ЖИДКОСТНЫЙ ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ-СВЕТОФИЛЬТР ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ Российский патент 2013 года по МПК G02B5/24 H01S3/42 

Описание патента на изобретение RU2503043C2

Изобретение относится к лазерной технике, а конкретнее, к жидкостным охлаждающим средам (теплоносителям) твердотельных лазеров (например, неодимовых или гольмиевых), являющихся одновременно светофильтром для ультрафиолетового (УФ) излучения лампы накачки лазера. Оно может применяться везде, где разрабатываются или применяются твердотельные лазеры, имеющие жидкостную систему охлаждения с фильтрацией УФ излучения лампы накачки.

Известен жидкостный теплоноситель-светофильтр (ЖТС), применяющийся для охлаждения лазеров на гранате или стекле с неодимом и фильтрации УФ излучения ламп накачки [1]. Этот ЖТС содержит пропиловый или изопропиловый спирт, 2,2',4,4'-тетраоксибензофенон и уксуснокислый натрий при следующем содержании компонентов, мас.%:

пропиловый или изопропиловый спирт 15-85 2,2',4,4'-тетраоксибензофенон 0,03-0,07 уксуснокислый натрий 0,2-0,7 вода остальное.

Он имеет границу полосы пропускания в УФ диапазоне около 370 мкм и прозрачен вплоть до 1 мкм. Эта спектральная характеристика является оптимальной для накачки твердотельных лазеров на гранате, легированном неодимом.

Практика использования этого ЖТС выявила, что он имеет недостаточную морозостойкость (температура замерзания ниже -18°С), что не позволяет эксплуатировать ЖТС на открытых площадках в холодное время года. Указанный ЖТС имеет также недостаточно высокую температуру кипения (меньше 100°С), при которой происходит существенное фоторазложение ТФ и постепенное осаждение нерастворимых продуктов разложения ТФ на поверхности колбы лампы накачки. При длительной непрерывной работе лазера этот эффект вызывает уменьшение ресурса работы лазера.

Более низкую температуру замерзания ниже минус 60°С имеет один из возможных ЖТС, описанных в [2], в котором содержатся как компоненты краситель 2-окси-4-(С79)-алкоксибензофенон, бутанол и октан, органические эфиры. Однако указанный ЖТС [2] в своем составе может содержать большие доли компонентов вплоть до 100%, что может приводить к уменьшению ресурса работы ЖТС до нуля при 100% содержании, например, красителя, и к недостаточному ресурсу работы в прочих случаях.

Этот ЖТС [2] является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбран в качестве прототипа.

Задачей изобретения является определение оптимального состава ЖТС для увеличения ресурса работы лазера с ЖТС.

Сущность изобретения заключается в том, что ЖТС, включающий 2-окси-4-(С79)-алкоксибензофенон, бутанол и октан, в отличие от прототипа имеет содержание компонентов, мас.%:

2-окси-4-(С79)-алкоксибензофенон 0,3-0,6 бутанол 35-45 октан остальное.

Поставленная задача решается следующим образом.

Применение 2-окси-4-(С79)-оксибензофенона (ОФ) в содержании (0,3-0,6 мас.%) позволяет обеспечить необходимые физические характеристики - ОФ растворим в смеси октана с бутанолом (БС) и обеспечивает границу пропускания ЖТС в УФ диапазоне длин волн излучения около 370 мкм и прозрачность вплоть до длин волн излучения около 1 мкм. Эта спектральная характеристика является оптимальной для ламповой накачки твердотельных лазеров на гранате, легированном неодимом. Излучение накачки с длиной волны более 370 нм практически не вызывает появления наведенного неактивного поглощения в активном элементе лазера, соответственно, не уменьшается энергетика и обеспечивается достаточный ресурс работы лазера. Так как коэффициент экстинкции ОФ в УФ области велик, для фильтрации УФ излучения и обеспечения необходимых спектральных характеристик ЖТС достаточно малой концентрации ОФ (0,3-0,6 мас.%). Увеличивать концентрацию ОФ более 0,6 мас.% нежелательно, так как в этом случае уменьшается толщина слоя ЖТС, в котором поглощается УФ излучение. Соответственно, при этом растет температура ЖТС в этом слое и ухудшается охлаждение лампы накачки, что приводит к уменьшению энергетики и ресурса работы лазера.

Концентрация ОФ менее 0,3 мас.% не позволяет обеспечить достаточную фильтрацию УФ излучения накачки лазера, соответственно, при этом за счет появления наведенного неактивного поглощения в активном элементе лазера уменьшаются энергетика и ресурс работы лазера.

ОФ малореакционноспособен, кроме того у него малая концентрация, что приводит к малой коррозионной активности ЖТС, а соответственно, малой скорости появления продуктов коррозии в ЖТС и образования налета на оптических элементах системы накачки лазера. При этом обеспечивается ресурс работы лазера.

Наличие БС создает возможность растворения ОФ, обеспечения высокой температуры кипения (у БС она составляет 117,5°С) и условия для обеспечения морозоустойчивости ЖТС (температура замерзания БС составляет -79,9°С).

Наличие бутилового спирта (БС) обеспечивает также фотоустойчивость ЖТС и его ресурс работы из-за увеличения фотоу стойкости ОФ при наличии водородных связей молекул ОФ и БС.

Кроме того, наличие БС устраняет появление в ЖТС налетов биологического происхождения,

Содержание БС ограничено сверху 45 мас.%, иначе при отрицательных температурах (от 0°С до -50°С) ЖТС будет иметь большую вязкость (вязкость БС составляет 34,7 сПз при -50°С), соответственно, малую скорость прокачивания в системе охлаждения лампы накачки, что ведет к ухудшению охлаждения лампы накачки, уменьшению ее ресурса и ресурса работы лазера.

Содержание БС ограничено снизу 35 мас.% в связи с необходимостью обеспечения расворимости ОФ в ЖТС, при меньшем содержании БС ОФ не будет полностью растворяться в ЖТС.

Наличие октана создает возможность растворения БС, обеспечения высокой температуры кипения (у октана она составляет 124,7°С) и условия для обеспечения морозоустойчивости ЖТС (температура замерзания октана составляет - 56,8°С).

Наличие октана позволяет получить ЖТС с малой вязкостью (1,8 сПз) при низких температурах около - 50°С (вязкость октана при -50°С составляет 1,8 сПз). Содержание октана определяется содержанием БС и ОФ.

Таким образом, предлагаемый ЖТС имеет температуру кипения 104°С и температуру замерзания -62°С. Спектральные характеристики предлагаемого ЖТС близки к оптимальным.

В конкретном исполнении ЖТС был изготовлен при следующем содержании компонентов, мас.%:

2-окси-4-(С79-алкил)оксибензофенон 0,5 бутиловый спирт 40 октан 59,5.

ЖТС позволяет получить повышенную температуру кипения, и соответственно, повышенный ресурс работы лазера (уменьшается скорость осаждения нерастворимых продуктов разложения ОФ на поверхности колбы лампы накачки).

Этот ЖТС использовался для охлаждения непрерывных лазеров на гранате с неодимом, активные элементы которых нельзя подвергать воздействию УФ излучения, в диапазоне температур окружающей среды от -50°С до +50°С. Накачка лазеров осуществлялась излучением криптоновой газоразрядной лампы ДНП2-5/38А при электрической мощности накачки 1200÷1400 Вт. Мощность непрерывного излучения лазера составляла при этом не менее 10 Вт. Система охлаждения включала в себя бак из нержавеющей стали, корпус излучателя и конструктивные элементы излучателя, изготовленнные из нержавеющей стали и титана. Толщина слоя между лампой накачки и активным элементом составляла не менее 2 мм.

Лазер работал циклами непрерывной работы до закипания ЖТС на колбе лампы накачки. После этого он выключался, ЖТС остывал до температуры окружающей среды, и опять происходило включение накачки лазера. Стабильность характеристик ЖТС обеспечивалась в течение 30 часов работы.

Предложенный ЖТС обеспечивает повышенную температуру кипения, оптимальные спектральные характеристики, возможность эксплуатации в в диапазоне температур окружающей среды от -50°С до +50°С, ресурс работы лазера в течение 30 часов.

Таким образом, ЖТС с оптимальным составом позволяет увеличить ресурс работы лазера с ЖТС.

Источники информации.

1. Патент BY №4241 C1 1999.04.29, весь документ.

2. Патент DD №301029 A7 1983.10.27, весь документ. - Прототип.

Похожие патенты RU2503043C2

название год авторы номер документа
ЛАЗЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ 2008
  • Захаров Леонид Юрьевич
  • Копылов Юрий Леонидович
  • Комаров Анатолий Алексеевич
  • Кравченко Валерий Борисович
  • Шемет Владимир Васильевич
RU2391754C2
Офтальмохирургическая рефракционная твердотельная лазерная система 2018
  • Тихов Александр Викторович
RU2749346C1
ОПТИЧЕСКИЙ КЛЕЙ 2001
  • Вахмянин К.П.
  • Волынкин В.М.
  • Потапова Н.И.
  • Цветков А.Д.
  • Чарухчев А.В.
RU2209225C1
Способ изготовления полимерного оптического отрезающего фильтра 1989
  • Гореленко Александр Яковлевич
  • Денисов Геннадий Васильевич
  • Калоша Иван Иванович
  • Карягина Евгения Львовна
  • Серова Валентина Николаевна
  • Шитов Валерий Евгеньевич
SU1670655A1
БЕЗОПАСНЫЙ ДЛЯ ГЛАЗ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР 1994
  • Басиев Тасолтан Тазретович
  • Дорошенко Максим Евгеньевич
  • Сигачев Валерий Борисович
RU2069030C1
ОСВЕТИТЕЛЬ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ЛАЗЕРА 2002
  • Грошкова Н.Н.
  • Плешков А.А.
  • Семенов А.А.
RU2216835C1
МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЙ ЛАЗЕРНЫЙ СТЕРЖЕНЬ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 1985
  • Нейман А.Я.
  • Никитин В.В.
  • Ракович Н.С.
  • Соколовский А.Н.
  • Усоскин А.И.
  • Федорова Л.М.
  • Шафаростов А.И.
SU1345684A1
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР ЖЕЛТОГО СПЕКТРАЛЬНОГО ДИАПАЗОНА 2000
  • Басиев Т.Т.
  • Дорошенко М.Е.
  • Зверев П.Г.
  • Прохоров А.М.
RU2178939C1
ОСВЕТИТЕЛЬ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ЛАЗЕРА 1996
  • Батов Ю.Н.
  • Волынкин В.М.
  • Малинин С.М.
  • Петров А.Д.
  • Тишина Н.А.
  • Шапиро Л.Л.
RU2110126C1
КВАНТРОН ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ЛАЗЕРА 1992
  • Семенов Алексей Александрович
  • Карлов Василий Николаевич
RU2091935C1

Реферат патента 2013 года ЖИДКОСТНЫЙ ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ-СВЕТОФИЛЬТР ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ЛАЗЕРОВ

Изобретение относится к лазерной технике, а конкретнее к жидкостным охлаждающим средам (теплоносителям) (ЖТС) твердотельных лазеров (например, неодимовых или гольмиевых), являющимся одновременно светофильтром для ультрафиолетового (УФ) излучения лампы накачки лазера. Оно может применяться везде, где разрабатываются или применяются твердотельные лазеры, имеющие жидкостную систему охлаждения с фильтрацией УФ-излучения лампы накачки. Сущность изобретения заключается в том, что ЖТС содержит 2-окси-4-(С7-С9-алкил)оксибензофенон, бутиловый спирт и октан при следующем содержании компонентов, мас.%: 2-окси-4-(С7-С9)алкоксибензофенон 0,3-0,6 бутиловый спирт 35-45, октан - остальное. Технический результат заключается в обеспечении возможности увеличения ресурса работы лазера.

Формула изобретения RU 2 503 043 C2

Жидкостный теплоноситель-светофильтр твердотельных лазеров, включающий 2-окси-4-(С79)-алкоксибензофенон, бутанол и октан, отличающийся тем, что содержание компонентов составляет, мас.%:
2-окси-4-(С79)-алкоксибензофенон 0,3-0,6 бутанол 35-45 октан остальное

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2013 года RU2503043C2

DD 301029 А7, 24.09.1992
ЖИДКОСТНЫЙ ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ-СВЕТОФИЛЬТР ДЛЯ ЛАЗЕРОВ 2006
  • Подгаецкий Виталий Маркович
  • Пономарева Ольга Вадимовна
  • Тавризова Мария Атанесовна
  • Тюрин Анатолий Иванович
RU2307433C1
ЛАЗЕРНОЕ ВЕЩЕСТВО 1991
  • Серова В.Н.
  • Васильев А.А.
  • Мукменева Н.А.
  • Черкасова О.А.
  • Дубинский М.А.
  • Наумов А.К.
  • Ахметзянова Л.К.
SU1820809A1
EP 1892562 A1, 27.02.2008.

RU 2 503 043 C2

Авторы

Волынкин Валерий Михайлович

Горбачевская Ольга Романовна

Михайлов Юрий Тимофеевич

Даты

2013-12-27Публикация

2010-02-08Подача