Устройство для автоматической юстировки лазера с неустойчивым резонатором

 

Изобретение относится к кантовой электронике и может быть использовано в конструкциях мощных лазеров импульсно-периодического действия. Сущность: устройство содержит глухое и полупрозрачное зеркала неустойчивого резонатора, юстировочный лазер, две пары фотоприемников, юстировочные узлы для угловых перемещений глухого зеркала, блок формирования управляющего сигнала, пропорционального величине разъюстировки резонатора, и блок защиты юстировочного лазера и фотоприемников от воздействия основного излучения. При этом блок защиты выполнен в виде, по крайней мере, четырех шторок, установленных напротив апертуры фотоприемников и равномерно расположенных по окружности зубчатого колеса с внутренним зацеплением, и аналогично размещенных напротив апертуры юстировочного лазера четырех шторок, установленных по окружности шестерни с числом зубьев, в четыре раза меньшим числа зубьев колеса. При этом шестерня кинематически связана с колесом и валом электродвигателя. Технический результат: повышение надежности защиты юстировочного лазера и фотоприемников от воздействия основного излучения лазера. 4 ил.

Изобретение относится к области квантовой электроники, а более конкретно к устройствам для автоматической юстировки лазеров с неустойчивыми резонаторами, и может быть использовано преимущественно в конструкциях мощных лазеров импульсно-периодического действия.

Известны лазеры с автоматической юстировкой (патент США № 3579140 от 18.05.1971 г.), основанной на зависимости симметрии распределения излучения, генерируемого самим лазером, от величины разъюстировки резонатора.

Для рассматриваемого класса лазеров с поперечным относительно оси резонатора направлением движения активной среды этот метод не применим в связи с тем, что, во-первых, в таких лазерах даже при идеально отъюстированном резонаторе распределение излучения в плоскости зеркал не обладает аксиальной симметрией, а, во-вторых, при высоких плотностях энергии излучения (порядка 2·10⁷ Вт/см²) на проволочных болометрах, устанавливаемых в пучке излучения, образуется плазма, которая ухудшает пространственную структуру пучка излучения, снижает его мощность и вносит большие погрешности в измерение распределения энергии по сечению пучка излучения, снижая при этом точность юстировки резонатора.

Известны также устройства лазеров, в которых для выработки управляющего сигнала на юстировку резонатора используют излучение вспомогательного юстировочного лазера с длиной волны, не лежащей в полосах поглощения или усиления активной среды.

Излучение юстировочного лазера вводят вдоль оси юстируемого резонатора. Известны два метода введения излучения юстировочного лазера: со стороны выходного (полупрозрачного) зеркала (Ковальчук Л.В., Свенцицкая Н.А. Квантовая электроника, 1972 г., вып.5 (11), с.80) и со стороны заднего (глухого) зеркала.

Вторая модификация метода введения излучения юстировочного лазера в неустойчивый резонатор, как показано (Купренюк В.И., Рыбалко И.О., Шебанов Б.А., Шерстобитов В.Е. О возможности создания систем автоматической юстировки лазеров с неустойчивыми резонаторами. - ОМП, 1976, №9, с.3), более удобна.

Описанное в статье устройство для автоматической юстировки лазеров с неустойчивым резонатором, образованным глухим и полупрозрачным зеркалами, принято в качестве прототипа.

Устройство содержит вспомогательный юстировочный лазер, установленный за глухим зеркалом резонатора, снабженным центральным отверстием, соосно с ним; две пары фотоприемников, расположенных симметрично по вертикали и по горизонтали на одинаковом расстоянии от оптической оси юстировочного лазера напротив соосных с ними отверстий в глухом зеркале; юстировочные устройства для угловых перемещений зеркала и блок формирования управляющего сигнала, пропорционального величине разъюстировки резонатора, электрически связанный с фотоприемниками и юстировочными устройствами для угловых перемещений зеркала.

Прототип имеет недостаток, на который обращено внимание в статье: "В реальных лазерах должны быть приняты меры к тому, чтобы основное излучение не оказывало существенного воздействия на фотоприемники системы автоюстировки". Это в равной степени относится и к юстировочному лазеру, который необходимо защищать от действия основного излучения.

Авторами статьи предложено использовать для защиты фотоприемников различие в длинах волн юстировочного и основного излучений. Это возможно лишь при сравнительно низких плотностях энергии основного излучения. При высоких плотностях энергии излучения (порядка 2·10⁵ Вт/см² и более) известные светофильтры разрушаются и система автоматической юстировки выходит из строя.

Поэтому для мощных лазеров необходима более надежная защита как фотоприемников, так и юстировочного лазера.

Целью данного изобретения является обеспечение защиты юстировочного лазера и фотоприемников от воздействия основного излучения мощного лазера импульсно-периодического действия.

Эта цель достигается тем, что устройство для защиты юстировочного лазера и фотоприемников выполнено в виде механического устройства, включающего в себя вращающееся в подшипнике колесо с внутренним зацеплением, окружность вершин зубьев которого описывает апертуры фотоприемников, снабженное равномерно распределенными по окружности шторками, количество которых кратно четырем, перекрывающими при вращении колеса апертуры фотоприемников, и шестерню с числом зубьев и равномерно распределенных по ее окружности шторок, в четыре раза меньшим, чем у колеса, причем шторки расположены относительно оси зеркала так, что при вращении шестерни перекрывают апертуру юстировочного лазера, соединенные ведущей шестерней, установленной на валу привода, причем зубчатый механизм с приводом, юстировочный лазер и фотоприемники размещены на кронштейне, закрепленном на задней стороне глухого, установленного в карданном подвесе, зеркала.

Такая конструкция устройства обеспечивает одновременное перекрытие апертур фотоприемников и юстировочного лазера во время импульса основного излучения. При этом скорость вращения колеса шестерни, а также размеры и количество шторок определяются частотой работы лазера импульсно-периодического действия таким образом, чтобы шторки перекрывали апертуры фотоприемников и юстировочного лазера во время всего импульса основного излучения.

На фи.1 схематически изображено устройство для автоматической юстировки лазера с неустойчивым резонатором, образованным глухим, установленным в карданном подвесе и полупрозрачным зеркалами; на фиг.2 - вид по стрелке А и схема передачи сигналов от фотоэлементов юстировочным устройствам для угловых перемещений зеркала; на фиг.3 - продольный разрез устройства для защиты юстировочного лазера и фотоприемников от воздействия основного излучения мощного импульсно-периодического лазера; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3.

Устройство для автоматической юстировки лазера с неустойчивым резонатором, образованным глухим зеркалом 1, установленным в карданном подвесе 2, и полупрозрачным зеркалом 3, содержит юстировочный лазер 4, установленный за глухим зеркалом, снабженным центральным отверстием, соосно с ним; две пары фотоприемников 5, расположенных симметрично по вертикали и горизонтали на одинаковом расстоянии от оптической оси юстировочного лазера напротив соосных с ним отверстий в глухом зеркале; юстировочные устройства для угловых перемещений зеркала 6; блок формирования управляющего сигнала, пропорционального величине разъюстировки резонатора 7, электрически связанный с фотоэлементами и юстировочными устройствами для угловых перемещений зеркала, и устройство для защиты юстировочного лазера и фотоприемников от воздействия основного излучения 8.

Устройство для защиты юстировочного лазера и фотоприемников от воздействия основного излучения выполнено в виде зубчатого механизма, состоящего из расположенного соосно с юстировочным лазером, вращающегося в подшипнике 9 колеса с внутренним зацеплением 10, окружность вершины зубьев которого описывает апертуру фотоприемников, снабженного равномерно распределенными по окружности шторками 11, количество которых кратно четырем, и шестерни 12 с числом зубьев и равномерно распределенных по окружности шторок 13, в четыре раза меньшим, чем у колеса 10, расположенной так, что шторки при вращении шестерни перекрывают апертуру юстировочного лазера, соединенных ведущей шестерней 14, установленной на валу электродвигателя 15, объединенных в один узел с юстировочным лазером и фотоприемником общим кронштейном 16, закрепленным на задней стороне глухого зеркала.

Устройство работает следующим образом. Частоту вращения электродвигателя 15 согласовывают с частотой импульсов основного излучения лазера так, что шторки 11 и 13 перекрывают во время основного излучения апертуры юстировочного лазера 4 и фотоприемников 5. Во время между импульсами основного излучения лазера апертуры юстировочного лазера 4 и фотоприемников 5 открыты. Блок формирования управляющего сигнала 7 сравнивает освещенность зеркала отраженным излучением юстировочного лазера, принятую диаметрально противоположными фотоприемниками, вырабатывает сигналы юстировочным устройствам 6 для угловых перемещений зеркала 1.

Техническое решение позволяет обеспечить защиту юстировочного лазера и фотоприемников от воздействия излучения мощного лазера импульсно-периодического действия достаточно простыми механическими средствами.

Обеспечено достижение цели изобретения - создана надежная защита оптических элементов устройства для автоматической юстировки мощного импульсно-периодического лазера с неустойчивым резонатором.

Формула изобретения

Устройство для автоматической юстировки лазера с неустойчивым резонатором, содержащее глухое и полупрозрачное зеркала неустойчивого резонатора, юстировочный лазер, установленный соосно с ним за глухим зеркалом с центральным отверстием, две пары фотоприемников, установленных симметрично по вертикали и горизонтали на одинаковом расстоянии от оси глухого зеркала напротив соосных с ними отверстий в зеркале, юстировочные узлы для угловых перемещений глухого зеркала, блок формирования управляющего сигнала, пропорционального величине разъюстировки резонатора, электрически связанного с фотоприемниками и юстировочными узлами для угловых перемещений глухого зеркала, и блок защиты юстировочного лазера и фотоприемников от воздействия основного излучения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности защиты юстировочного лазера и фотоприемников от воздействия основного излучения лазера, блок защиты выполнен в виде, по крайней мере, четырех шторок, установленных напротив апертуры фотоприемников и равномерно расположенных по окружности зубчатого колеса с внутренним зацеплением, и аналогично размещенных напротив апертуры юстировочного лазера четырех шторок, установленных по окружности шестерни с числом зубьев, в четыре раза меньшим числа зубьев колеса, кинематически связанной с последним и валом электродвигателя, причем последние, юстировочный лазер и фотоприемники размещены на кронштейне и, закрепленном на задней стороне глухого зеркала.

РИСУНКИ