях зеркал или отдельных держателях.

Юстировка резонатора и крепление всех механических деталей излучателя осуществляют посредством сжатия их в единую конструкцию с помощью стягивающего устройства.

Сравнение предлагаемого излучателя с прототипом позволяет сделать вывод о том, что предлагаемый излучатель характеризуется новой совокупностью признаков, обусловленной новым принципом крепления элементов излучателя друг с другом жесткой фиксацией всех его элементов путем сжатия в цельную конструкцию.

Все вышеизложенное позволяет нам сделать вывод о соответствии технических решений критерию "новизна".

В технике производства лазерной техники известны излучатели, изготовленные путем крепления элементов конструкции в корпусе, на рельсах оптической скамьи, на инваровых стержнях. Известны также решения, позволяющие повысить эксплуатационные характеристики лазера за счет облегчения его юстировки. Так в заявке к патенту РФ на изобретение N 92011910/25 от 15.12.92, МПК 5 H 01 S 3/06, опублик. 1995 г. для решения той же задачи было предложено в активном лазерном кристаллическом элементе один из торцов стержня выполнять в виде 90-градусной призмы, при этом грани призмы ориентированы в определенном направлении.

Сравнение известных решений с предлагаемым, позволяет сделать вывод о применении нового приема для решения этой задачи новый способ компоновки основных элементов лазера друг с другом и, как следствие, достигаемый при этом конечный результат отличается от известного ранее.

Таким образом, в доступных нам источниках информации, мы не обнаружили данных об известности предлагаемой совокупности существенных признаков и достигаемого при этом результата, а именно: повышение стабильности эксплуатационных характеристик путем повышения устойчивости к внешним механическим воздействиям, упрощение процесса сборки и настройки излучателя в рабочее состояние.

На чертеже схематично изображен разрез предлагаемого излучателя.

Излучатель лазера состоит из квантрона 1, внутри которого по оптической оси резонатора размещен активный элемент 2, отражатель 3 и устройство накачки, размещенное в плоскости, перпендикулярной плоскости разреза (не обозначено). В торцах квантрона выполнены круговые проточки, в которые установлены упорные стойки 4. Один конец каждой шпильки 5 жестко закреплен в квантроне 1, а с другой снабжен полусферической шайбой и гайкой. Выходное зеркало и глухое зеркало 6, 7 установлены в соответствующих держателях 8. В держателях 8 выполнено по три полусферических или конических выемки с отверстиями в центре для размещения шпилек 5 и по три упорных винта 9, расположенных вблизи отверстий для шпилек 5. В держателе 8 глухого зеркала 7 выполнены выборки для размещения высоковольтных проводов и штуцеров системы охлаждения. Упругие элементы 10 выполнены в виде пружинных колец. Упорные элементы выполнены в виде колец 11.

Сборку излучателя лазера осуществляют следующим образом.

В выемки квантрона 1 вставляют упорные стойки 4, к которым последовательно прижимают упорные кольца 11, пружинные кольца 10 и держатели зеркал 8. На шпильки 5 надевают полусферические шайбы и накручивают гайки, которые закручивают до полного сжатия пружинного кольца 10, фиксируя тем самым все элементы конструкции.

Юстировку резонатора осуществляют путем плавного откручивания одной или двух гаек с каждой стороны излучателя. Для фиксирования держателей зеркал 8 в заданном положении используют упорные винты 9, ввинчивая их в упорные кольца 11. Упорные винты 9 взаимодействуют с упорными кольцами 11 в трех точках, однозначно задавая угол между плоскостями упорного кольца 11 и держателя зеркала 8. Это обеспечивает фиксацию юстировки излучателя.

Собранный таким образом лазер является съюстированным устройством за счет жесткого согласования всех элементов конструкции, обладает высокой устойчивостью к разъюстировке при внешних механических воздействиях.

При необходимости предлагаемую конструкцию излучателя можно разбирать и собирать, при этом в собранном виде излучатель будет всегда съюстированным устройством. Дополнительная юстировка может понадобиться только после замены активного элемента 2. Для этого необходимо выкрутить упорные винты 9, отъюстировать систему с помощью гаек и зафиксировать положение конструкционных элементов при помощи упорных винтов 9.

Предлагаемая конструкция компактна, легка, проста и удобна для пользователя.

Изобретение относится к твердотельным оптическим квантовым генераторам и может быть использовано при изготовлении лазерной техники. Сущность: излучатель лазера представляет собой резонатор, образованный глухим и выходным зеркалами и размещенным внутри резонатора квантроном, при этом зеркала установлены в держателях, а между квантроном и держателями зеркал последовательно размещены упорные стойки, упорные кольца и упругие элементы, резонатор снабжен стягивающим устройством, соединяющим корпус квантрона, упорные стойки, упорные кольца, упругие элементы и держатели зеркал друг с другом, держатели зеркал снабжены упорными винтами, взаимодействующими с упорными элементами. Упорные стойки выполнены в виде колец, упругие элементы выполнены в виде кольцевых пружин, а стягивающее устройство представляет собой по меньшей мере три шпильки, снабженные шайбами и гайками. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Излучатель лазера, состоящий из квантрона, размещенного в резонаторе, образованного глухим и выходным зеркалами, установленными в держателях, держатели зеркал снабжены упорными винтами и соединены с упорными кольцами и упругими элементами, выполненными в виде пружинных колец, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен упорными стойками и стягивающими устройствами, при этом упорные стойки, упорные кольца и упругие элементы размещены последовательно между квантроном и держателями зеркал, а все элементы излучателя жестко соединены друг с другом посредством стягивающих устройств, выполняющих юстировочную функцию. 2. Излучатель по п.1, отличающийся тем, что упорные стойки выполнены в виде колец. 3. Излучатель по п. 1, отличающийся тем, что стягивающее устройство представляет собой по меньшей мере три шпильки, снабженные шайбами и гайками, и установлено параллельно активному элементу.