Способ технологической тренировки резонатора лазера на подвижных шариковых опорах Российский патент 2025 года по МПК H01S3/02 

Изобретение относится к квантовой электронике, более конкретно - к способам изготовления резонаторов твердотельных лазеров с диодной накачкой, обладающих повышенной деформационной устойчивостью при механических и термических напряжениях, а также стойкостью к ударным и вибрационным нагрузкам и может быть использовано при изготовлении различных конструкций резонаторов твердотельных лазеров с диодной накачкой малой мощности для аппаратуры широкого назначения.

При исследовании уровня техники рассматривались резонаторы на шариковых опорах, при создании которых ставилась задача повышения деформационной устойчивости (например, п. РФ 2138108 МПК H01S 3/08, опубл. 20.09.1999, п. РФ 2299505 МПК H01S 3/08, опубл. 20.05.2007, п. РФ 2570341 МПК H01S 3/02, 3/08, опубл. 10.12.2015, п. РФ 2570366 МПК H01S 3/02, H01S 3/08, опубл. 10.12.2015). Рассматриваемые конструкции резонаторов относятся к деформационно-устойчивым с разделением оптических элементов, размещенных на несущей части их конструкции от накачки. Одновременно их особенность заключается в том, что вышеуказанные конструкции резонаторов снабжены подвижными опорами в виде шариков.

В результате детального рассмотрения и анализа всех выбранных аналогов не выявлено аналога по сходству признаков.

Резонаторы по патентам РФ №2570341 и №2570366, заявителями которого являются заявители предлагаемого решения, при их использовании в процессе изготовления и сборки лазера было замечено, что при контрольных проверках на работоспособность лазера происходит заедание и перескакивания подвижных опор в виде шариков в конусных пазах, что приводило в свою очередь при заданных требованиях по обеспечению стойкости к разбросу значений выходных характеристик лазера в пределах допустимых значений. По результатам многократных испытаний было принято техническое решение - завершать сборку резонатора технологической тренировкой, при которой конструкцию подвергают изменению температур окружающей среды временными циклами. Это позволило добиться стабильности выходных параметров лазера.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого технического решения, - повышение деформационной устойчивости конструкции обособленного устройства резонатора на подвижных опорах в виде шариков при механических и термических напряжениях.

Указанный технический результат достигается тем, что способ повышения деформационной устойчивости резонатора лазера заключается в том, что резонатор устанавливают в климатическую камеру в нормальных климатических условиях, понижают температуру до предельной отрицательной температуры эксплуатации лазера, выдерживают резонатор не менее t часов, повышают температуру до предельной повышенной температуры эксплуатации лазера, выдерживают не менее t часов, повторяют вышеприведенный цикл не менее двух раз, понижают температуру до нормальной климатической и выдерживают не менее t часов, при этом t - временная выдержка, зависящая от массы конструкции резонатора.

Всей совокупностью существенных признаков достигается заявленный технический результат. Это стало возможным за счет того, что ввели в технологический процесс изготовления резонатора его технологическую тренировку, когда при изготовлении резонатора после завершения процесса механической сборки конструкцию подвергают изменению температур окружающей среды, причем временными циклами. При этом изменяются линейные размеры основания, на котором установлена несущая конструкция резонатора. Вследствие этого при воздействии пониженных и повышенных температур временными циклами изменяются усилия, прикладываемые в местах контакта опор резонатора, выполненных в виде шариков. За счет изменения усилий и линейных перемещений основания относительно несущей конструкции резонатора, шариковые опоры обеспечивают (накатывают) себе траекторию перемещения в сопрягаемых деталях конструкции устройства резонатора, что позволяет им двигаться без заеданий и перескакиваний. Как результат - повышается деформационная устойчивость резонатора лазера, что позволило стабилизировать выходные характеристики лазера, тем самым повысить его стойкость к действию вибрационных и ударных нагрузок, а также к изменению температуры окружающей среды.

При анализе уровня техники не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. А также не выявлено факта известности влияния признаков, включенных в формулу, на технический результат заявляемого технического решения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям «новизна» и «изобретательский уровень».

Способ осуществляют следующим образом.

Резонатор на подвижных опорах в виде шариков устанавливают в климатическую камеру в нормальных климатических условиях, понижают температуру в камере до предельной отрицательной температуры эксплуатации лазера и выдерживают резонатор не менее t часов. После этого повышают температуру в климатической камере до предельной повышенной температуры эксплуатации лазера и выдерживают резонатор не менее t часов. Этот цикл повторяют не менее двух раз.

После чего понижают температуру в камере до нормальной климатической и выдерживают резонатор не менее t часов, где t - временная выдержка, зависящая от массы конструкции резонатора.

Были проведены экспериментальные исследования, которые показали, что вышеприведенный порядок действий обеспечивает плавное перемещение подвижных опор в виде шариков, а выходные параметры лазера приобретают стабильность.

Примером практического применения способа изготовления может служить созданный твердотельный лазер с термостабилизацией диодной накачки и электрооптической модуляцией добротности с активным элементом в виде стержня из иттрий-алюминиевого граната с неодимом YAG:Nd³⁺ (∅ 5×65 мм) и деформационно-устойчивым резонатором (например патент РФ №218788). В качестве электрооптического модулятора добротности был применен высокоомный кристалл КТР (8×8×10) мм. В качестве элементов накачки применены матрицы лазерных диодов производства ФГУП РФЯЦ-ВНИИТФ, патент РФ №2544875. Вышеуказанный лазер предназначен для генерации импульсов лазерного излучения с энергией в импульсе не менее 120 мДж, длительностью ≈ 5 нс, частотой повторения до 30 Гц и энергопотреблением до 250 В⋅А в диапазоне рабочих температур от минус 50°С до плюс 65°С и может работать в режиме непрерывной генерации импульсов излучения в пределах ресурсных показателей лазера. При экспериментальной отработке вышеуказанного лазера, когда лазер подвергался воздействию изменения температур временными циклами, возникла случайная необходимость разборки конструкции резонатора лазера. При этом авторы увидели в сопрягаемых деталях под шариковыми опорами накатанные шариками дорожки, так называемые траектории перемещения. Факт взаимодействия деталей конструкции деформационно-устойчивого резонатора привел авторов к дальнейшим экспериментальным исследованиям. Так был разработан новый способ повышения деформационной устойчивости резонатора лазера с целью повышения стабильности выходных характеристик.

В результате, обеспечили повышенную деформационную устойчивость конструкции обособленного устройства резонатора на подвижных опорах в виде шариков при механических и термических напряжениях, за счет чего повысили стойкость твердотельного лазера с диодной накачкой к действию вибрационных и ударных нагрузок, к изменению температуры окружающей среды, а также стабильность выходных параметров твердотельного лазера с диодной накачкой при его эксплуатации в наиболее широком диапазоне температур окружающей среды при и после воздействия вибрационных и ударных нагрузок.

Таким образом, представленные данные свидетельствуют о выполнении при использовании способа по заявляемому изобретению следующей совокупности условий:

- процесс, воплощающий заявленный способ при его осуществлении, предназначен для использования в оптико-механической промышленности при изготовлении твердотельных лазеров с диодной накачкой для аппаратуры широкого назначения;

- для заявляемого способа в том виде, в котором он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления.

Следовательно, заявляемый способ соответствует условию «промышленная применимость».

Изобретение относится к квантовой электронике, более конкретно - к способам изготовления резонаторов твердотельных лазеров с диодной накачкой, обладающих повышенной деформационной устойчивостью при механических и термических напряжениях. Способ технологической тренировки резонатора лазера на подвижных шариковых опорах заключается в том, что резонатор устанавливают в климатическую камеру в нормальных климатических условиях, понижают температуру до предельной отрицательной температуры эксплуатации лазера, выдерживают резонатор не менее t ч, повышают температуру до предельной повышенной температуры эксплуатации лазера, выдерживают не менее t ч, повторяют вышеприведенный цикл не менее двух раз, понижают температуру до нормальной климатической и выдерживают не менее t ч, при этом t - временная выдержка, зависящая от массы конструкции резонатора. Технический результат - повышение деформационной устойчивости конструкции обособленного устройства резонатора на подвижных опорах в виде шариков при механических и термических напряжениях.

Способ технологической тренировки резонатора лазера на подвижных шариковых опорах заключается в том, что резонатор устанавливают в климатическую камеру в нормальных климатических условиях, понижают температуру до предельной отрицательной температуры эксплуатации лазера, выдерживают резонатор не менее t ч, повышают температуру до предельной повышенной температуры эксплуатации лазера, выдерживают не менее t ч, повторяют вышеприведенный цикл не менее двух раз, понижают температуру до нормальной климатической и выдерживают не менее t ч, при этом t – временная выдержка, зависящая от массы конструкции резонатора.