ВОЛНОВОДНЫЙ ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР Российский патент 2004 года по МПК H01S3/86 H01S3/139 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при создании волноводных двухканальных газовых лазеров со стабильными выходными параметрами.

Известен газовый лазер, содержащий размещенные в оболочке активного элемента разрядный капилляр с электродами и зеркала резонатора, одно из которых закреплено на пьезокорректоре, последний размещен в камере герметично соединенной с торцом оболочки активного элемента и одной своей стороной закреплен на его внешней поверхности, на противоположной стороне пьезокорректора закреплены кольцо и диэлектрическая втулка, установленная с возможностью перемещения в осевом направлении в отверстии, выполненном в торце оболочки активного элемента аксиально разрядному капилляру, основание втулки соединено с зеркалом резонатора и через сильфон с внутренней поверхностью торца оболочки активного элемента (см. пат. РФ №1115646, кл. H 01 S 3/10, опубл. 1996 г.).

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата, относится низкая устойчивость к угловым перемещениям узла пьезокорректора, а также к продольным перемещениям при механо-климатических воздействиях.

Известен газовый лазер, в котором зеркала резонатора примыкают к торцам газоразрядной трубки, причем одно из зеркал закреплено на пьезоэлементе, выполненном в виде диска. Газоразрядная трубка выполнена в виде стержня с каналом, ограничивающим разрядную область, изготовленного из диэлектрического материала. Газоразрядная трубка с зеркалами оптического резонатора расположена в герметичной оболочке с закрепленными внутри нее пружинами для прижатия зеркал к торцам газоразрядной трубки (см. патент №591161, Кл² Н 01 3/10, опубл. 1978 г.).

Недостатком известной конструкции является необходимость размещения пьезокорректора внутри вакуумного объема, что ограничивает диапазон его удлинения, кроме того, в процессе работы может наблюдаться сильное газоотделение из пьезокорректора и загрязнение рабочей смеси, что приводит к нестабильности выходных параметров.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному объекту по совокупности признаков является волноводный двухканальный газовый лазер, конструкция которого позволяет повысить стабильность выходных параметров в условиях жестких механо-климатических воздействий. Лазер включает расположенные в корпусе разрядные каналы, сформированные электродами и диэлектрическими пластинами, на одном конце которых установлены светоделительное и высокоотражающее зеркала, а на другом - два высокоотражающих поверхностных зеркала, размещенные на юстировочном фланце, жестко связанном в корпусом лазера. Во фланце выполнены два отверстия, в каждом из которых установлен с возможностью перемещения в осевом направлении с помощью резьбового соединения держатель зеркала, выполненный в виде стойки со шляпкой, на поверхности которого укреплено высокоотражающее поворотное зеркало, вокруг каждого отверстия выполнены, по крайней мере, три резьбовых отверстия для размещения юстировочных винтов (см. патент РФ №1547646, кл. Н 01 3/02, опубл. 28.02.1988 г.) - прототип.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата, относится отсутствие управляемых продольных перемещений, что не обеспечивает возможность активной стабилизации параметров лазерного излучения.

Задачей заявленного изобретения является создание волноводного двухканального газового лазера со стабильной мощностью и частотой излучения, устойчивого к механо-климатическим воздействиям.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, выражается в возможности подстройки длины резонатора лазера, обеспечивающей стабилизацию частоты и мощности излучения.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в волноводный двухканальный газовый лазер, содержащий расположенные в корпусе разрядные каналы, на одном конце которых установлены светоделительное и высокоотражающее зеркала, а на другом - два высокоотражающих поворотных зеркала, размещенных на юстировочном фланце, введен узел продольно-осевых перемещений поворотных зеркал, герметично соединенный через упорную втулку с корпусом и выполненный в виде штока, на котором расположен пьезокорректор, зафиксированный с одного конца гайкой, а с другого - тыльной частью жестко закрепленного на штоке цилиндрического стакана, и упругодеформируемого фланца, жестко связанного с юстировочным фланцем поворотных зеркал и закрепленного центральной частью на штоке, а по периметру - на цилиндрическом стакане, при этом юстировочный и упругодеформируемый фланцы установлены с зазором относительно упорной втулки и торца корпуса лазера.

Введение в лазер узла продольно-осевых перемещений поворотных зеркал позволяет повысить стабильность мощности и частоты излучения за счет управления длиной резонатора, а следовательно, частотой настройки резонатора в зоне контура усиления активной среды лазера. И, кроме того, устойчивость к механо-климатическим воздействиям обеспечивается конструктивным выполнением и взаимным расположением элементов узла.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное решение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности, не выявлен волноводный двухканальный газовый лазер, в котором повышение стабильности мощности и частоты излучения достигалось бы за счет введения в прибор узла продольно-осевых перемещений поворотных зеркал, обеспечивающего управление настройкой резонатора в зоне контура усиления активной среды лазера.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

На чертеже приведена конструкция предлагаемого лазера.

Волноводный двухканальный лазер включает расположенные в корпусе 1 разрядные каналы 2, 3, сформированные электродами и диэлектрическими пластинами, на одном конце которых установлены светоделительное 4 и высокоотражающее 5 зеркала. На другом конце каналов 2, 3 расположены высокоотражающие поворотные зеркала 6, 7, размещенные на юстировочном фланце 8. В лазер введен узел 9 продольно-осевых перемещений поворотных зеркал 6, 7, герметично соединенный через упорную втулку 10 с корпусом 1. Узел 9 выполнен в виде штока 11, на котором расположен пьезокорректор 12, зафиксированный с одного конца гайкой 13, а с другого конца - тыльной частью жестко закрепленного на штоке 11 фланца в виде цилиндрического стакана 14 и упругодеформируемого фланца 15, который жестко связан с юстировочным фланцем 8 поворотных зеркал 6, 7. Упругодеформируемый фланец 15 в центре закреплен на штоке 11, а по периметру - на цилиндрическом стакане 14. Юстировочный 8 и упругодеформируемый 15 фланцы установлены с зазором 16 относительно упорной втулки 10 и торца 17 корпуса 1 лазера.

Лазер работает следующим образом. При подаче электрического напряжения на ВЧ электрод лазера в разрядных каналах 2, 3 зажигается разряд. Возникновение разряда вызывает появление излучения. Распространяющееся внутри резонатора, образованного зеркалами 4, 5, 6, 7, электромагнитное поле характеризуется частотой и мощностью излучения. Одним из основных факторов, влияющих на стабильность частоты и мощности излучения, является изменение оптической длины резонатора (nL, где n - показатель преломления, L - расстояние между зеркалами резонатора). Для ее стабилизации служит узел продольно-осевых перемещений, который обеспечивает подстройку оптической длины перемещением поворотных зеркал 6, 7 резонатора. Способы стабилизации длины резонатора, а следовательно, частоты и мощности лазерного излучения могут быть различными (с использованием оптогальванического эффекта, реперных точек фотоприемного тракта, эффектов резонансного поглощения или усиления и т.д.).

Для изменения длины резонатора к пьезокорректору прикладывается электрическое напряжение. При этом пьезокорректор 12, опираясь на тыльную сторону фланца 14, выполненного в виде цилиндрического стакана, своей противоположной стороной (при удлинении или сжатии) ведет за собой в осевом направлении гайку 13, шток 11 и центральную часть жестко связанного с ним фланца 14, а также упругодеформируемый фланец 15. Осевое перемещение центральной области упругодеформируемого фланца 15 приводит к перемещению юстировочного фланца 8 с закрепленными на нем поворотными зеркалами 6, 7 и тем самым - к изменению длины резонатора, что обеспечивает управление выходной мощностью и частотой излучения. Жесткое соединение по периметру упругодеформируемого фланца 15 и цилиндрического стакана 14 и одновременное жесткое и резьбовое соединение центральных областей последних со штоком 11 обеспечивает дополнительную механо-климатическую устойчивость узла осевых перемещений к угловой разъюстировке.

Устойчивость к механо-климатическим воздействиям при одновременном обеспечении прецизионных продольно-осевых перемещений зеркал обусловлена созданием предварительных упругих напряжений, превышающих величину внешних воздействующих усилий. Дополнительная жесткость к угловым перемещениям узла продольно-осевых перемещений и лазера в целом обеспечивается одновременным жестким креплением центральной и периферийной зон цилиндрического стакана 14 и упругодеформируемого фланца 15.

Предлагаемое изобретение можно использовать при производстве волноводных двухканальных газовых лазеров, а именно угла продольно-осевых перемещений, оно использовано в приборе LCD-5G-M. Основные детали узла выполнены из сплавов железо-никель (29НК, 47НД, НАВИ). Необходимое различие конструктивной жесткости и упругопластических деформаций деталей достигается подбором их формы и геометрических размеров. В качестве пьезокорректора использован набор пьезокерамических шайб типа ПП-4. Необходимые жесткие и герметичные (вакуумно-плотные) соединения в узле обеспечены лазерной сваркой.

Реально измеренный диапазон осевых перемещений составил 8-10 мкм, что превышает 3/4 длины волны генерации СО₂-лазера. В результате при подаче управляющего напряжения на пьезокорректор, за счет изменения длины резонатора, выходную мощность и частоту лазерного излучения прибора LCD-5G-M можно изменять в пределах всей области генерации.

В приборах серии LCD без узла осевых перемещений изменение мощности лазерного излучения в процессе экспуатации составляет ~±3-5% и более, а частота излучения перестраивается в пределах 130-150 МГц.

В приборе LCD-5G-M за счет подстройки длины резонатора при использовании узла продольно-осевых перемещений долговременная нестабильность мощности лазерного излучения не превышает ±1%, а дрейф частоты находится в пределах 1-2 МГц, что составляет ≤1·10^-8 отн.ед.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при создании волноводных двухканальных газовых лазеров. Перестройка длины резонатора осуществляется путем использования узла продольно-осевых перемещений двух поворотных зеркал, который герметично соединен с корпусом лазера через упорную втулку. Узел выполнен в виде штока с расположенным на нем пьезокорректором, который зафиксирован с одного конца гайкой, а с другого - тыльной частью жестко закрепленного на штоке цилиндрического стакана. Юстировочный фланец поворотных зеркал жестко связан с упругодеформируемым фланцем, закрепленным центральной частью на штоке, а по периметру - на цилиндрическом стакане. Юстировочный и упругодеформируемый фланцы установлены с зазором относительно упорной втулки и торца корпуса лазера. Обеспечена возможность стабилизации частоты и мощности излучения. 1 ил.

Волноводный двухканальный газовый лазер, содержащий расположенные в корпусе разрядные каналы, на одном конце которых установлены светоделительное и высокоотражающее зеркала, а на другом два высокоотражающих поворотных зеркала, размещенных на юстировочном фланце, отличающийся тем, что в лазер введен узел продольно-осевых перемещений поворотных зеркал, герметично соединенный через упорную втулку с корпусом и выполненный в виде штока, на котором расположен пьезокорректор, зафиксированный с одного конца гайкой, а с другого тыльной частью жестко закрепленного на штоке цилиндрического стакана и упругодеформируемого фланца, жестко связанного с юстировочным фланцем поворотных зеркал и закрепленного центральной частью на штоке, а по периметру на цилиндрическом стакане, при этом юстировочный и упругодеформируемый фланцы установлены с зазором относительно упорной втулки и торца корпуса лазера.