Лазер

 

Использование: в лазерной технике. Сущность изобретения: лазер содержит активную среду 4, проходную оптическую систему, коллимирующую систему, пространственный фильтр, расположенный между ними, и плоские вспомогательные зеркала, образующие многопроходную схему лазера. Проходная оптическая система содержит проходное зеркало 2, выполненное в виде телескопической линзы, обращенное вогнутой частично отражающей поверхностью к пространственному фильтру 10, двухзеркальный объектив, расположенный между проходным зеркалом 3 и фильтром 10, в котором зеркало 9, расположенное перед фильтром 10, выполнено кольцевым, а второе зеркало 3 закреплено на зеркале 2, вспомогательное вогнутое зеркало 1, расположенное со стороны выпуклой поверхности проходного зеркала с отверстием, диаметр которого больше диаметра выходящего из лазера пучка. При этом фокус оптической системы из вогнутой поверхности зеркала 2 и двухзеркального объектива находится в отверстии фильтра 10. Коллимирующая система содержит выпуклое 13 и вогнутое 18 зеркала, причем зеркало 13 расположено между фильтром 10 и зеркалом 18 и имеет отверстие. Фокус коллимирующей системы находится в отверстии фильтра 10. При этом фокусные расстояния проходной и коллимирующей систем совпадают. Пространственный фильтр имеет отверстие, диаметр которого больше или равен диаметру центрального максимума фокального пятна кольцевого пучка коллимирующей системы. Отверстие образовано краями вращающихся дисков, поверхность которых со стороны проходной оптической системы выполнены тороидальной. Плоские вспомогательные зеркала 11 и 12, расположенные рядом с пространственным фильтром, выполнены с возможностью вращения, причем их центр вращения не совпадает с оптической осью лазера. Плоские вспомогательные зеркала с одной стороны активной среды образуют трехгранные уголковые отражатели, при этом все остальные зеркала расположены с другой стороны активной среды. Проходная оптическая система может содержать плоское наклонное проходное зеркало и два трехгранных уголковых отражателя, расположенные с разных сторон проходного зеркала, при этом вплотную к пространственному фильтру, перпендикулярно оптической оси расположено вращающееся плоское вспомогательное зеркало. Изобретение уменьшает расходимость излучения и чувствительности к разъюстировкам широкоапертурных лазеров с небольшими коэффициентами усиления активных сред. 11 з. п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к лазерной технике, в частности к широкоаппертурным непрерывным газовым и твердотельным лазерам.

Известен кольцевой резонатор лазера из плоских зеркал, содержащий проходное зеркало и вспомогательное плоское зеркало, установленное за проходным зеркалом перпендикулярно распространению одной из волн, возникающих в резонаторе [1] Резонатор обеспечивает однонаправленный резонатор, большой чувствительностью к разъюстировкам и неоднородностям активной среды.

Известен резонатор лазера с согласованной дополнительной обратной связью [2] Вместе с активной средой он образует лазер. Лазер содержит активную среду, проходную оптическую систему, содержащую проходное зеркало в виде мениска с частичноотражающей вогнутой поверхностью, коллимирующую систему, содержащую выпуклое и вогнутое зеркала, расположение софокусно. Диаметр выпуклого зеркала коллимирующей системы меньше диаметра вогнутого зеркала коллимирующей системы. При этом выпуклое зеркало расположено между проходным зеркалом, обращенным вогнутой поверхностью к выпуклому зеркалу, и вогнутым зеркалом и имеет отверстие, центр которого находится на оптической оси. Между проходным и выпуклым зеркалами расположена рассеивающая линза, с помощью которой в резонатор через отверстие в выпуклом зеркале вводится расходящийся пучок, мнимый фокус которого совпадает с фокусом вогнутого зеркала и который после расширения в коллимирующей системе вновь частично отражается от проходного зеркала на рассеивающую линзу.

Недостатком резонатора является то, что рассеивающая линза находится вблизи фокуса вогнутой поверхности проходного зеркала и испытывает большие лучевые нагрузки, снижающие надежность резонатора, а также то, что в нем происходит генерация и обратной волны идущей в обратном направлении. Возвращение части выходящего из резонатора пучка в резонатор приводит к накоплению искажений в пучке и ухудшению расходимости.

На фиг. 1 представлен вариант исполнения лазера с отношением высоты к ширине активной среды 1: 5; на фиг.2 вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 вариант исполнения лазера с активной средой, состоящей из двух частей, в каждой из которых отношение высоты к ширине составляет 1:2; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг.3; на фиг.5 вариант исполнения лазера с отношением высоты к ширине активной среды 1:1; на фиг.6 сечение пространственного фильтра с конической и тороидальной поверхностями; на фиг.7 пространственный фильтр, состоящий из группы дисков; на фиг.8 разрез В-В на фиг.7; на фиг. 9 часть проходного зеркала с закрепленным на нем зеркалом двухзеркального объектива; на фиг.10 плоское вспомогательное зеркало, закрепленное в охлаждаемой оправе.

Лазер (см.фиг.1) содержит вогнутое вспомогательное зеркало 1 с отверстием на оптической оси, проходное зеркало 2, выполненное в виде телескопической линзы с вогнутой частично отражающей поверхностью, зеркало 3 двухзеркального объекта, закрепленное на проходном зеркале, активную среду 4 с отношением высоты к ширине, равном 1:5, группу из трех плоских вспомогательных зеркал с взаимно перпендикулярными поверхностями 5 7, плоское вспомогательное зеркало 8 с отверстием на оптической оси, кольцевое зеркало 9 двухзеркального объектива, пространственный фильтр 10, расположенный в фокусе оптических систем из вогнутых поверхностей зеркал 2, 9 и 3, причем диаметр отверстия фильтра равен трем диаметрам центрального максимума фокального пятна, плоские вспомогательные зеркала 11 и 12, выполненные вращающимися, первое зеркало 13 коллимирующей системы, выполненные выпуклым с отверстием на оптической оси, плоское вспомогательное зеркало 14 с отверстием на оптической оси, группу из трех плоских вспомогательных зеркал со взаимно перпендикулярными поверхностями 15 17, вогнутое зеркало 18 коллимирующей системы. На фиг. 2 показано расположение оптических элементов относительно активной среды, где пунктиром показаны линии пересечения поверхностей в каждой группе из трех зеркал.

Лазер (см. фиг.2) содержит проходное зеркало 19, выполненное с плоскими поверхностями, в виде клина с внутренней частично отражающей поверхностью, трехгранные угловые отражатели 20 и 21, расположенные с разных сторон от проходного зеркала, кольцевую диафрагму 22, расположенную между внутренней поверхностью проходного зеркала 19 и трехгранным угловым отражателем 21, причем кольцевая диафрагма выполнена "мягкой", т.е. со "сглаженными" краями, активную среду 23, состоящую из двух частей, расстояние между которыми равно высоте активной среды, группу из трех плоских вспомогательных зеркал 5 7 с взаимно перпендикулярными поверхностями, плоское вспомогательное зеркало 24, плоское вспомогательное зеркало 14 с отверстием на оптической оси и (первое) выпуклое зеркало 13 коллимирующей системы с отверстием на оптической оси, для исключения возникновения паразитной генерации с плоским зеркалом 27, группу из трех плоских вспомогательных зеркал 15 17 с взаимно перпендикулярными поверхностями, вогнутое зеркало 25 коллимирующей системы с отверстием на оптической оси, пространственный фильтр 26, выполненный в ввиде группы дисков и расположенный вблизи поверхности плоского вспомогательного зеркала 27, которое выполнено вращающимся, ориентировано перпендикулярно оптической оси и расположено в конусах зеркал 13 и 25 коллимирующей системы и расположение оптических элементов относительно активной среды изображено на фиг.4, где пунктиром показаны линии пересечения поверхностей в каждой группе из трех зеркал.

Лазер (см. фиг.3) содержит первое зеркало 28 коллимирующей системы, выполненное в виде выпуклого зеркала, проходное зеркало 29, выполненное в виде плоскопараллельной пластины с одной частично отражающей и второй просветленной поверхностями, при этом центральная часть частично отражающей поверхности выполнена полностью отражающей, два трехгранных уголковых отражателя 20 и 21, расположенных так, что линия, соединяющая их вершины, совпадает с оптической осью лазера, отраженной от проходного зеркала 29, кольцевую диафрагму 22, активную среду 30 с отношением высоты к ширине, равным 1:1, вогнутое зеркало 25 с отверстием на оптической оси, пространственный фильтр 26, выполненный в виде группы дисков и расположенный вблизи поверхности плоского вспомогательного зеркала 27, которое выполнено вращающимся, ориентировано перпендикулярно оптической оси и расположено в фокусах зеркал 28 и 25 коллимирующей системы.

Пространственный фильтр 10 выполнен из вольфрама с профилированным отверстием. Поверхность Г отверстия расположена со стороны проходной оптической системы и выполнена зеркальной конической формы с углом при вершине конуса 120^о. Со стороны коллимирующей системы поверхность D отверстия выполнена тороидальной.

Пространственный фильтр 26 образован двумя равными группами дисков из трех дисков каждая. Каждый из дисков соединен в центре с приводом 31 вращения. При этом в группе дисков 32 приводы вращения находятся со стороны плоского вспомогательного зеркала 27, а в группе дисков 33 с другой стороны. Поверхность Г диска выполнена конической с углом при вершине конуса 120^о, а поверхность D тороидальной. Края дисков образуют отверстие, имеющее форму шестигранника.

В проходном зеркале 2 выполнено отверстие, с помощью которого зеркало 3 двухзеркального объектива закреплено на нем. Зеркало 3 с тыльной стороны имеет сферическую поверхность Е и глухое центральное отверстие 34. В отверстии проходного зеркала размещен корпус узоpа крепления и юстировки зеркала 35 двухзеркального объектива, содержащий центральное отверстие, вогнутую Е и выпуклую Ж сферические поверхности, центр которых находится в центре поверхности зеркала 3. Вакуумное уплотнение 36 расположено на внешней выпуклой поверхности проходного зеркала 2. На несущем стержне 37 выполнена сферическая поверхность Ж, контактирующая с выпуклой поверхностью корпуса 35. Передняя часть несущего стержня 37 через отверстие в корпусе 35 входит в глухое отверстие 34 зеркала 3. Задняя часть несущего стержня герметично соединена с сильфоном 38, который, в свою очередь, герметично соединен с корпусом 35. Пружина 39 прижимает зеркало 3 к корпусу 35. На корпусе 35 закреплен цилиндр 40 с установленными в нем юстировочными винтами 41, находящимися в контакте с задней частью несущего стержня 37, с помощью которых производится юстировка зеркала 3. На внешней поверхности цилиндра 40 выполнены ребра воздушного охлаждения, с помощью которых тепло от зеркала 3, через корпус 35 отводится в воздух.

Плоское вспомогательное зеркало 27 выполнено с хвостовиком 42, расположенным в отверстии охлаждаемой оправы 43 и контактирующим с ее поверхностью, что обеспечивает передачу тепла от зеркала охлаждаемой оправе. Конец хвостовика 42 через привод 44 вращения соединен с двигателем 45, обеспечивающим вращение зеркала вокруг оси симметрии хвостовика. Лазерный пучок падает на край вращающейся поверхности, что обеспечивает замену под пучком нагретой отражающей поверхности на холодную.

Лазер (см.фиг.1) работает следующим образом.

Излучение прямой волны генерируется в активной среде 4 по кольцевому пути самостоятельно. Например, кольцевой параллельный пучок излучения падает на проходное зеркало 2, частично отражается от вогнутой поверхности и направляется (подфокусируется) на кольцевое зеркало 9 двухзеркального объектива. При этом пучок отражается от зеркал 5-7 трехгранного уголкового отражателя и проходит через отверстие плоского вспомогательного зеркала 8. Диаметр отверстия в зеркале 8, как и в зеркале 14, равен диаметру выпуклого зеркала 13. Кольцевое зеркало 9 образует внутренний и внешний края пучка, ограничивая размеры кольцевого пучка. От зеркала 9 пучок направляется (подфокусируется) на второе зеркало двухзеркального объектива (подфокусируется) на второе зеркало двухзеркального объектива 3, закрепленное на проходном зеркале. При этом пучок проходит отверстие в зеркале 8 и отражается от зеркал 7, 6 и 5. От зеркала 3 пучок фокусируется в отверстие фильтра 10. При этом он отражается от зеркал 5-7 и проходит отверстия в зеркалах 8 и 9. Сфокусированное в отверстие фильтра 10 излучение фильтруется. При этом часть излучения, попавшая на коническую поверхность Г, отфильтровывается в сторону. Прошедший отверстие фильтра 10 пучок начинает расширяться и идет на вогнутое зеркало 18 коллимирующей системы. При этом он отражается от зеркал 11 и 12 проходит отверстие в выпуклом зеркале 13, отверстие в зеркале 14 и отражается от зеркал 15-17 трехгранного уголкового отражателя. Зеркала 11 и 12 вращаются. На пути к вогнутому зеркалу 18 пучок вновь становится кольцевым, но уже со сглаженными краями и большего размера на величину сглаженного края. Вогнутое зеркало 18 уменьшает расходимость пучка и направляет его на выпуклое зеркало 18 коллимирующей контролирующей системы. При этом пучок отражается от зеркал 17, 16 и 15 и проходит отверстие зеркала 14. Выпуклое зеркало 13 увеличивает расходимость пучка и направляет его на вогнутое зеркало 18. Совершая несколько проходов между выпуклым 13 и вогнутым 18 зеркалами, пучок на вогнутом зеркале достигает такого размера, что внутренний диаметр его кольца становится больше размера выпуклого зеркала. Вогнутое зеркало 18 коллимирует этот пучок (делает его параллельным) и направляет его на проходное зеркало 2. При этом пучок отражается от зеркал 17, 16 и 15 трехгранного уголкового отражателя, плоских вспомогательных зеркал 14 и 8, образующих двугранный уголковый отражатель, и зеркал 7,6 и 5 трехгранного уголкового отражателя. Попадая на частично отражающую вогнутую поверхность проходного зеркала 2, часть пучка отражается и идет, как описано выше. Другая часть пучка проходит через частично отражающую вогнутую поверхность и его просветленную выпуклую поверхность, и параллельным пучком проходит отверстие вспомогательного вогнутого зеркала 1, выходя из лазера.

Излучение обратной волны генерируется в активной среде 4 по кольцевому пути самостоятельно. Например, расходящийся кольцевой пучок излучения, падающий на проходное зеркало 2, частично отражается от вогнутой поверхности, при этом коллимируется (становится параллельным) и направляется на вогнутое зеркало 18 коллимирующей системы. При этом пучок отражается от зеркал 5 14 17. Вогнутое зеркало 18 подфокусирует пучок и направляет его на выпуклое зеркало 13 коллимирующей системы. При этом пучок отражается от зеркал 17, 16 и 15 и проходит отверстие зеркала 14. Выпуклое зеркало 13 уменьшает сходимость пучка и направляет его опять на вогнутое зеркало 18. После нескольких проходов пучка между выпуклым 13 и вогнутым 18 зеркалами вогнутое зеркало 18 фокусирует пучок в отверстие пространственного фильтра 10. При этом пучок отражается от зеркал 17, 16 и 15, проходит отверстие зеркал 14 и 13 и отражается от зеркал 12 и 11. Тороидальная поверхность пространственного фильтра рассеивает отфильтрованное излучение и хотя часть отфильтрованного излучения все же проходит через отверстие, она отфильтровывается позже, когда вспомогательное вогнутое зеркало 1 превращает обратную волну в прямую, направляя ее в отверстие пространственного фильтра 10 пучок начинает расширяться и идет на зеркало 3 двухзеркального объектива. При этом пучок проходит отверстие в зеркалах 9 и 8 и отражается от зеркал 7, 6 и 5. Зеркало 3 уменьшает расходимость пучка и направляет его на кольцевое зеркало 9. На пути к этому зеркалу пучок вновь становится кольцевым, отражается от зеркал 5,6 и 7 и проходит через отверстие зеркала 8. Зеркало 9 увеличивает расходимость пучка и направляет его на проходное зеркало 2. При этом пучок проходит отверстие зеркала 8 и отражается от зеркал 7,6 и 5. Попадая на частично отражающую вогнутую поверхность проходного зеркала 2, часть пучка отражается, коллимируется и идет, как описано выше. Другая часть пучка проходит через проходное зеpкало и, продолжая расширяться, попадает на вспомогательное вогнутое зеркало 1, когда внутренний диаметр кольца излучения превышает диаметр пучка прямой волны. Зеркало 1 отражает излучение в обратном направлении, которое совпадает с направлением распространения прямой волны, что обеспечивает "перекачку" обратной волны в прямую, т.е. однонаправленный режим генерации.

Лазер (см.фиг.2) работает следующим образом.

Излучение генерируется в активной среде 23 самостоятельно. Например, параллельный кольцевой пучок получения падает на проходное зеркало 19, внутренняя поверхность которого покрыта частично отражающим покрытием, а внешняя просветляющим покрытием. Часть пучка отражается от него в трехгранный уголковый отражатель 21, на пути которой расположена кольцевая диафрагма 22, на которой обрезается внешний и внутренний край пучка. От уголкового отражателя 21 пучок отражается в обратом направлении на проходное зеркало. Часть пучка проходит его и попадает в трехгранный уголковый отражатель 20, который отражает пучок в обратном направлении. При отражениях пучка между уголковыми отражателями половина пучка отражается проходным зеркалом по направлению выходящего из лазера пучка, другая половина отражается в лазер в направлении, противоположном падающему на проходное зеркало пучку. Отраженный от проходной оптической системы 19 22 пучок идет на вогнутое зеркало 25 коллимирующей системы, при этом он последовательно отражается от зеркал 5 7, вспомогательных зеркал 24 и 14 и зеркал 15 17. Вогнутое зеркало 25 подфокусирует и направляет пучок на выпуклое зеркало 13. При этом пучок отражается от зеркал 17, 16 и 15 и проходит отверстие зеркала 14. Выпуклое зеркало 13 уменьшает сходимость пучка и направляет его на вогнутое зеркало 25. После нескольких проходов между зеркалами 13 и 25 пучок фокусируется на поверхности плоского вспомогательного зеркала 27. При этом пучок после выпуклого зеркала проходит отверстие зеркала 14, ограждается от зеркал 15 17, проходит отверстие вогнутого зеркала 25 и отверстие пространственного фильтра 26. Фильтр 26 находится вблизи зеркала 27 в пределах каустики сфокусированного пучка и производит пространственную фильтрацию излучения. Диски пространственного фильтра вращаются. Зеркало 27 отражает отфильтрованное излучение в обратном направлении. При этом оно вращается и ось вращения зеркала смещена относительно оптической оси лазера. Отраженное в обратном направлении отфильтрованное излучение после отражения от всех зеркал коллимируется и параллельным кольцевым пучком со сглаженными краями падает а проходное зеркало 19. Часть пучка отражается от частично отражающей поверхности и идет, как описано выше. Другая часть пучка проходит проходное зеркало и выходит из лазера, складываясь с излучением, отраженным от трехгранного уголкового отражателя 20 и проходного зеркала 19.

Лазер (см.фиг.3) работает следующим образом.

Излучение генерируется в активной среде 30 самостоятельно. Например, параллельный кольцевой пучок излучения падает со стороны активной среды на проходное зеркало 29, передняя поверхность которого выполнена частично отражающей, а задняя повеpхность просветленной. При этом центральная часть передней поверхности, лежащая внутри кольцевого пучка выполнена полностью отражающей. Часть пучка излучения проходит проходное зеркало 29 и попадает в трехгранный уголковый отражатель 21, на пути к которому расположена кольцевая диафрагма 22.

Кольцевая диафрагма 22 обрезает внутренний и внешний края пучка, ограничивая его размер. Отраженный трехгранным уголковым отражателем 21 пучок вновь попадает на частично отражающую поверхность проходного зеркала 29, от которой часть пучка отражается в трехгранный уголковый отражатель 20, который отражает пучок в обратном направлении. При отражениях пучка между уголковыми отражателями 21 и 20 одна половина пучка проходит через проходное зеркало в направлении выходящего из лазера пучка, а другая половина проходит через проходное зеркало в направлении, противоположном падающему на проходное зеркало пучку. Этот пучок, отраженный от проходной оптической системы 29, 20, 21 и 22 в обратном направлении, идет на вогнутое зеркало 25 коллимирующей системы. Вогнутое зеркало 25 подфокусирует пучок и направляет его на центральную часть проходного зеркала, размер которой соответствует разрезу выпуклого зеркала 28 коллимирующей системы. От проходного зеркала 29 пучок отражается на выпуклое зеркало 28, которое уменьшает сходимость пучка и отражает его на вогнутое зеркало 25. После нескольких проходов между зеркалами 28 и 25 пучок фокусируется на поверхности плоского вспомогательного зеркала 27. При этом пучок после отражения от выпуклого зеркала отражается от проходного зеркала 29, проходит отверстие вогнутого зеркала 25 и отверстие пространственного фильтра 26. Фильтр 26 находиться вблизи зеркала 27 в пределах каустики сфокусированного пучка и производит пространственную фильтрацию излучения. Диски пространственного фильтра вращаются. Зеркало 27 отражает отфильтрованное излучение в обратном направлении. При этом оно вращается и ось вращения зеркала смещена относительно оптической оси лазера. Отраженное в обратном направлении отфильтрованное излучение после всех отражений коллимируется и параллельным кольцевым пучком со сглаженными краями падает на проходное зеркало 29. Часть пучка проходит частично отражающую поверхность и идет, как описано выше. Другая часть кольцевого пучка отражается от проходного зеркала и выходит из лазера вокруг выпуклого зеркала 28.

Предлагаемое техническое решение позволяет получить расходимость непрерывного излучения, близкую к дифракционной, без существенного уменьшения мощности излучения лазера. При этом возможно использование отношения диаметров первого и второго зеркал коллимирующей системы, равное 2-3, что приближает дифракционную расходимость кольцевого пучка к расходимости сплошного пучка. Пространственная фильтрация позволяет уменьшить расходимость излучения, а также получить распределение интенсивности в фокальном пятне без "крыльев", и при наличии неоднородностей в активной среде, близким к прямоугольному, что важно для процессов лазерной технологии.

Использование в проходной оптической системе кольцевого зеркала позволяет ограничить размеры кольцевого пучка и избежать возникновения из-за дифракции паразитных волн, ухудшающих расходимость.

Закрепление зеркала двухзеркального объектива на проходном зеркале с возможностью его юстировки и охлаждения исключает попадание элементов крепления, юстировки и охлаждения зеркал в лазерный пучок и обеспечивает вывод лазерного излучения вдоль длины активной среды без дополнительных зеркал.

Использование на выходе лазера вспомогательного вогнутого зеркала позволяет избежать потерь мощности в обратную волну при сохранении расходимости лазерного излучения.

Использование в пространственном фильтре конической и тороидальной поверхностей повышает стойкость фильтра к разрушению, исключает плазмообразование в отверстии и смешивание отфильтрованного и неотфильтрованного излучений прямой волны.

Выполнение пространственного фильтра в виде двух симметрично расположенных групп дисков позволяет минимизировать количество дисков и уменьшить габариты фильтра вдоль оптической оси, т.е. максимально приближать его к фокусу.

Использование активной среды, состоящей из двух частей, расстояние по высоте между которыми больше их высоты, позволяет образовать из вспомогательных зеркал трехгранные уголковые отражатели, на каждой грани которых полностью помещается пучок лазерного излучения, и разместить их с одной стороны длины активной среды. Это обеспечивает уменьшение чувствительности лазера к вибрациям зеркал, расположенных с разных сторон длины активной среды, т.е. уменьшение динамической расходимости.

Использование трехгранных уголковых отражателей, образованных из вспомогательных зеркал, расстояние между двумя зеркалами в которых больше чем в раза, превышает высоту активной среды, позволяет максимально плотно разместить их напротив одной движущейся активной среды, обеспечивая увеличение мощности и уменьшение динамической расходимости лазерного излучения.

Выполнение проходного зеркала с плоской частично отражающей поверхностью и размещение плоского вспомогательного зеркала в фокусе допуске коллимирующей системы позволяет использовать коллимирующую систему и в качестве фокусирующей и обеспечить однонаправленный режим генерации без потерь мощности в обратную волну и без использования дополнительных зеркал для "перекачки" обратной волны в прямую.

Наклон проходного зеркала с плоскими поверхностями к оптической оси и использование в проходной оптической системе двух трехгранных уголковых отражателей, уменьшает чувствительность лазера к вибрациям зеркал расположенных также и с одной стороны длины активной среды, т.е. обеспечивает уменьшение динамической расходимости.

Выполнение зеркал вращающимися с хвостовиками, расположенными в отверстиях охлаждаемых оправ, позволяет увеличить их лучевую стойкость, т.е. увеличить мощность лазера и уменьшить его габариты, размещая их вблизи или в фокусе пучка.

К

Формула изобретения

1. ЛАЗЕР, содержащий активную среду, проходную оптическую систему, включающую в себя проходное зеркало с частично отражающей поверхностью, коллимирующую систему, содержащую два зеркала, второе из которых вогнутое, причем диаметр первого зеркала коллимирующей системы меньше диаметра вогнутого зеркала коллимирующей системы, по крайней мере в одном из этих зеркал выполнено отверстие, центр которого находится на оптической оси, отличающийся тем, что в него введены пространственный фильтр, расположенный или между проходной и коллимирующей системами, или за вогнутым зеркалом, или вблизи фокуса или в фокусе проходной и коллимирующей систем, с отверстием, центр которого находится на оптической оси, диаметр которого равен или больше диаметра центрального максимума фокального пятна кольцевого пучка коллимирующей системы, а также одно или несколько плоских вспомогательных зеркал, причем в коллимирующей системе отверстие выполнено или в первом, или во втором, или в обоих зеркалах, а в проходную оптическую систему или введена кольцевая диафрагма или на проходном зеркале частично отражающая поверхность выполнена в виде кольца, ширина которого равна или меньше ширины кольцевого пучка коллимирующей системы.

2. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что проходная оптическая система включает в себя двухзеркальный объектив, расположенный на оптической оси между проходным зеркалом и пространственным фильтром, при этом диаметр зеркал двухзеркального объектива меньше диаметра первого зеркала коллимирующей системы, зеркало двухзеркального объектива, расположенное ближе к пространственному фильтру, выполнено кольцевым, центр отверстия в котором находится на оптической оси, а отношение диаметра зеркала к диаметру отверстия в нем меньше или равно отношению диаметров второго и первого зеркал коллимирующей системы, проходное зеркало выполнено в виде телескопической линзы и обращено вогнутой частично отражающей поверхностью к коллимирующей системе, причем фокус оптической системы, состоящей из вогнутой поверхности проходного зеркала, кольцевого зеркала и второго зеркала двухзеркального объектива, расположен в отверстии или вблизи отверстия пространственного фильтра и совпадает с фокусом коллимирующей системы равны между собой.

3. Лазер по п.2, отличающийся тем, что второе зеркало двухзеркального объектива закреплено на проходном зеркале, при этом в проходном зеркале выполнено отверстие, в которое введен корпус, содержащий центральное отверстие, при этом корпус герметично соединен с проходным зеркалом и на корпусе с противоположной от зеркала двухзеркального объектива стороны проходного зеркала закреплен цилиндр с установленными на нем юстировочными винтами, диаметр которого меньше диаметра зеркала двухзеркального объектива, в отверстие корпуса введен несущий стержень, который передней частью связан с зеркалом двухзеркального объектива, а задней частью находится в контакте с юстировочными винтами, между корпусом и несущим стержнем введен сильфон, который герметично соединен с одной стороны с корпусом, а другой стороны - с несущим стержнем, между зеркалом двухзерального объектива и соединением с сильфоном несущий стержень шарнирно соединен с корпусом.

4. Лазер по п. 2, отличающийся тем, что проходная оптическая система включает в себя вспомогательное вогнутое зеркало, установленное со стороны выпуклой поверхности проходного зеркала, с радиусом, равным произведению фокусного расстояния вогнутой поверхности проходного зеркала на отношение диаметров второго и первого зеркал коллимирующей системы, концентрично фокусу вогнутой поверхности проходного зеркала, во вспомогательном вогнутом зеркале выполнено отверстие, центр которого находится на оптической оси, а диаметр больше диаметра второго зеркала коллимирующей системы.

5. Лазер по п.1, отличающийся тем, что пространственный фильтр выполнен из тугоплавкого материала с профилированным отверстием, поверхность которого с одной стороны выполнена конической формы с углом при величине конуса, большим или равным 120^o, а с другой стороны тороидальной формы, в любом сечении которого радиус кривизны тороидальной поверхности в плоскости, содержащей оптическую ось, не превышает радиуса отверстия в этом сечении.

6. Лазер по п.1, отличающийся тем, что пространственный фильтр образован группой дисков, расположенных вокруг центра отверстия, в которой расстояния от центров дисков до центра отверстия превышают радиусы дисков, каждый из дисков соединен в своем центре с приводом вращения.

7. Лазер по п.6, отличающийся тем, что пространственный фильтр образован двумя равными группами дисков, причем в каждой группе приводы вращения находятся с противоположной от другой группы стороны дисков, при этом в каждой группе центры дисков, в проекции на плоскость, перпендикулярную оптической оси лазера, расположены симметрично относительно центра отверстия в вершинах равностороннего многоугольника, а центры дисков обеих групп в проекции на ту же плоскость расположены в вершинах равностороннего многоугольника с удвоенным количеством сторон.

8. Лазер по п.1, отличающийся тем, что активная среда состоит из двух частей, расстояние между которыми по высоте больше или равно высоте активных сред, с одной стороны длины активной среды расположены одна или несколько групп из трех плоских вспомогательных зеркал, в каждой из которых два зеркала находятся напротив различных частей активной среды, а третье зеркало находится между ними полностью или частично за пределами проекции активной среды, причем поверхности всех трех зеркал в группе ориентированы взаимно перпендикулярно, а остальные зеркала лазера расположены с другой стороны длины активной среды.

9. Лазер по п.1, отличающийся тем, что с одной стороны длины активной среды расположены одна или несколько групп из трех плоских вспомогательных зеркал, в каждой из которых два зеркала находятся напротив активной среды, а третье зеркало находится между ними полностью или частично за пределами проекции активной среды, при этом поверхности всех трех зеркал в группе ориентированы взаимно перпендикулярно, причем по меньшей мере в одной группе расстояние между двумя зеркалами, находящимися напротив активной среды, не меньше чем в раз превышает высоту активной среды и между ними напротив активной среды находится одно или несколько зеркал других групп, находящихся напротив активной среды, а остальные зеркала расположены с другой стороны длины активной среды.

10. Лазер по п.1, отличающийся тем, что проходное зеркало выполнено с плоской частично отражающей поверхностью, при этом одно из плоских вспомогательных зеркал расположено в фокусе коллимирующей системы перпендикулярно к оптической оси, а пространственный фильтр расположен вблизи плоского вспомогательного зеркала.

11. Лазер по п.10, отличающийся тем, что обе поверхности проходного зеркала выполнены плоскими, проходное зеркало расположено наклонно к оптической оси лазера, при этом в проходную оптическую систему введены два трехгранных уголковых отражателя, расположенных так, что линия, соединяющая их вершины, совпадает с оптической осью лазера, отраженной от проходного зеркала.

12. Лазер по п.10, отличающийся тем, что вспомогательное зеркало выполнено с хвостовиком, расположенным в отверстии охлаждаемой оправы, контактирующим с ее поверхностью, и соединенным с приводом вращения, при этом отражающая поверхность вспомогательного зеркала перпендикулярна к оси симметрии хвостовика, причем точка пересечения оптической оси лазера с отражающей поверхностью вспомогательного зеркала не совпадает с точкой пересечения оси симметрии хвостовика с отражающей поверхностью вспомогательного зеркала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10