Устройство юстировки зеркал резонатора лазера Советский патент 1993 года по МПК H01S3/86 

счет юстировки по максимуму мощности выходного излучения, высокую точност и работает только в небольшом диапазоне угловых разъюстировок зеркал резонатора.

Недостатком данного устройства является то, что при углах разъюстировки, превышающих угловую зону устойчивой генерации, процесс юстировки занимает много времени.

flaибoлee близким по технической сущности к изобретению является устройство автоматической юстировки зеркап оптического резонатора, содержащее резонатор, образованный зеркалами, соединенными с исполнительными элементами, датчик положения оптической оси луча и вычислительное устройство,

Основным недостатком такого устройства является низкая точность юстировки, так как юстировка зеркал производится по отношению к их взаимному расположению, т.е. не учитывается расположение отъюстированной системы зеркал по отношению к геометрической оси резонатора, что ведет к уменьшению выходной мощности излучения лазера,

Целью изобретения является повышение точности юстировки и повышени выходной мощности излучения лазера

Это достигается тем, что в устройство юстировки зеркал оптического резонатора лазера, содержащее резонатор, образованный зеркалами, соединенными с исполнительными элементами, датчик положения оптической оси луча и вычислительное устройство, дополнительно введены отклоняющая система, фотоматрица, блок определения отклонения луча, блок синхронизации, блок коммутации, блок управления, синхродатчик, преобразователь синхроимпульсов, привод вращения зеркала, при этом выход датчика положения оптической оси луча подключен через (Ьотоматрицу к входу блока определения отклонения луча, первый выход которого подсоединен к первому входу блока синхронизации, а второй выход - к второму входу вычислительного устройства, первый выход которого подключен к первому входу блока коммутации а второй выход вычислительного устройства подключен к второму входу блока синхронизации, первый выход которого подключен к

первому входу блока управления, а второй выход подключен к второму входу блока коммутации, первый и второй выходы блока коммутации подключены к входам исполнительных элементов первого и второго зеркала соответственно, при этом одно из зеркал соединено с приводом вращения зеркала, выход которого связан с входом синхродатчика, выход синхродатчика подключен к входу преобразователя синхроимпульсов, первый выхой преобразователя синхроимпульсов подключен к первому входу вычислительного устройства , а второй выход - к второму входу блока управления, выход которого подключен к входу привода вращения зеркала

На фиг,1 и 2 схематически показан процесс юстировки зеркал резонатора лазера; на фиГсЗ - блок-схема устройства юстировки зеркал резонатора лазера о

Устройство юстировки зеркал резонатора лазера содержит резонатор 1, образованный зеркалами 2 и 3, отклоняющую систему 4, выполненную в виде одного полупрозрачного зеркала, систему 5 оптического сопряжения луча с датчиком положения оптической оси луча, датчик положения оптической оси луча-фотоматрицу б, выход которой подключен к входу блока 7 определения отклонения луча, первый выход которого подключен к первому входу блока синхронизации 8, а второй выход - к второму входу вычислительного устройства 9, первый выход которого соединен с первым входом блока коммутации 10, а второй выход вычислительного устройства 9 подключен к второму входу блока синхронизации 8, первый выход которого соединен с первым входом блока управления 11, а второй выход - с вторым входом блока коммутации 10, первый и второй выходы которого подключены к входам исполнительных элементов 12 и 13 зеркал 2 и 3 соответственно, при этом зеркало 2 установлено с возможностью вращения посредством привода вращения l4, выход которого связан с входом синхродатчика 15, выход синхродатчика 15 подключен к входу преобразователя синхроимпульсов 16, первый выход которого подключен к первому входу вычислительного устройства 9, а вращения 1 зеркала 2, а вычислител ное устройство 9 производит новый цикл вычислений формул (l), (2), (3), ()о Процесс юстировки зеркала 2 заканчивается при выполнении следующи условий: Макс . - J где - заданная точность системы, определяемая шагом фотоматрицы и конструкцией резонатораВ этом случае с выхода 29 вычислительного устройства 9 поступает сигнал на вход 30 блока синхронизации 8. С выхода 20 блока синхрониза ции 8 поступает сигнал на вход 31 блока коммутации 10, переключающий блок коммутации 10 в такое положение, при котором выход 21 вычислительного устройства 9 оказывается соединенным с исполнительным элемен том 13 зеркала Зо С выхода 18 блока синхронизации 8 поступает сигнал на вход 19 блока управления 11, отключающий привод вращения 1 зеркала 2. Одновременно вычислительное устройство 9 производит определение координат а;: ячейки фотоматрицы 6, которой соответствует оптическая ос луча Координаты этой ячейки характеризуют величину и знак разъюстиро ки зеркала 3 Сигнал, пропорциональ ный величине и знаку разъюстировки зеркала 3, поступает с выхода 21 вы числительного устройства 9 через бл коммутации 10 на вход исполнительно го элемента 13 зеркала 3, который переводит зеркало 3 в положение, со ответствующее уменьшению величины Да ; и Ла;, Ла; а; где - координаты ячейки фотоматрицы, соответствующей поло жению луча, совпадающего с геометрической осью резона тора о Процесс юстировки зеркала 3 зака чивается при выполнении следующих условий Да; б Да- 6 Технико-экономическая эффективность от использования изобретения оценивалась по сравнению с базовым объектом, в качестве которого было выбрано устройство автоматической юстировки зеркал оптического резонатора. Выбор базового объекта основан полностью с предлагаемым устройством в отношении некоторых функциональных элементов о Вместе с тем базовый объект обладает существенными недостатками, отсутствующими у предлагаемого устройства о Юстировка зеркал базового объекта позволяет направить луч лазера в направлении геометрической оси резонатора. Однако в общем случае это может привести к уменьшению выходной мощности излучения лазера, так как зеркала будут отъюстированы относительно лруг друга, а не относительно геометрической оси резонатора„ Точность юстирования, как максимизация выходной мощности излучения лазера, в этом случае будет низка. Изобретение позволяет юстировать каждое из.зеркал по отношению к геометрической оси резонатора последовательно во времени, что исключает возможность их юстирования относительно друг друга с Таким образом, неопределенность в том, как отъюстированы зеркала (по отношению друг к другу или по отношению к геометрической оси резонатора), в этом случае отсутствует. Это позволяет максимально использовать выходную мощность лазера с одновременным совмещением оптической оси луча с геометрической осью резонатора Достоверность повышения точности можно подтвердить следующим расчетом Учитывая, что основную погрешность в процесс юстирования предлагаемого устройства вносит шаг фотоматрицы и приняв расстояние от выходного зеркала до фотоматрицы равным 1, можно получить выражение для минимальной величины углового смещения оси лазерного луча fJ от геометрической оси резонатора, при которой происходит юстировка зеркал (см фиг„ 2) 06 arc tg (11) Для типовых значений 25-Ю м и ,5 м имеем 5 второй выход преобразователя синхроимпульсов 1б подключен к второму входу блока управления 11, выход ко торого подсоединен к входу привода вращения Устройство работает следующим об разом. При разъюстировке зеркал, например вследствие термического воздействия излучения, луч после частичного отражения в отклоняющей систем t, выполненной в виде одного полупрозрачного зеркала, и последующего прохождения через систему 5 оптичес кого сопряжения луча с датчиком положения оптической оси луча, попадает на фотоматрицу 6 Сигнал с фотоматрицы б поступает на вход блока 7определения отклонения луча, с выхода которого сигнал, несущий информацию о разъюстировке зеркал, но без оценки ее величины поступает на вход 17 блока синхронизации 8, При этом с выхода 18 блока синхронизации 8поступает сигнал на вход 19 блока управления 11, включающий привод вра щения 1 зеркала 2, а с выхода 20 блока синхронизации 8 поступает сигнал, по управляющему входу, переключающий блок коммутации 10 в такое положение, при котором выход 21 вычислительного устройства 9 оказывается соединенным с исполнительным элементом 12 зеркала 2, Величину разъсстировки зеркал резонатора лазе ра определяют по траектории движения пятна лазерного луча по плоскости фотоматрицы 6. Процесс юстировки происходит следующим образом Сигналы с каждой ячейки фотоматрицы б считываются блоком 7 определения отклонения луча и с его выхода 22 поступают на вход 23 вычислительного устройства 9. В процессе вращения зеркала 2 траектория движения пятна луча будет проходить через множество пар ячеек фотоматрицы принадлежащих или одной и той же строке или одному и тому же столбцу. Например ячейки и bj-p J.jte (см. фиг. 1)., Вычислительное устройство 9 производит формирование двух массивов значений по следующим формулам 3 i,i + k J в i.j + e - a;,j-p 5t6 где i - номер столбца; j - номер строки; Р целые числа, удовлетворяющие условиям: О п i, О К m - i О 1 m j О р j m число ячеек в стуолбце, равное числу ячеек в строке. Затем вычислительное устройство 9 определяет максимальное значение макс РЛЛДКС величин, принадлежащих массивам {д} и в| соответственно:А макс {А (3) ВМС.КС При этом величина и знак выражения (З) несут информацию об величине и знаке разъюстировки зеркала 2 по оси Y, а величина и знак выражения (k несут информацию о величине и знаке разъюстировки зеркала 2 по оси Х„ В момент совершения зеркалом 2 полного оборота синхродатчик 15 формирует сигнал, который поступает на вход преобразователя синхроимпульсов 1б. Сигнал с выхода 24 преобразователя синхроимпульсов 1б поступает на вход 25 вычислительного устройства 9. Сигнал с выхода 21 вычислительного устройства 9, несуи ий информацию о величине и знаке разъюстировки, через вход 2б блока коммутации 10 поступает на исполнительный элемент 12 зеркала 2. Одновременно с выхода 27 преобразователя синхроимпульсов 1б поступает сигнал на вход 28 блока управления 11, выключающий привод вращения l4 зеркала 2.. Время действия запрещающего сигнала на выходе 2 преобразователя синхроимпульсов 1б определяется временем юстировки зеркала 2 сигналом с выхода 21 вычислительного устройства 9. Исполнительный элемент переводит зеркало 2 в положение, соответствующее уменьшению величин А vakc и .ч определяемых формулами (3) и С). По окончании действия запрещающего сигнала на выходе преобразователя синхроимпульсов 1б включается привод . „, ,, . З,. Полученная превосходит ве (2§. 0,000951 тировки только одного зеркала. Повывеличина в 1,2-1,4 раза 5 личину, полученную со104735 °о ответствующим образом для си . юсшение точности на такую величину соответствует повышению мощности излучения на 18-20.,

УСТРОЙСТВО ЮСТИРОВКИ чЯЕРКАЛ РЕЗОНАТОРА ЛАЗЕРА, содержащее резонатор, образованный зеркалами, соединенными с исполнительными элементами, датчик положения оптической оси луча, вычислительное устройство, отличающееся тем, что, с целью повышения точности юстировки и повышения выходной мощности излучения, в устройство введены отклоняющая система, фотоматрица, блок определения отклонения луча, блок синхронизации, блок коммутации, блок управления, синхродатчик, преобразователь синхроимпульсов, привод вращения зер.кала, при этом выход датчика положения оптической оси луча подключен Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при создании систем управления неустойчивыми резонаторами лазеров. Известно устройство, содержащее резонатор, образованный зеркалами. через фотоматрицу к входу блока определения отклонения луча, первый выход которого подсоединен к первому входу блока синхронизации, а второй выход - к второму входу вычислительного устройства, первый выход которого подключен к первому входу блока коммутации, а второй выход вычислительного устройства подключен к второму входу блока синхронизации, первый выход которого подключен к первому входу блока управления, а второй выход подключен к второму входу блока коммутации, первый и второй выходы блока коммутации подключены к входам исполнительных элементов первого и второго зеркала соответственно, при этом одно (Л из зеркал соединено с приводом врас щения зеркала, выход которого связан с входом синхродатчика, выход синхродатчика подключен к входу преобразователя синхроимпульсов, первый выход преобразователя синхроимпульсов подключен к первому входу вычислио VI тельного устройства, а второй выход - к второму входу блока управления, выход которого подключен к входу СА) СЛ ib. привода вращения зеркала приемник выходного излучения, блок управления, вход которого соединен с выходом приемника излучения, а выход - с исполнительными механизмами перемещения и наклона зеркал резонатора Данное устройство обеспечивает автоматическую юстировку зеркал за

t/e /ffff /p(/77 /yCf/77/ & 6 ff(fff 0l/.f /7/rffCAffC/77A фС/77С / /77/ог/г б/Т. § 1111 ||