Зеркало с регулируемой кривизной преимущественно для лазеров Советский патент 1993 года по МПК H01S3/08 G02B3/14 

: Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в резонаторах лазеров в качестве элемента уголкового отражателя, а также в системах транспортировки лазерного излучения.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является уменьшение расходимости отраженного от зеркала лазерного излучения путем снижения его астигматизма, вызванного температурной деформацией.

На фиг.1 показано сечение по зеркалу; на фиг.2 показан вид на зеркало с его тыльной стороны; на фиг.З - вид на зеркало с его тыльной стороны с секционированными выступами; на фиг.4 дано сечение по приводному магнитострикционному цилиндру; на фиг.5 дан вид на зеркало с четырьмя секционированными выступами.

Зеркало с регулируемой кривизной содержит отражательный элемент 1 и связанный с ним герметичный корпус 2, имеющий полость охлаждения тыльной стороны отражателя. Полость может быть выполнена, например, в виде каналов произвольной формы. На тыльной стороже герметичного корпуса выполнены два параллельных краям прямоугольного зеркала выступа 3, между которыми установлены приводные магнитострикционные цилиндры 4 (фиг.1). Если поперечные размеры зеркала достаточно протяженны, количество приводных

00

ю о

4 СО

цилиндров может быть взято больше двух и т.д. (фиг.2,3, 5).

Приводной магнитострикционный цилиндр 4 содержит (фиг.4) магнитострикционный сердечник 5 с двумя фланцами на концах. Между фланцами сердечника 5 размещена катушка 6 управления, выполненная в виде соленоида. Для уменьшения управляющего тока в катушке б путем исключения рассеяния наводимого ею магнит- ного потока введен магнитный экран 7, установленный на фланцах сердечника 5. К двум фланцам сердечника 5 жестко крепятся хвостовики 8, выполненные, например, в виде винтов и служащие для крепления при- водного цилиндра 4 к двум выступам 3. :

В современных мощных лазерах используются большие поперечные относительно оптической оси размеры активной зоны. Резонаторы в таких лазерах для обес- печения проработки всего объема активной среды содержат один или несколько уголковых отражателей, в которых используются плоские прямоугольные охлаждаемые зеркала. Кроме того, в процессе транспорти- ровки мощного лазерного излучения используются различные поворотные зеркала, выполняемые также плоскими охлаж- дземымя и имеющие значительные

апертуры.

Поскольку температура отражательного элемента от лучевой нагрузки с зеркальной стороны всегда выше, чем с тыльной стороны, то это ведет к вспучиванию зеркала, т.е. плоское зеркало с бесконечным радиу- сом кривизны становится выпуклым с каким-то конечным радиусом кривизны. При этом понятие радиуса кривизны здесь используется условно, поскольку характер деформации зеркала плохо аппроксимируется каким-либо радиусом. В результате температурных деформаций плоское зеркало приобретает некоторый астигматизм, существенно ухудшающий расходимость

лазерного излучения.

От вспучивания зеркала не,спасает ни массивное основание герметичного корпуса, ни большое число точек контакта стенок каналов охлаждения с тыльной стороны отражательного элемента, поскольку, как под- черкивалось выше, характер деформации определяется только перепадом температур по толщине и апертуре отражательного элемента. Поэтому отражательный элемент наиболее целесообразно не выполнять очень тонким, от перепада температур это не избавит. Толщина отражательного элемента выбирается такой, чтобы он не вспучивался от давления хладагента. В то же время герметичный корпус с полостью ох0 5

0 5

0

5 0

5

0 5 v

лаждения выполняется по возможности очень тонким. Таким образом, получается довольно тонкое и упругое зеркало, которое уже целиком вместе с герметичным корпусом может деформироваться какими-либо устройствами. На этом принципе и основано предложенное плоское прямоугольное зеркало с регулируемой кривизной, работающее следующим образом.

Степень изменения кривизны зеркала определяется путем измерения расходимости лазерного излучения известными методами. Если обнаружено изменение расходимости, то в катушку б управления приводного магнитострикционного элемента 4 подается постоянный ток любой полярности. При этом в магнитострикционном сердечнике 5 наводится продольное, направленное вдоль его оси магнитное поле, вызывающее в сердечнике эффект Джоуля. Эффект проявляется в изменении длины сердечника. Поскольку температурная деформация плоского зеркала проявляется в его вспучивании, то необходимо внутреннюю охлаждаемую поверхность отражательного элемента, а вместе с ней и герметичный корпус растянуть, что может быть обеспечено при выполнении сердечника 5 из материала с положительным знаком, коэффициента магнитострикции. Величина приращения длины сердечника 5, пропорциональная величине управляющего тока в катушке 6, вызывает расширяющиеся усилия, соответствующие определенному и достаточно линейному изгибу, т.е. изменению кривизны отражающего элемента.

Поскольку температурные деформации отражающего элемента 1 проявляются в двух плоскостях, то наличие одного или нескольких приводных магнитострикционных цилиндров 4 при двух сплошных выступах 3 не обеспечивает изгиб зеркала в плоскости, перпендикулярной плоскости осей цилиндров 4. Поэтому возможно введение двух других выступов со своими приводными цилиндрами (фиг.5).

Этот недостаток частично устраняется при выполнении двух параллельных выступов 3 не сплошными, а секционированными (фиг.З). В этом случае каждый приводной цилиндр 4 производит коррекцию отражающего элемента в пределах зоны действия секции выступа.

При снятии управляющих воздействий с приводных магнитострикционных цилиндров 4 зеркало за счет своих упругих свойств возвращается в исходное плоское состояние, что позволяет вести юстировку резонатора и оптического тракта излучения в отсутствие генерации лазера.

Формула изобретения Зеркало с регулируемой кривизной преимущественно для лазеров, содержащее отражающий элемент и связанный с ним герметичный корпус с полостью охлаждения тыльной стороны отражающего элемента, приводной магнитострикциоиный цилиндр с катушкой управления, отличающееся тем, что в него введены дополнительные магнитострикционные цилиндры с управляющими катушками, при этом

торцы каждого цилиндра снабжены жестко связанными с ними хвостовиками и на тыльной стороне герметичного корпусе выполнены два выступа, параллельные краям

зеркала, между которыми на равных расстояниях друг от друга установлены приводные магнитострикционные цилиндры с хвостовиками, закрепленными о выступах, при этом выступы выполнены еекцмонироаанными и каждая секция снабжена приводным магнитострикционным цилиндром.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в резонаторах лазеров как элемент уголкового отражателя и в системах транспортировок лазерного излучения. Сущность изобретения: достигаемый технический результат заключается в уменьшении расходимости отраженного лазерного излучения путем уменьшения астигматизму зеркала. Зеркало содержит отражающий элемент и связанный с ним герметичный корпус с полостью охлаждения тыльной стороны отражающего элемента, приводной магнитострикционный цилиндр с катушкой управления, дополнительные магнитострикционные цилиндры с управляющими катушками, при этом торцы каждого цилиндра снабжены жестко связанными с ними хвостовиками и на тыльной стороне герметичного корпуса выполнены два выступа, параллельные краям зеркала, между которыми на равных расстояниях друг от друга установлены приводные магнитострикционные цилиндры с хвостовиками, закрепленными в выступах, причем выступы выполнены секционированными и каждая секция снабжена приводным магнитострикционным цилиндром. 5 ил.

и/8 А

-J

-г

-4

Шигг

2

ч ,

ICtOZBl

п Д

в ид 6

J

/

J