Способ изготовления активного элемента газового лазера с внутренними зеркалами

Изобретение относится к технологии изготовления активных элементов с внутренними зеркалами для двухчастотных стабилизированных газовых лазеров. Оптические узлы с зеркалами перед отжигом и после отжига помещают в магнитное поле с поперечной составляющей перпендикулярной оси активного элемента величиной 0<Н≤50 мТ. Определяют направление наведенной поперечной составляющей магнитного поля, делают метку. Ориентируют узлы до совпадения меток. Запайку оптических узлов осуществляют при положении меток на оптических узлах, соответствующих совпадению направлений поперечных составляющих магнитного поля. Технический результат - создание способа изготовления активного элемента с внутренними зеркалами с устойчивыми поляризационными свойствами лазерного излучения. 2 ил.

 

Изобретение относится к технологии изготовления активных элементов с внутренними зеркалами для двухчастотных стабилизированных газовых лазеров и может быть использовано в газоразрядной технике и микроэлектронике.

Известен способ изготовления активных элементов, включающий сборку оболочки с электродными и оптическими узлами, откачку, наполнение и отпайку при герметизации окон Брюстера с помощью стеклоцемента (см. Варшал В.Т. и др. Стеклокристаллические цементы и их применение для спаивания деталей оболочек, электровакуумных приборов. - "Электронная техника", сер.10, вып.9, 1966, с.233-238). Стеклоцемент позволяет повысить температуру обезгаживания во время откачки. Окна Брюстера задают поляризацию выходного излучения.

Недостатком способа является низкий процент выхода годных изделий из-за низкой воспроизводимости технологического процесса герметизации и снижения мощности излучения, что связано с наличием механических напряжений в окнах. Кроме того, к недостаткам изготовления активного элемента следует отнести то, что излучение лазера на всех модах имеет одну и ту же поляризацию, что нельзя использовать для стабилизации частоты без модуляции излучения (изменения длины резонатора).

Известен способ изготовления активного элемента с внутренними зеркалами для двухчастотного стабилизированного лазера. Способ заключается в изготовлении элементов лазера, закреплении их внутри оболочки, юстировке, откачке объема оболочки и наполнении его рабочим газом. Одно из зеркал выполнено фазоанизотропным и представляет собой подложку с нанесенными на нее диэлектрическими слоями. Выполнение ряда параллельных пазов на поверхности подложки или одного из диэлектрических слоев зеркала позволяет создать необходимую величину фазовой анизотропии. (См. авт. свид. СССР №1639375, кл. H 01 S 3/13, опубл.1992 г.).

Недостатком данного способа изготовления активного элемента является низкое значение выходной мощности активного элемента, поскольку нанесение гофрированного слоя при его большой глубине не позволяет получить мощность, наибольшую при данной длине активного элемента. Уменьшение глубины слоя не позволяет получить устойчивую поляризацию активного элемента.

Наиболее близким способом к заявленному является способ изготовления активного элемента газового лазера с внутренними зеркалами, включающий изготовление конструктивных элементов, отжиг, заварку, запайку оптических узлов, термическое окисление катода в кислороде, откачку объема и наполнение его рабочим газом. Перед сборкой активного элемента катод подвергают отжигу в вакууме не хуже, чем 5.10^-5 мм рт. ст. и температуре от 400 до 450°С в течение 3-5 часов. (См. пат. РФ №2012943, кл. H 01 J 9/02, опубл.1994 г. - прототип).

Недостатком данного способа изготовления активного элемента является то, что активный элемент имеет поляризацию нередко хаотическую, либо линейную вращающуюся, либо линейную неустойчивую для каждой моды лазерного излучения.

Таким образом, поляризация в активном элементе с внутренними зеркалами для каждой из продольных мод может быть неустойчивой, что не позволяет использовать такие активные элементы в частотно-стабилизированных лазерах. Кроме того, общим недостатком всех известных способов является невысокий процент выхода годных активных элементов.

Задача изобретения - создание способа изготовления активного элемента с внутренними зеркалами с устойчивыми поляризационными свойствами лазерного излучения.

Технический результат будет получен за счет влияния магнитного поля с поперечной составляющей перпендикулярной оптической оси лазера, которая позволяет создать фазовую анизотропию в активном элементе с внутренними зеркалами, обеспечивающую устойчивую поляризацию лазерного излучения.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе изготовления активного элемента с внутренними зеркалами, включающем изготовление конструктивных элементов, отжиг, сборку, заварку, запайку оптических узлов, юстировку, откачку и наполнение рабочим газом, перед отжигом и после отжига оптические узлы из магнитного материала с зеркалами помещают в магнитное с поперечной составляющей перпендикулярной оси активного элемента поле величиной 0<Н≤50 мТ, определяют направление наведенной поперечной составляющей магнитного поля оптических узлов и делают метку, ориентируют оптические узлы с зеркалами до совпадения меток, а запайку оптических узлов осуществляют при сохранении положения меток, соответствующих совпадению направлений поперечных составляющих магнитного поля.

Помещение оптических узлов с зеркалами перед отжигом и после отжига в магнитное поле, ориентированное перпендикулярно оптической оси лазера, ориентирует диполи молекул покрытия зеркал вдоль силовых линий магнитного поля и задает направление одной из поляризаций, другая поляризация по свойствам активной среды будет ортогональной.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения. А определение из аналогов прототипа позволил выявить совокупность существенных по отношению к техническому результату отличительных признаков, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответсвует требованию "новизна" по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений, результаты которого показывают, что заявленный способ изготовления активного элемента газового лазера с внутренними зеркалами не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку не выявлено влияние магнитного поля с поперечной составляющей на оптические узлы с зеркалами, выполненные из магнитного материала, таким образом, что создается фазовая анизотропия активного элемента с внутренними зеркалами, обеспечивающая устойчивую поляризацию лазерного излучения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "изобретательский уровень" по действующему законодательству.

Заявленный способ поясняется фиг.1 и фиг.2:

- на фиг.1 представлено положение поляризации излучения в контуре линии усиления при перестройке длины волны излучения;

- на фиг.2 представлены зависимости интенсивностей ортогонально-поляризованных мод от расстройки резонатора.

Способ осуществляется следующим образом.

Изготавливают конструктивные элементы, перед отжигом и после отжига оптические узлы, выполненные из магнитного материала, с зеркалами помещают в магнитное поле с поперечной составляющей перпендикулярной оси активного элемента, величина магнитного поля 0<Н≤50 мТ. Намагниченные узлы отжигают в вакууме при t=450°C. После чего определяют направление наведенной поперечной составляющей магнитного поля и делают метку на оптических узлах, ориентируют узлы до совпадения направлений поперечных составляющих (меток), затем осуществляют сборку, заварку, а запайку оптических узлов осуществляют при сохранении положения поперечных составляющих магнитного поля, после чего зеркала юстируют, объем активного элемента откачивают и наполняют рабочим газом.

Положение и устойчивость поляризаций проверяется по сканирующему интерферометру и осциллографу или используется поляроид и двухкоординатный самописец.

Введение намагничивания и ориентации оптических узлов с зеркалами позволяет застабилизировать положение поляризаций для каждой из мод активного элемента лазера и, соответственно, использовать эти активные элементы для частотно-стабилизированных лазеров.

На фиг.1г показано положение ортогональных мод активного элемента с внутренними зеркалами при устойчивых поляризациях; фиг.1а,в - неустойчивые положения поляризаций; фиг.1б - перескок поляризаций в центре контура.

Активные элементы, имеющие характеристики фиг.1б,г, пригодны для стабилизации, поскольку частота I_δ и I_π занимают свою часть контура.

Фиг.1в,а - не пригодны для стабилизации лазера.

На фиг.2 показана интенсивность каждой из поляризаций при перестройке по контуру I1N(ξ), I2N(ξ) занимают часть контура и, хотя в таком случае возможна стабилизация частоты, однако, поляризация лазерного излучения может быть неустойчива. Зависимость I(ξ) от расстройки резонатора (ξ) имеет плавную характеристику, что позволяет получить устойчивую поляризацию.

Применение предлагаемого изобретения позволяет повысить процент выхода активных элементов для частотно-стабилизированных лазеров на 90% и, соответственно, процент выхода годных приборов на 90%.

Приводим пример активного элемента газового лазера с внутренними зеркалами, изготовленного заявленным способом.

Длина активного элемента - 125 мм.

Диаметр капилляра - 0,8^+0,05 мм.

Наполнение -1:10 тор ²⁰Ne-³Не.

Оптические узлы с зеркалами намагничивают до 20 мТ.

Отжигают в вакууме при Т=400-450°С.

Повторно намагничивают оптические узлы с зеркалами до 20 мТ.

Определяют направление наведенной поперечной составляющей магнитного поля и делают метку на оптическом узле.

Ориентируют узлы до совпадения меток.

Запайку узлов проводят при сохранении меток.

Расстояние между ортогональными модами ≈1100 МГц и поляризация устойчива, что позволило выпускать лазер ЛГН-304.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость" по действующему законодательству.

Способ изготовления активного элемента газового лазера с внутренними зеркалами, включающий изготовление конструктивных элементов, отжиг, сборку, заварку, запайку оптических узлов, юстировку, откачку и наполнение рабочим газом, отличающийся тем, что перед отжигом и после отжига оптические узлы из магнитного материала с зеркалами помещают в магнитное, с поперечной составляющей перпендикулярной оси активного элемента, поле величиной 0<Н≤50 мТ, определяют направление наведенной поперечной составляющей магнитного поля и делают метку, ориентируют узлы до совпадения меток, а запайку оптических узлов осуществляют при сохранении положения меток, соответствующих совпадению направлений поперечных составляющих магнитного поля.