МОНОБЛОЧНЫЙ ДИФФУЗНЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ Советский патент 1994 года по МПК H01S3/02 

Изобретение относится к технике твердотельных лазеров, в частности к осветительным системам устройств накачки.

Известен диффузный отражатель устройства накачки, выполненный в виде кварцевого моноблока с отражающим слоем из аморфной двуокиси кремния и герметизирующим слоем из плавленой двуокиси кремния.

Недостатком известного отражателя является низкая механическая прочность герметизирущего слоя, что затрудняет закрепление отражателя в лазерной головке.

Наиболее близким к изобретению из числа технических решений, лишенных недостатков известного, является моноблочный диффузный отражатель (МДО), содержащий кварцевый моноблок с диффузноотражающим и герметизирующим слоем из двуокиси кремния на боковой поверхности, центрирующие шайбы из металла, расположенные на торцах указанного моноблока, и склеивающий слой, фиксирующий шайбы на торцах, выполненный на основе эпоксидного клея ПБИ-1. Недостатком прототипа является недостаточная вибростойкость клеевого соединения, приводящая в реальных условиях работы лазера к разрушению этого соединения и разъюстировке устройства накачки, т. е. к практической неработоспособности лазера.

Целью изобретения является повышение вибростойкости МДО.

Поставленная цель достигается тем, что в моноблочном диффузном отражателе устройства накачки твердотельного лазера, содержащем моноблок и центрирующие шайбы из металла, закрепленные на торцах моноблока клеящим слоем, указанный слой выполнен на основе композиции, включающей в качестве связующего продукт реакции полиприсоединения полиоргановилинсилоксанового каучука и олигоорганогидрисилоксана, содержащий 5-15 мол. % γ-трифторпропилсилоксизвеньев в основной силоксановой цепи, и двуокись циркония в качестве наполнителя.

Отличительными признаками изобретения в сравнении с прототипом являются материал и состав клеящего слоя. В отличие от прототипа клеевой слой устройство накачки в условиях работы выдерживает виброускорения более 5g (g = 9,81 м/с²) при частотах более 2000 Гц и амплитудах до 0,5 мм и более, особенно в случаях, когда ускорение направлено под углом к оси моноблока.

На чертеже представлена схема отражателя согласно изобретению. Здесь: 1 - моноблок, 2 - центрирующие металлические шайбы; 3 - склеивающий слой.

Для изготовления отражателя согласно изобретению вначале составляют исходную клеящую композицию. Для этого взвешивают расчетное количество кремнийорганического компаунда, содержащего заявленное количество γ-трифторпропилсилоксизвеньев, вводят в него соответствующее количество двуокиси циркония (наполнитель) и тщательно перемешивают в течение 1-2 с в шаровой мельнице. Затем добавляют платиновый катализатор в количестве 0,0005-0,005 мас. % (по платине) от общей массы композиции и перемешивают еще 15-20 мин. Жизнеспособность подготовленной таким образом композиции при хранении в холодильнике составляет 6-12 ч в зависимости от температуры хранения.

Перед нанесением клея торцы моноблока и внутренние (приклеиваемые) поверхности шайб обезжиривают толуолом (изопропиловым спиртом, ацетоном, бензином). С помощью кисточки или лопатки на периферию торцов моноблока и внутреннюю поверхность шайб наносят слой клея толщиной не более 0,5 мм и надевают шайбу на торец моноблока. Затем переворачивают моноблок с шайбой на 180^о и повторяют операцию со второй шайбой и вторым торцом. Закрепляют моноблок с шайбами в юстировочном устройстве и нагревают в термостате до 100^оС, выдерживая при этой температуре 40-50 мин. При остывании моноблок с шайбами вынимают, устанавливают вертикально и кистью или лопаточкой заполняют канавку между бортиком нижней шайбы и боковой поверхностью моноблока. Помещают моноблок в термостат и выдерживают 25-30 мин при 100^оС. По остывании операцию повторяют со второй шайбой. После этого моноблок устанавливают в термостат, выдерживают 25-30 мин при 100^оС, затем поднимают температуру до 250^оС и выдерживают еще 3 ч. В процессе предварительной и окончательной термообработок между компонентами связки происходит реакция полиприсоединения. Если юстировочное устройство позволяет, операции заливки канавок можно проводить, не вынимая моноблок из устройства.

Моноблок работает следующим образом.

В осветительной головке устройства накачки лазера с помощью центрирующих шайб юстируется и закрепляется МДО так, чтобы ось посадочного отверстия активного элемента (АЭ) совпадала с оптической осью лазера. Затем в указанное отверстие вставляют АЭ, а в отверстие для лампы - лампу. Герметизируют головку, подключают питание лампы, включают прокачку хладагента (давление 2,5 атм) и на лампу подают напряжение.

П р и м е р 1. Кварцевый МДО диаметром 32 мм, длиной 82 мм с центрирующими шайбами из титана. Клеевой слой включает связующее - продукт реакции полиприсоединения каучука и олигомера, содержащий 10 мол. % γ-трифторпропилсилоксизвеньев (ГТФПЗ) в основной цепи; наполнитель - двуокись циркония. Связующего - 70 мас. % , наполнитель - 30 мас. % .

МДО выдерживает 250 5-минутных циклов виброускорения с параметрами: частота 2200 Гц, ускорение 8g, амплитуда 0,7 мм, направленных перпендикулярно оси отражателя, без изменения функциональных параметров лазера.

П р и м е р 2. Кварцевый МДО диаметром 22 мм, длиной 60 мм с центрирующими шайбами из сплава "Ковар". Связующее клеевого слоя содержит 5 мол. % ГТФПСЗ. Содержание связующего - 50 мас. % , наполнителя - 50 мас. % . После 250 5-минутных циклов виброускорений с частотой 2700 Гц, ускорением 6g и амплитудой 0,6 мм, направленных параллельно оси отражателя, параметры лазера не изменяются.

П р и м е р 3. Кварцевый МДО диаметром 40 мм, длиной 80 мм с центрирующими шайбами из титана. Связующее содержит 15 мол. % ГТФПСЗ. Содержание связующего - 30 мас. % , наполнителя - 70 мас. % . После 250 5-минутных циклов виброускорений с частотой 2500 Гц, ускорением 7g и амплитудой 0,5 мм, направленных под углом 45^о к оси отражателя, параметры лазера не меняются.

Клеевой слой отражателя согласно изобретению выдерживает реальные условия работы лазера в течение 10 лет (ускоренные испытания) в среде агрессивных теплоносителей при многократном термоциклировании от -60^оС до +85^оС при мощностях накачки до 2,5 кВт. Отражатель не теряет работоспособности при виброускорениях с частотой более 2000 Гц, ускорениях более 5g и амплитудами более 0,5 мм, направленных под любым углом к оси МДО. В этих же условиях прототип выходит из строя и приводит к отказу лазера уже через несколько часов контакта с хладагентом или 10-20 циклов виброускорений. (56) Авторское свидетельство СССР N 438320, кл. F 21 V 7/22, 1972.

Отражатель с оправами АЖ5.954.020. СБ Сборочный чертеж.

Использование: квантовая электроника, моноблочные диффузные отражатели систем накачки твердотельных лазеров. Сущность изобретения: моноблочный диффузный отражатель устройства накачки твердотельного лазера содержит моноблок, центрирующие шайбы из металла, закрепленные на торцах моноблока клеящим слоем. Клеящий слой выполнен на основе композиции, включающей в качестве связующего продукт реакции полиприсоединения полиоргановинилсилоксанового каучука и олигоорганогидридсилоксана, содержащий 5 - 15 мол. % γ -трифторпропилсилоксизвеньев в основной силоксановой цепи и двуокись циркония в качестве наполнителя при следующем соотношении ингредиентов: наполнитель 30 - 70, связующее - остальное. 1 ил.

МОНОБЛОЧНЫЙ ДИФФУЗНЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ устройства накачки твердотельного лазера, содержащий моноблок и центрирующие шайбы из металла, закрепленные на торцах моноблока клеящим слоем, отличающийся тем, что, с целью повышения вибростойкости, клеющий слой выполнен на основе композиции, включающей в качестве связующего продукт реакции полиприсоединения полиоргановинилсилоксанового каучука и олигоорганогидридсилоксана, содержащий 5 - 15 мол. % γ-трифторпропилсилоксизвеньев в основной силоксановой цепи, и двуокись циркония в качестве наполнителя при следующем соотношении ингредиентов, мас. % :
Двуокись циркония 30 - 70
Продукт реакции полиприсоединения полиоргановинилсилокса
нового каучука и олигоорганогидридсилоксана Остальное