КЮВЕТА ФОТОТРОПНОГО ЗАТВОРА ДЛЯ ЛАЗЕРОВ Российский патент 2001 года по МПК H01S3/113 G01N21/03 

Изобретение относится к лазерной технике и может быть применено в нелинейных поглощающих элементах, используемых в качестве пассивных лазерных затворов и оптических развязок. К ним предъявляются следующие требования: герметичность при работе с высокоагрессивными и токсичными средами, низкий уровень влияния на расходимость излучения, достаточный для прохождения светового пучка.

Известна измерительная кювета для анализа вещества при повышенных давлении и температуре А.С. 817547, МКИ G 01 N 21/05, опубл. в бюллетене N 12, 1981 г. , содержащая металлический корпус со входным и выходным патрубками, кварцевые смотровые окна и две оправы, имеющие пазы в виде гребнеобразного профиля, куда вставляются окна путем горячей посадки.

Недостатком этой кюветы являются неизбежные деформации окон при термопосадке в металлические оправы, а наличие резьбовых соединительных поверхностей оправ сохраняет постоянный перенос окон и невозможность получения высокой оптической точности по клиновидности и неплоскостности окон, также невозможность использования ее в контакте с агрессивными средами.

Наиболее близкой по своей технической сущности к предлагаемому решению является кювета для исследования физических свойств жидкостей с помощью оптических методов патента США 2048128, кл. 356-246, опубл. 1956 г. Кювета содержит два плоскопараллельных окна, помещенных в корпус, и жесткое проставочное кольцо с отверстиями для заполнения рабочей зоны кюветы.

Недостатком конструкции этой кюветы является неудовлетворение требованиям герметичности и химической стойкости при контакте с агрессивными фототропными жидкостями, а также не обеспечивается необходимое оптическое качество кювет со световым диаметром > 100 мм, трудности создания минимально необходимого зазора полости и неизбежные деформации при создании герметичности входных окон.

Новым техническим результатом является создание конструкции крупногабаритной кюветы, отвечающей требованиям лазерных установок с большими световыми аппертурами ~450 мм при требуемом оптическом качестве с толщиной слоя фототропного красителя 0,5 - 2 мм и оптической клиновидностью слоя жидкого красителя ~ 1''. При этом линзовость созданной кюветы с красителем не влияет на расходимость проходящего излучения на уровне 5•10^-4 рад.

Технический результат достигается предлагаемой конструкцией кюветы фототропного затвора для лазеров, содержащей два плоскопараллельных окна, заключенных в корпусе, жесткое проставочное кольцо, выполненное из материала, инертного к рабочей жидкости, и узлы упругих уплотнений в виде колец. Проставочное кольцо выполнено в виде сепаратора с равномерно расположенными по окружности отверстиями, в которые установлены оптические вкладыши, а между узлами упругих уплотнений, расположенных в центре образующей и окнами размещена манжета, а уплотняющие поверхности выполнены с рельефом в виде выступов, расположенных под упругими уплотнениями, причем отверстия для заполнения рабочей зоны кюветы выполнены в одном из окон.

Такая конструкция фототропного затвора для лазеров обеспечивает надежную герметичность при работе с высокоагрессивными и токсичными средами (красителями). Разборность кюветы позволяет производить ее промывку и замену красителя в процессе эксплуатации. Низкий уровень влияния на расходимость излучения, достаточного для прохождения светового пучка, обеспечивается рельефным профилем уплотняющей манжеты, расположенным в центре образующей окон, существенно снижающим необходимое для надежной герметизациии давление на окна и соответственно уменьшающим их деформацию.

Наличие в конструкции проставочного кольца, инертного к красителю, выполненного из фторопласта в виде сепаратора с равномерно расположенными по окружности отверстиями, в которые установлены оптические вкладыши из стекла К-8, обеспечивает высокую оптическую точность по клиновидности зазора между окнами, а следовательно, и необходимую толщину слоя красителя. Так как разнотолщинность этих вкладышей ~0,5 мкм при световом диаметре ~400 мм обеспечивается клиновидность зазора между окнами ~2,5•10^-6 рад (0,5''), а заполнение кюветы красителем производится в собранном виде через отверстия.

На чертеже представлена конструкция кюветы фототропного затвора для лазеров, где 1 - окно, 2 - проставочное кольцо, 3 - оптический вкладыш, 4 - манжета, 5 - упругое уплотнение, 6 - винт, 7 - корпус, 8 - пробка.

Кювета содержит два плоскопараллельных окна 1 из стекла К-8, жесткое прозрачное для лазерного излучения и инертное к составу фототропной жидкости проставочное кольцо 2, выполненное из фторопласта Ф-4 в виде сепаратора с равномерно расположенными по окружности отверстиями, в которые установлены оптические вкладыши 3 из стекла К-8 толщиной 1 мм, обеспечивающие заданную толщину рабочей полости и необходимую клиновидность зазора. Герметичность кюветы обеспечивается манжетой 4, выполненной с рельефом в виде выступов (элемент 1), расположенным под упругими уплотнениями 5 в центре образующей окон при поджатии манжеты 4 к окнам 1 через упругие уплотнители 5 с помощью винта 6. Весь пакет вставлен в металлическую обойму-корпус 7. Зазор между окнами 1 через отверстия, закрываемые специальными фторопластовыми пробками 8, заполняется красителем.

Данная кювета фототропного затвора для лазеров обеспечила надежную герметичность при работе с высокоагрессивными и токсичными средами (красителями). Разборность кюветы позволила производить промывку и замену красителя в процессе эксплуатации. Низкий уровень влияния на расходимость излучения, достаточный для прохождения светового пучка, обеспечивается эффективным узлом уплотнения манжеты и окон, существенно снизил необходимое для надежной герметизации давление на окна и соответственно уменьшил их деформацию. Конструкция кюветы удовлетворила высокие требования по клиновидности зазора между окнами ~2,5•10^-6 рад (0,5''). Незначительная линзовость кюветы практически не влияла на искажение волнового фронта излучения при прохождении через кювету.

Использование: в оптико-механической промышленности и лазерной технике и может быть применено в нелинейных поглощающих элементах, используемых в качестве пассивных лазерных затворов и развязок. Сущность изобретения: кювета фототропного затвора для лазеров содержит два плоскопараллельных окна, жесткое проставочное кольцо, выполненное из материала, инертного к рабочей жидкости, и узлы упругих уплотнений в виде колец. Проставочное кольцо выполнено в виде сепаратора с равномерно расположенными по окружности отверстиями, в которые установлены оптические вкладыши, а между узлами упругих уплотнений, расположенных в центре образующей, и окнами размещена манжета, уплотняющие поверхности которой выполнены с рельефом в виде выступов, расположенных под упругими уплотнениями. Заполнение рабочей зоны кюветы производится через отверстия, выполненные в одном из окон. Техническим результатом является обеспечение надежной герметичности во времени, возможность создания минимально необходимого зазора (0,5-2 мм). Минимальные деформации окон при уплотнении обеспечивают расходимость излучения при прохождении через слой жидкости в кювете в пределах 5•10^-4 рад. 1 ил.

Кювета фототропного затвора для лазеров, содержащая два плоскопараллельных окна, заключенных в корпус, жесткое проставочное кольцо, размещенное между ними, толщина которого соответствует ширине зазора между окнами, и упругие кольца, отличающаяся тем, что между упругими кольцами и окнами размещена герметизирующая манжета, уплотняющие поверхности которой выполнены в виде выступов и расположены под упругими кольцами, при этом проставочное кольцо выполнено в виде сепаратора с равномерно расположенными по окружности отверстиями, в которые установлены оптические вкладыши.