СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РАЗРЯДНОЙ ТРУБКИ ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА С ВЧ-ВОЗБУЖДЕНИЕМ Советский патент 1996 года по МПК H01S3/03 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при производстве газовых лазеров с высокочастотным возбуждением.

Известен способ изготовления газового лазера с ВЧ-возбуждением, заключающийся в формировании разрядной структуры, размещении внутри цилиндрической оболочки и закреплении ее по всей длине с помощью вкладыша, выполненного из тонкого пружинистого материала.

Недостатком такого способа изготовления является низкая устойчивость лазера к механическим воздействиям, так как при воздействии в поперечном направлении механических нагрузок, например, ударов многократного действия, разрядная структура, состоящая из ВЧ-электрода и двух массивных керамических блоков, висящих на тонкостенном пружинистом вкладыше, будет смещаться относительно оптической оси лазера. Поэтому, в зависимости от длительности импульса ускорения и его амплитуды, в мощности излучения лазера будут наблюдаться провалы, величина которых будет зависеть от длительности и ускорения механического воздействия. Кроме того, при воздействии ударных нагрузок возможно распыление материалов, образующих разрядную структуру за счет микроперемещений элементов разрядной структуры относительно друг друга и оболочки. Это приводит к снижению мощности излучения.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления СО₂ лазера с ВЧ-возбуждением, заключающийся в формировании разрядной структуры, размещении и закреплении ее по всей длине внутри упругой цилиндрической оболочки. Перед размещением структуры оболочку упруго деформируют с помощью протяженных тисков. Затем располагают структуру в деформированной оболочке между двумя внутренними кронштейнами, составляющими единое целое с оболочкой, и после этого снимают упругую деформацию с оболочки (разводя тиски). Благодаря упругим свойствам оболочки кронштейны сжимают разрядную структуру, придавая жесткость конструкции.

Недостатком известного способа является низкая устойчивость к механическим воздействиям. Это объясняется следующим. Воздействие механических нагрузок вызывает появление инерционных усилий во внутренних упругих кронштейнах (сжимающих разрядную структуру определенной массы) и их относительные колебания (инерционные колебания). Особенно очевидно возникновение инерционных колебаний при воздействии жестких механических нагрузок в поперечной плоскости лазера. Наличие инерционных колебаний разрядной структуры относительно оптического резонатора приводит к возникновению модуляции мощности излучения лазера, глубина которой в зависимости от длительности и ускорения механических воздействий может достигать значительных величин. Кроме того, поскольку известный способ изготовления предполагает наличие в конструкции упругих материалов (оболочка, кронштейны), то такая конструкция имеет широкий спектр собственных частот колебаний и при воздействии на лазер, например синусоидальной вибрации в широком диапазоне частот возникают опасные резонансные зоны вибрации, которые могут привести к разрушению конструкции.

Целью изобретения является повышение устойчивости к механическим воздействиям.

На фиг. 1-7 представлены этапы изготовления разрядной трубки.

Разрядную структуру с двумя каналами 1, 2 формируют путем жесткого механического соединения двух керамических блоков 3, 4 и центрального ВЧ электрода 5 (фиг. 1).

После этого структуру помещают между двумя вкладышами 6, 7, выполненными в виде сегментов (фиг. 2). Далее структуру с вкладышами размещают с зазором Δ h в оболочке 8 (фиг. 3). Производят пластическую деформацию оболочки и вкладышей путем поперечной обкатки тремя роликами за один проход при вращении оболочки со структурой (фиг. 4, 5).

После проведения пластической деформации (фиг. 6) внешняя и внутренняя поверхности оболочки становятся овальными. Далее следует токарная обработка и внешняя овальная поверхность оболочки становится снова цилиндрической (фиг. 7). После этого, в зависимости от назначения лазера, припаиваются к оболочке фланцы с оптическими зеркалами, либо оболочка (с закрепленной структурой) вставляется по плотной посадке в цилиндрический корпус, выполненный из конструкционного сплава (ковар, инвар, суперинвар) и уже к этому корпусу привариваются фланцы с оптическими элементами.

Материал оболочки и вкладышей должен обладать необходимыми для пластической деформации механическими свойствами, а также определенными конструкционными характеристиками. В этой связи наиболее приемлемым материалом является алюминий и его сплавы.

Количество роликов три выбрано из расчета равномерного обжатия роликами оболочки со структурой в процессе поперечной обкатки. При обкатке одним роликом оболочка начинает изгибаться, что приводит к неравномерности обжатия разрядной структуры по длине. При обкатке четырьмя и более роликами значительно усложняется оснастка, несущая ролики, повышается требование к точности первоначальной установки роликов, ухудшается равномерность обжатия разрядной структуры.

Геометрическая форма роликов выбрана из расчета малой жесткости обкатываемых материалов и необходимостью произвести пластическую деформацию вкладышей (фиг. 5). Для этого выбран малый радиус закругления роликов, который составляет 1 мм.

Выбор глубины внедрения роликов в оболочку l Δ h/2 + θ, где θ технологический припуск, не превышающий 0,2 мм, обусловлен устранением зазора Δ h, необходимостью деформации цилиндрической поверхности вкладышей и получения из внутренней цилиндрической поверхности оболочки овальной поверхности. Этим обусловлено введение в выражение Δ h/2 + +θ технологического припуска θ. Овальная поверхность (при наличии θ) получается в момент прохождения роликами боковых участков (фиг. 4). В этот момент, не встречая сопротивления со стороны структуры и вкладышей, ролики деформируют эти участки оболочки (фиг. 6). При увеличении значения θ > 0,2 мм течение металла увеличивается в продольном направлении, уменьшается толщина стенки оболочки, значительно увеличивается овализация, что приводит к невозможности получения цилиндрической поверхности оболочки после токарной обработки (фиг. 7).

Зазор Δ h, являющийся разностью между внутренним диаметром оболочки и максимальным поперечным размером разрядной структуры, должен быть равен 0,05-0,4 мм.

Наиболее эффектно закрепление разрядной структуры происходит за один проход. Увеличение числа проходов не улучшает качество закрепления структуры, а наоборот может привести к достижению обратного эффекта: не утяжки, а раскатки оболочки, т. е. появления снова зазора между внутренним диаметром оболочки и максимальным поперечным размером разрядной структуры с вкладышами.

Выбор величины подачи роликов обусловлен необходимостью получения рифленого вида внутренней поверхности оболочки и цилиндрической поверхности вкладышей (фиг. 5). Исходя из этого, величина подачи роликов составляет 2 мм/об.

Толщина стенки оболочки играет существенную роль для качественного закрепления разрядной структуры. Эксперимен- тально установлено, что оптимальная толщина стенки оболочки должна составлять 1,8-2,0 мм.

Таким образом, способ изготовления разрядной трубки позволяет исключить в конструкции лазера элементы крепления, обладающие упругими свойствами, а, следовательно, исключаются инерционные колебания при воздействии жестких механических нагрузок. Кроме того, у изготовленной по такому способу конструкции будут исключены и собственные колебания, соответственно будут отсутствовать и зоны резонансных колебаний при воздействии вибрационных нагрузок в широком диапазоне частот. Это позволит создать класс приборов, способных работать в экстремальных условиях при воздействии жестких механических нагрузок.

Использование: при изготовлении газовых лазеров с ВЧ-возбуждением. Сущность изобретения: сборку разрядной структуры осуществляют из блоков, два из которых, являющиеся электродами, выполнены из материала на основе алюминия. Разрядную структуру размещают внутри цилиндрической оболочки из алюминиевого сплава с определенным зазором. Затем закрепляют путем пластической деформации оболочки и электродов, выполненных с поперечным сечением в форме сегментов круга. Пластическую деформацию осуществляют поперечной обкаткой тремя роликами за один проход при вращении оболочки. После этого производят токарную обработку оболочки до получения цилиндрической поверхности. 7 ил.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РАЗРЯДНОЙ ТРУБКИ ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА С ВЧ-ВОЗБУЖДЕНИЕМ, включающий сборку разрядной структуры из блоков, два из которых, являющиеся электродами, выполнены из материала на основе алюминия, размещение и закрепление разрядной структуры внутри цилиндрической оболочки из алюминиевого сплава, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости к механическим воздействиям, разрядную структуру размещают внутри оболочки так, что разность Δh между внутренним диаметром оболочки и максимальным поперечным размером разрядной структуры равна 0,05 0,4 мм, и закрепляют путем пластической деформации оболочки и электродов, выполненных с поперечным сечением в форме сегментов круга, осуществляемой поперечной обкаткой тремя роликами за один проход при вращении оболочки, причем глубину l внедрения роликов в оболочку устанавливают равной
l=Δh/2+θ,
где θ технологический припуск, не превышающий 0,2 мм,
после чего производят токарную обработку внешней поверхности оболочки до получения цилиндрической поверхности.