ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР Российский патент 2006 года по МПК H01S3/86 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при создании волноводных двухканальных со складным П-образным резонатором газовых лазеров с повышенной мощностью излучения.

Известен газовый лазер, включающий размещенное на торце устройство для юстировки оптического элемента резонатора лазера, состоящее из последовательно расположенных частей: цилиндрической, несущей зеркало, предохраняющей шейки, цилиндрической юстировочной, деформируемой шейки и участка крепления, и трех юстировочных винтов, расположенных под углом 120° относительно друг друга, закрепленных в цилиндрическом буртике и радиально упирающихся в цилиндрическую юстировочную часть (см. патент США 4856020, кл. H 01 S 3/086, опубл.08.08.89 г.).

Недостатком известного газового лазера является то, что при размещении на одном торце волноводного двухканального лазера со складным резонатором двух известных устройств юстировки первого оптического элемента с полупрозрачным для лазерного излучения покрытием и второго оптического элемента резонатора, невозможно получить высокую мощность, так как наличие цилиндрических буртиков с радиально расположенными винтами не даст близко расположить разрядные каналы, что приведет к увеличению пассивной части резонатора лазера между поворотными зеркалами, а это увеличит энергетические потери излучения внутри резонатора волноводного лазера, и кроме того, значительное расстояние (из-за наличия нескольких шеек) между первым оптическим элементом первого устройства юстировки и торцом первого разрядного канала и, соответственно, между вторым оптическим элементом второго известного устройства и торцом второго разрядного канала также увеличит пассивную часть резонатора, что приведет к дополнительным энергетическим потерям излучения внутри резонатора волноводного лазера со складным резонатором.

Известен газовый лазер, включающий устройство для юстировки оптического элемента резонатора, содержащее размещенную на торце разрядного канала металлическую втулку с оптическим элементом.

Втулка имеет деформируемую шейку с толщиной стенки меньше, чем толщина стенки остальной части втулки. Регулировка деформируемой шейки осуществляется с помощью юстировочного механизма (см.патент ФРГ №2007939, кл. 21g 53/02, опубл.18.04.74 г.).

Недостатком известной конструкции является то, что при размещении на одном торце волноводного двухканального лазера со складным резонатором двух известных устройств юстировки первого и второго оптических элементов не позволит получить высокую мощность излучения лазера в силу того, что:

между первым и вторым известными устройствами юстировки должен быть зазор для размещения в процессе изготовления лазера оправок для юстировки первого и второго зеркал резонатора. Это приведет к увеличению расстояния между разрядными каналами и, соответственно, увеличению пассивной части резонатора между поворотными зеркалами, что увеличит энергетические потери излучения внутри резонатора волноводного лазера;

конструктивно первый и второй оптические элементы будут удалены от торцов первого и второго разрядного канала, соответственно, на значительные расстояния из-за конкретной длины втулки с деформируемой шейкой и толщины торцевого фланца. Это увеличит пассивную часть резонатора волноводного лазера и, соответственно, увеличит энергетические потери излучения внутри резонатора.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является газовый лазер, содержащий размещенное на торце лазера устройство юстировки оптического элемента резонатора, включающее полую втулку, состоящую из последовательно расположенных фланца с юстировочными винтами, участка с деформируемой шейкой, образованной двумя внутренними проточками большего диаметра, чем диаметр шейки, составляющих внешнюю часть устройства юстировки и участка крепления на торце. Юстировочные винты расположены равномерно относительно оси держателя под углами 120° друг относительно друга в сквозных резьбовых отверстиях фланца устройства юстировки (см.патент США №4638486, кл. H 01 S 3/08, опубл.20.01.87 г. - прототип).

Недостатком известного лазера является то, что при использовании его устройства юстировки оптического элемента резонатора в волноводном двухканальном лазере со складным П-образным резонатором, нельзя получить высокий уровень мощности излучения. Это связано с тем, что при размещении на торце лазера первого устройства юстировки первого оптического элемента с полупрозрачным для лазерного излучения покрытием и второго устройства юстировки второго оптического элемента их межосевое расстояние и, соответственно, межосевое расстояние разрядных каналов будет удалено вследствие наличия внутренних проточек большего диаметра на первом и, соответственно, на втором устройствах юстировки зеркал.

Кроме того, первый и второй оптические элементы будут удалены от торцов разрядных каналов (первого и второго) конкретной толщиной торцевого фланца и втулки с деформируемой шейкой. Это увеличит пассивную часть резонатора волноводного лазера и, соответственно, увеличит энергетические потери излучения внутри резонатора.

Таким образом, удаление волноводных разрядных каналов друг от друга при расположении известного устройства юстировки для первого оптического элемента и известного устройства юстировки для второго оптического элемента на одном торце волноводного двухканального лазера со складным П-образным резонатором соответственно увеличит расстояние между поворотными зеркалами. В результате излучение на выходе из одного волноводного канала (аналогично для другого), имея расходимость, пройдя протяженную часть резонатора между поворотными зеркалами, может разойтись и поступить в другой волноводный канал в объеме, недостаточном для поддержания усиления в плазме газового разряда. При этом возникают, так называемые, энергетические потери излучения внутри резонатора. Это справедливо и для первого, и для второго оптического элементов. Чем дальше удалены первый и второй оптические элементы, соответственно, от торца первого и второго разрядных каналов, тем больше энергетические потери излучения внутри резонатора, связанные с расходимостью излучения и тем меньше выходная мощность излучения лазера.

Задачей данного изобретения является создание волноводного двухканального газового лазера с П-образным резонатором, обеспечивающего высокий уровень мощности лазерного излучения.

Технический результат может быть получен за счет сближения осей волноводных разрядных каналов и приближения юстируемого зеркала с полупрозрачным для лазерного излучения покрытием и оптического элемента к торцам волноводных каналов в лазере со складным П-образным резонатором. Это позволит уменьшить пассивную часть резонатора, тем самым уменьшить энергетические потери излучения внутри резонатора, увеличив при этом мощность излучения лазера.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном газовом лазере, содержащем юстируемое зеркало, устройство юстировки, размещенное на торцевой стенке корпуса лазера и включающее втулку, состоящую из последовательно расположенных фланца с юстировочными винтами, участка с деформируемой шейкой, составляющих внешнюю часть устройства юстировки, и участка крепления, устройство юстировки содержит вторую втулку, состоящую из последовательно расположенных фланца с юстировочными винтами, участка с деформируемой шейкой, составляющих внешнюю часть устройства, и участка крепления, во фланце первой втулки и во фланце второй втулки расположены соответственно полый цилиндр и цилиндрический стержень с основанием, с закрепленной на каждом из них внутренней частью устройства юстировки, и имеющих зазор с участками деформируемой шейки и крепления, обеспечивающий возможность их перемещения при юстировке, при этом внутренняя часть устройства юстировки для полого цилиндра выполнена в виде основания с отверстием и зеркала с полупрозрачным для лазерного излучения покрытием, расположенного напротив первого разрядного канала лазера, а для цилиндрического стержня с основанием выполнена в виде оптического элемента, расположенного на основании напротив второго разрядного канала лазера. Кроме того, лазер отличается тем, что оптический элемент выполнен в виде дифракционной решетки или зеркала с высокоотражающим лазерное излучение покрытием.

А также, лазер отличается тем, что цилиндрический стержень выполнен с полостью по оси, в которой расположена вставка из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, а основание стержня расположено асимметрично относительно его оси.

Предлагаемое выполнение газового лазера с устройством юстировки зеркала и оптического элемента волноводного лазера с П-образным резонатором позволит уменьшить расстояние между волноводными разрядными каналами и расстояние между зеркалом и оптическим элементом и торцами первого и второго волноводных разрядных каналов, что приведет к увеличению мощности излучения за счет уменьшения пассивной части резонатора и, соответственно, снижению энергетических потерь.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа 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 был проведен дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, т.к. не выявлены технические решения, в которых была бы повышена выходная мощность волноводного, двухканального, со складным П-образным резонатором лазера за счет снижения энергетических потерь излучения внутри резонатора, которое обеспечивается путем максимального приближения зеркала с полупрозрачным для лазерного излучения покрытием и оптического элемента к торцам волноводных каналов и сближения их осей.

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

На фиг.1 изображен волноводный двухканальный лазер со складным П-образным резонатором в разрезе.

На фиг.2 показан торец волноводного лазера.

На фиг.3 в увеличенном виде показан разрез устройства юстировки с полупрозрачным (светоделительным) зеркалом и дифракционной решеткой.

На фиг.4 в увеличенном виде показан разрез второй втулки.

На фиг.5 показан в увеличенном виде в изометрии цилиндрический стержень с основанием.

На фиг.6 показана в увеличенном виде в изометрии дифракционная решетка.

На фиг.7 показан вариант размещения высокоотражающего зеркала на основании цилиндрического стержня.

Газовый лазер со складным резонатором имеет корпус 1, в котором расположены два разрядных канала 2, 3, поворотные зеркала 4, 5, размещенные на торцевой стенке 6 в корпусе лазера 1. На другой торцевой стенке 7 корпуса 1 расположено устройство юстировки, которое содержит первую втулку, состоящую из фланца 8 с юстировочными винтами 9, участка с деформируемой шейкой 10 и участка крепления 11. Во фланце первой втулки расположен полый цилиндр 12 с основанием 13, выполненым с отверстием. Зеркало 14 с полупрозрачным для лазерного излучения покрытием закреплено на основании 13 с помощью оправы 15.

Устройство юстировки содержит также вторую втулку, состоящую из фланца 16 с юстировочными винтами 9, участка с деформируемой шейкой 17 и участка крепления 18. Во фланце второй втулки расположен цилиндрический стержнь 19 с асимметричным основанием 20 и оптическим элементом 21.

На фиг.1, 3 и 6 - оптический элемент, дифракционная решетка. Фиг.7 показывает вариант исполнения оптического элемента - зеркало с высокоотражающим покрытием 22, расположенное на основании 20.

В полости 23 цилиндрического стержня 19 расположена вставка 24 из теплопроводящего материала.

Устройство работает следующим образом.

Осуществляется юстировка поворотных зеркал 4, 5 относительно разрядных каналов 2, 3.

На торцевой стенке 7 устанавливаются первая и вторая втулки. Далее размещается полый цилиндр 12 с основанием 13 и цилиндрический стержень 19 с основанием 20. Герметизируется оправа 15 с зеркалом 14 на основании 13 и затем устанавливается дифракционная решетка 21 на основание 20. После чего собранный узел устанавливается на корпус 1, торцевая стенка 7 герметизируется с корпусом лазера. В корпус лазера 1 напускается рабочая смесь и при подаче ВЧ напряжения в каналах 2, 3 возникает поперечный газовый разряд.

С помощью винтов 9 осуществляется юстировка зеркала 14 с полупрозрачным покрытием и дифракционной решетки 21. Размещение вставки 24, выполненной из материала с высокой теплопроводностью в полости стержня 19, выполненного из конструкционного сплава (типа 29 НК) с низким коэффициентом теплопроводности, позволяет отвести тепловую энергию от дифракционной решетки на фланец 16 с последующим сбросом в окружающее пространство.

Предлагаемый газовый лазер с устройством юстировки зеркал и оптического элемента резонатора позволяет увеличить мощность излучения волноводного лазера со складным П-образным резонатором за счет снижения энергетических затрат оптического излучения при прохождении его протяженной пассивной части резонатора, образуемой поворотными зеркалами 4, 5 фиг.1.

Кроме того, устройство юстировки зеркал и оптического элемента резонатора позволяет уменьшить пассивную часть резонатора за счет уменьшения межосевого расстояния волноводных разрядных каналов 2, 3, т.к. минимизация межосевого расстояния в волноводных лазерах со складным П-образным резонатором будет зависеть в основном от габаритов юстировочного устройства, на котором расположены оптические элементы 14, 21.

Расположение дифракционной решетки 21 или зеркала 22 с высокоотражающим покрытием на цилиндрическом стержне с асимметричным основанием позволяет еще больше приблизить межосевые расстояния разрядных каналов лазера.

Предлагаемое устройство юстировки использовано в СО₂-лазерах с ВЧ возбуждением типа LCD-10WG, LCD-10AG с мощностью излучения 10 Вт. Наличие дифракционной решетки позволяет по желанию потребителя настроится на любую фиксированную длину волны в диапазоне 9,2 мкм -10,784 мкм.

Устройство юстировки с оптическим элементом в виде зеркала с высокоотражающим лазерное излучение покрытием использовано в самых малогабаритных выпускаемых в России лазерах типа LCD-1А с уровнем мощности 1,5 Вт.

Приведенные примеры показывают, что заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при создании волноводных двухканальных со складным П-образным резонатором газовых лазеров с высоким уровнем мощности излучения. Газовый лазер содержит устройство юстировки. Устройство юстировки включает первую и вторую втулки. Каждая втулка состоит из последовательно расположенных фланцев с юстировочными винтами, участка с деформируемой шейкой, составляющих внешнюю часть устройства юстировки, и участка крепления. Во фланце первой и второй втулок соответственно расположены полый цилиндр и цилиндрический стержень с основанием, с закрепленной на каждом из них внутренней частью устройства юстировки и имеющих зазор с участками деформируемой шейки и крепления. Внутренняя часть устройства юстировки для полого цилиндра выполнена в виде основания с отверстием и зеркала с полупрозрачным для лазерного излучения покрытием. Для цилиндрического стержня с основанием выполнена в виде дифракционной решетки или зеркала с высокоотражающим для лазерного излучения покрытием. Зеркало расположено на основании напротив второго разрядного канала. Цилиндрический стержень выполнен с полостью по оси, в которой расположена вставка из материала с высоким коэффициентом теплопроводности. Технический результат - создание волноводного двухканального газового лазера с П-образным резонатором, обеспечивающего высокий уровень мощности лазерного излучения. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Газовый лазер, содержащий юстируемое зеркало, устройство юстировки, размещенное на торцевой стенке корпуса лазера и включающее втулку, состоящую из последовательно расположенных фланца с юстировочными винтами, участка с деформируемой шейкой, составляющих внешнюю часть устройства юстировки, и участка крепления, отличающийся тем, что устройство юстировки содержит вторую втулку, состоящую из последовательно расположенных фланца с юстировочными винтами, участка с деформируемой шейкой, составляющих внешнюю часть устройства юстировки, и участка крепления, во фланце первой втулки и во фланце второй втулки расположены соответственно полый цилиндр и цилиндрический стержень с основанием, с закрепленной на каждом из них внутренней частью устройства юстировки, и имеющих зазор с участками деформируемой шейки и крепления, обеспечивающий возможность их перемещения при юстировке, при этом внутренняя часть устройства юстировки для полого цилиндра выполнена в виде основания с отверстием и юстируемого зеркала с полупрозрачным для лазерного излучения покрытием, расположенного напротив первого разрядного канала лазера, а для цилиндрического стержня с основанием выполнена в виде оптического элемента, расположенного на основании напротив второго разрядного канала лазера.2. Газовый лазер по п.1, отличающийся тем, что оптический элемент выполнен в виде дифракционной решетки или зеркала с высокоотражающим лазерное излучение покрытием.3. Газовый лазер по п.1, отличающийся тем, что цилиндрический стержень выполнен с полостью по оси, в которой расположена вставка из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, а основание стержня расположено асимметрично относительно его оси.