Газовый лазер
Газовый лазер, содержащий размещенные в оболочке активного элемента разрядный капилляр с электродами и зеркала резонатора, одно из которых закреплено на пьезокорректоре, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности частоты и мощности излучения, а также ресурса работы, пьезокорректор размещен в камере, герметично соединенной с торцом оболочки активного элемента, и одной своей стороной закреплен на его внешней поверхности, на противоположной стороне пьезокорректора закреплены кольцо и диэлектрическая втулка, установленная с возможностью перемещения в осевом направлении в отверстии, выполненном в торце оболочки активного элемента аксиально разрядному капилляру, основание втулки соединено с зеркалом резонатора и через сильфон - с внутренней поверхностью торца оболочки активного элемента, объем, заключенный между сильфоном и втулкой, сообщен с объемом камеры пьезокорректора, при этом камера пьезокорректора заполнена рабочей газовой смесью до давления, равного давлению газового наполнения в активном элементе.
Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при создании лазеров со стабильными выходными параметрами излучения. Известен частотно-стабилизированный газовый лазер, содержащий активный элемент с электродами, разрядным капилляром и внутренними зеркалами. Зеркала монтируются на стенках анодной и катодной камер. Катод подогревный, анод состоит из двойных металлических цилиндров и металлического сильфона. Три цилиндрических пьезоэлектрических элемента размещены вне рабочего объема газовой смеси и через изоляторы крепятся к двойным металлическим цилиндрам анода. Недостатком известного газового лазера является нестабильность частоты и мощности излучения, вызванная гистерезисными явлениями пьезокорректора, обусловленными перепадом давлений с внешней и внутренней сторон сильфона, соединенного с пьезокорректором. К нестабильности частоты и мощности излучения приводят также возможные перекосы сильфона и неравенство усилий, прикладываемых к сильфону в различных точках его периметра, так как сильфон служит для подстройки оптической длины резонатора и одновременно для юстировки лазера. Кроме того, из-за неточности изготовления и соединения двойных металлических цилиндров с сильфоном возможен излом пьезокорректора в процессе работы и при юстировке прибора, что снижает средний ресурс газового лазера. Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является газовый лазер, содержащий размещенные в оболочке активного элемента разрядный капилляр с электродами и зеркала резонатора, одно из которых с помощью нагрузочной пружины прижато к пьезокорректору, выполненному в виде кольцевого пьезоэлектрического диска. Недостатком этого газового лазера является нестабильность частоты и мощности излучения, во-первых, из-за пружины, воздействующей на пьезокорректор и приводящей к различию в скорости перемещения конца пьезокорректора, контактирующего с зеркалом, при сжатии и удлинении его (возникает гистерезис) и связанному с ним обогащению спектрального состава выходного излучения стабилизируемого лазера как высокочастотными, так и низкочастотными гармониками. Во-вторых, нестабильность выходных параметров излучения связана с тем, что в процессе работы газового лазера может наблюдаться сильное газоотделение из пьезокорректора и загрязнение рабочей смеси, что приводит к изменению параметров усиливающей рабочей смеси (изменению коэффициента усиления, показателя преломления и др.), к изменению параметров зеркал (изменению коэффициента отражения, коэффициента рассеяния и др.), что влечет за собой изменение спектрального состава излучения и возможные его флуктуации, связанные с эффектами конкуренции. Кроме того, газоотделение из пьезокорректора снижает средний ресурс работы газового лазера. Целью изобретения является повышение стабильности частоты и мощности излучения, а также ресурса работы лазера. Цель достигается тем, что в газовом лазере, содержащем размещенные в оболочке активного элемента разрядный капилляр с электродами и зеркала резонатора, одно из которых закреплено на пьезокорректоре, последний размещен в камере, герметично соединенной с торцом оболочки активного элемента, и одной своей стороной закреплен на его внешней поверхности, на противоположной стороне пьезокорректора закреплены кольцо и диэлектрическая втулка, установленная с возможностью перемещения в осевом направлении в отверстии, выполненном в торце оболочки активного элемента аксиально разрядному капилляру, основание втулки соединено с зеркалом резонатора и через сильфон с внутренней поверхностью торца оболочки активного элемента. Объем, заключенный между сильфоном и втулкой, сообщен с объемом камеры пьезокорректора, при этом камера пьезокорректора заполнена рабочей газовой смесью до давления, равного давлению газового наполнения в активном элементе. На чертеже изображен общий вид газового лазера в разрезе. Газовый лазер содержит разрядный капилляр 1 с электродами 2,3,4, установленный в корпусе резонатора 5 с помощью цилиндрических втулок 6. Соосно с капилляром против его торцов размещены внутренние зеркала 7,8 резонатора, одно из которых связано с пьезокорректором 9. Пьезокорректор размещен в камере 10, герметично соединенной с торцом оболочки 11 активного элемента и закреплен на внешней поверхности торца. На противоположной стороне пьезокорректора закреплено кольцо 12 и диэлектрическая втулка 13, установленная с возможностью перемещения в отверстии 14, выполненном в торце оболочки активного элемента аксиально его разрядному капилляру. Основание диэлектрической втулки соединено с зеркалом 8 и через сильфон 15 с внутренней поверхностью торца оболочки активного элемента, изготовленной из материала с малым коэффициентом линейного расширения. При этом торцевые части активного элемента являются юстировочными фланцами, опирающимися на корпус резонатора 5, который выполнен в виде цилиндра из материала с малым коэффициентом линейного расширения. Объем 16, заключенный между сильфоном и втулкой, сообщается с объемом камеры 17 пьезокорректора. Давление газового наполнения в камере пьезокорректора равно давлению газового наполнения в активном элементе. Подвижная связь через сильфон 18 между разрядным капилляром и оболочкой активного элемента позволяет производить юстировку оптических элементов и предотвращает излом разрядного капилляра. Устройство работает следующим образом. При подаче напряжения на электроды 2,3,4 активного элемента возникает разряд в рабочей смеси между электродами, который сопровождается возникновением излучения. Внутри резонатора распространяется электромагнитное поле, частота и интенсивность которого может изменяться во времени в зависимости от многих факторов. Одним из основных факторов, влияющих на нестабильность частоты и мощности излучения, является изменение оптической длины резонатора (nL, где n показатель преломления, L расстояние между зеркалами). Для стабилизации частоты и мощности выходного излучения служит пьезокорректор, с помощью которого производится подстройка оптической длины резонатора перемещением зеркала резонатора. Способы стабилизации могут быть различными (по Лэмбовскому провалу, с использованием эффектов Зеемана и Штарка и т.д.). Для изменения длины резонатора к пьезокорректору 9 прикладывается электрическое напряжение. При этом пьезокорректор, опираясь на внешнюю поверхность торца оболочки 11, своей противоположной стороной (при удлинении или сжатии) ведет за собой в осевом направлении закрепленные на нем кольцо 12 и диэлектрическую втулку 13 через отверстие 14, выполненное в торце оболочки 11 активного элемента аксиально его разрядному капилляру 1. Одновременно с втулкой перемещается зеркало 7, размещенное на конце диэлектрической втулки 13 со стороны капилляра 1. Такое перемещение втулки с зеркалом с одновременным обеспечением вакуумной изоляции возможно благодаря соединению конца втулки с зеркалом через сильфон 15 с внутренней поверхностью торца оболочки 11 активного элемента. Благодаря такой связи элементов пьезокорректор располагается вне активной среди лазера, что исключает возможность загрязнения рабочей смеси и, следовательно, снижает нестабильность частоты и мощности излучения, повышает средний ресурс частотно-стабилизированного газового лазера. Благодаря тому, что пьезокорректор размещен в камере 17, герметично соединенной с торцом оболочки 11 активного элемента, обеспечивается равенство давлений газового наполнения в активном элементе и в камере, устраняется нестабильность частоты и мощности излучения, вызванная гистерезисными явлениями пьезокорректора, обусловленными перепадом давлений с внешней и внутренней сторон сильфона, соединенного с пьезокорректором. Благодаря тому, что зеркало жестко соединено с пьезокорректором через диэлектрическую втулку, исключается необходимость прижима зеркала с помощью каких-либо прижимных устройств (в частности пружины), что устраняет воздействие усилия пружины на пьезокорректор, следовательно, устраняется гистерезис пьезокорректора, возникающий из-за этого воздействия, повышается стабильность частоты и мощности излучения газового лазера. Предложенная конструкция из-за наличия сильфонов 18 более технологична, так как не требует высоких точностей при изготовлении деталей и позволяет производить подъюстировку лазера после технологической обработки, при этом не происходит разрушение пьезокорректора, что также повышает процент выхода годных изделий. Кроме того, из-за соединения зеркал 8 с пьезокорректором через диэлектрическую втулку 13 (при выполнении торца оболочки активного элемента из диэлектрического материала) данная конструкция позволяет использовать схему поджига разряда в активном элементе с подачей высоких потенциалов на электроды 2,4, расположенные вблизи зеркал 7,8 без опасности их пробоя, что повышает стабильность частоты и мощности излучения и средний ресурс лазера. Изобретение может найти применение при создании стабильных одночастотных, двухчастотных лазеров, а также в волноводных лазерах с внутренней оптикой.
Формула изобретения
Газовый лазер, содержащий размещенные в оболочке активного элемента разрядный капилляр с электродами и зеркала резонатора, одно из которых закреплено на пьезокорректоре, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности частоты и мощности излучения, а также ресурса работы, пьезокорректор размещен в камере, герметично соединенной с торцом оболочки активного элемента, и одной своей стороной закреплен на его внешней поверхности, на противоположной стороне пьезокорректора закреплены кольцо и диэлектрическая втулка, установленная с возможностью перемещения в осевом направлении в отверстии, выполненном в торце оболочки активного элемента аксиально разрядному капилляру, основание втулки соединено с зеркалом резонатора и через сильфон с внутренней поверхностью торца оболочки активного элемента, объем, заключенный между сильфоном и втулкой, сообщен с объемом камеры пьезокорректора, при этом камера пьезокорректора заполнена рабочей газовой смесью до давления, равного давлению газового наполнения в активном элементе.РИСУНКИ
Рисунок 1MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Номер и год публикации бюллетеня: 36-2000
Извещение опубликовано: 27.12.2000
