Резонатор лазера

 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в различных конструкциях лазеров. Изобретение направлено на повышение деформационной устойчивости и, в частности устойчивости к разъюстировке при механических и термических воздействиях, в том числе и несимметричных. Резонатор лазера содержит несущую конструкцию, выполненную в виде двух плит с закрепленными на них зеркалами, связанными между собой стержнями, и снабженную опорами, при этом несущая конструкция установлена опорами на основании, опоры размещены на торцах плит, при этом две из опор расположены на оси выходного луча, причем первая опора установлена под выходным зеркалом и выполнена неподвижной относительно основания, а вторая размещена на противоположной плите и выполнена подвижной относительно основания только вдоль оси выходного луча, а остальные опоры выполнены с возможностью их перемещения в плоскости основания. Кроме того, опора под выходным зеркалом может быть выполнена в виде шарика, размещенного между двумя конусными поверхностями, одна из которых выполнена в плите, а другая - в основании, а опора, подвижная вдоль оси выходного луча, может быть выполнена в виде двух тел вращения, закрепленных на плите или основании, охватывающих направляющую, установленную на основании или плите. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в различных конструкциях лазеров.

Известен оптический квантовый генератор, резонатор которого содержит четыре активных элемента и промежуточные отражатели, каждый из которых состоит из двух взаимно перпендикулярных зеркал (см. авт.св. СССР N 538649, H 01 S 3/081, 1992). Недостатком известного устройства является сложность конструкции и вызванная ею сложность юстировки оптических элементов, а также ограниченность использования, т.е. известный резонатор должен содержать по крайней мере четыре активных элемента.

Известен лазер, в котором резонатор выполнен в виде каркаса из планок, установленного на опорах на массивном основании, а внутри каркаса установлены активные элементы и отражающие зеркала (см. патент США N 4468777, H 01 A 3/08, НКИ 372-107, 1984). Недостатком известного устройства является его недостаточная деформационная устойчивость, сложность конструкции и юстировки оптических элементов.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности и достигаемому результату является резонатор лазера, известный из авт.св. СССР N 1391420, H 01 S 3/08, 1990. Для обеспечения устойчивости резонатора к разъюстировке при механических воздействиях, он выполнен в виде установленной на опорах несущей конструкции, включающей две плиты с закрепленными на них зеркалами, связанные между собой стержнями. В плитах имеются крепежные отверстия, которыми резонатор жестко крепится на каком-то основании.

Недостатком известного устройства является слабая деформационная устойчивость при несимметричных или локальных механических или термических удлинениях основания, на котором установлен резонатор, что приводит к разъюстировке резонатора. Например, даже при одинаковом нагреве стержней, они будут иметь разные возможности расширения и вследствие этого плиты начнут смещаться, а при нагреве как изгибе одного или двух стержней, стягивающих плиты, последние начнут смещаться относительно друг от друга с изменением их взаимного углового расположения и будут располагаться не строго параллельно друг другу, а со смещением на некоторый угол, что в свою очередь и приведет к разъюстрировке резонатора.

Заявляемый в качестве изобретения резонатор лазера направлен на повышение деформационной устойчивости и, в частности, устойчивости к разъюстировке при механических и термических воздействиях, в том числе и несимметричных.

Указанный результат достигается тем, что резонатор лазера содержит несущую конструкцию, выполненную в виде двух плит с закрепленными на них зеркалами, связанными между собой стержнями, и снабженную опорами, при этом несущая конструкция установлена опорами на основании, опоры размещены на торцах плит, при этом две из опор расположены на оси выходного луча, причем первая опора установлена под выходным зеркалом и выполнена неподвижной относительно основания, а вторая размещена на противоположной плите и выполнена подвижной относительно основания только вдоль оси выходного луча, а остальные опоры выполнены с возможностью их перемещения в плоскости основания.

Указанный результат достигается также тем, что опора под выходным зеркалом выполнена в виде шарика, размещенного между двумя конусными поверхностями, одна из которых выполнена в плите, а другая в основании.

Указанный результат достигается также тем, что опора, подвижная вдоль оси выходного луча, выполнена в виде двух тел вращения, закрепленных на плите или основании, охватывающих направленную на основании или плите.

Отличительными признаками заявляемого резонатора лазера являются: - установка несущей конструкции опорами на основании; - размещение опор на торцах плит; - размещение двух из опор на оси выходного луча; - установка одной из опор под выходным зеркалом резонатора; - выполнение опоры под выходным зеркалом неподвижной относительно основания; - выполнение второй из опор, размещенной на оси выходного луча, подвижной относительно основания вдоль упомянутой оси; - выполнение остальных опор с возможностью их перемещения в плоскости основания; - выполнение опоры под выходным зеркалом в виде шарика, размещенного между двумя конусными поверхностями, одна из которых выполнена в плите, а другая в основании; - выполнение опоры, подвижной вдоль оси выходного луча, в виде двух тел вращения, закрепленных на плите или основании, охватывающих направляющую, установленную на основании или плите.

Установка несущей конструкции опорами на основании, размещение опор на торцах плит и выполнение части из них подвижными в плоскости или вдоль оси выходного луча позволяет механически "развязать" несущую конструкцию резонатора от остальных узлов лазера и исключить передачу на нее механических воздействий, что снижает возможность разъюстировки резонатора, поскольку вся несущая конструкция будет перемещаться как единое целое.

Расположение двух из опор вдоль оси выходного луча и выполнение одной из них, размещенной под выходным зеркалом, неподвижной, а второй, размещенной на противоположной плите, с возможностью перемещения вдоль оси выходного луча, позволяет, как показали эксперименты, практически исключить разъюстировку, вызываемую как внешними механическими воздействиями, так и нагревом резонатора. Достигнутый результат можно объяснить тем, что вследствие указанного выполнения опор исключаются угловые деформации резонатора, приводящие к каким-либо смещениям оси выходного луча, поскольку эта ось как бы "закреплена", т.е. в области прохождения оси выходного луча резонатора может деформироваться только вдоль этой оси.

В то же время за счет выполнения остальных опор подвижными в плоскости основания, резонатор может беспрепятственно расширяться в случае нагрева по любым направлением от оси луча, сохраняя при этом свою геометрическую форму, что и предотвращает резъюстировку резонатора.

Выполнение опоры под выходным зеркалом в виде шарика, размещенного между двумя конусными поверхностями, одна из которых выполнена в плите, а другая в основании, представляется наиболее простым и позволяет обеспечить повышение устойчивости резонатора к разъюстировке, т.к. позволяет изменять угловое положение несущей конструкции как целого относительно основания.

Выполнение опоры, подвижной вдоль оси выходного луча, в виде двух тел вращения, закрепленных на плите или основании, охватывающих направляющую, установленную на основании или плите, является наиболее простым вариантом реализации, также позволяющим смещаться несущей конструкции относительно основания в направлении, перпендикулярном плоскости основания. При этом возможны два варианта реализации. В одном случае тела вращения закрепляются на плите, а направляющая на основании, а в другом - тела вращения закрепляются на основании, а направляющая на плите. Для достижения заявленного результата оба варианта являются эквивалентными.

На фиг. 1 схематично представлен резонатор в плане, вид сверху (пунктиром показан ход пучка излучения); на фиг. 2 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1, вариант реализации опоры, подвижной вдоль оси выходного луча, в виде двух шариков как тел вращения, охватывающих направляющую в виде двугранной призмы; на фиг. 4 - разрез А-А на фиг. 1, вариант реализации опоры, подвижной вдоль оси выходного луча, в виде двух роликов, охватывающих направляющую в виде круглого (овального) стержня.

Резонатор лазера содержит несущую конструкцию, которая представляет собой плиты 1 с закрепленными на них зеркалами 2, одно из которых, обозначенное 2', является выходным. Плиты жестко соединены стержнями 3, которые могут быть выполнены сплошными или полыми. Несущая конструкция снабжена опорами и установлена на основании 4, которое может быть выполнено в виде плиты (см. фиг. 2-4) или нескольких подпятников (по числу опор), связанных соединительными элементами - стержнями или уголком (не показано), т.е. заявляемый резонатор представляет собой как целое несущую конструкцию с опорами, которая размещается на любом основании. Опора под выходным зеркалом расположена на оси выходного луча 5 и выполнена в виде шарика 6, размещенного между двумя коническими поверхностями 7, одна из которых выполнена в плите, а другая в основании. Вторая опора, также расположенная вдоль оси выходного луча, но размещенная на торце противоположной плиты, выполнена в виде тел вращения 8, в качестве которых используются либо шарики (фиг. 3), либо ролики (фиг. 4), охватывающие направляющую 9, выполненную в виде призмы или стержня. Остальные опоры, свободно перемещающиеся относительно основания, могут быть выполнены в виде шариков 10, размещенных в углублениях, выполненных в торцах плит.

Резонатор лазера работает следующим образом. Известным образом возбуждается активная среда, заполняющая резонатор, и возникает стимулированное излучение (на фиг. 1 показано пунктиром), которое проходит между зеркалами 2, закрепленными на плитах 1 и выходит в виде выходного луча 5 через выходное зеркало 2'. В процессе работы объем резонатора разогревается, что приводит к термическому расширению его узлов и деталей. Поскольку две опоры расположены на оси выходного луча, одна, выполненная в виде шарика 6 и конических поверхностей 7 и расположенная под выходным зеркалом, неподвижна, а вторая в виде тел вращения 8 и направляющей 9 может перемещаться только вдоль оси выходного луча, то любые деформации (как термические, так и вызванные внешними механическими воздействиями) резонатора на юстировку резонатора не оказывают. Поскольку остальные опоры обеспечивают свободное перемещение относительно основания, то при нагреве резонатора его геометрические размеры изменяются пропорционально по всем направлениям, что исключает искажение геометрической формы резонатора и исключает его разъюстировку.

Формула изобретения

1. Резонатор лазера, содержащий несущую конструкцию, выполненную в виде двух плит с закрепленными на них зеркалами, связанных между собой стержнями и снабженную опорами, отличающийся тем, что несущая конструкция установлена опорами на основании, опоры размещены на торцах плит, при этом две из опор расположены на оси выходного луча, причем первая опора установлена под выходным зеркалом и выполнена неподвижной относительно основания, а вторая размещена на противоположной плите и выполнена подвижной относительно основания только вдоль оси выходного луча, а остальные опоры выполнены с возможностью их перемещения в плоскости основания.

2. Резонатор по п.1, отличающийся тем, что опора под выходным зеркалом выполнена в виде шарика, размещенного между двумя конусными поверхностями, одна из которых выполнена в плите, а другая - в основании.

3. Резонатор по п.1, отличающийся тем, что опора, подвижная вдоль оси выходного луча, выполнена в виде двух тел вращения, закрепленных на плите или основании, охватывающих направляющую, установленную на основании или плите.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4