Способ изготовления активного элемента газового лазера

 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при изготовлении газовых лазеров . Цель изобретения - повьппение выхода годных активных элементов и производительности труда. Это достигается за счет изготовления активного элемента лазера в определенной последовательности. Разрядную трубку собирают на калиброванном стержне, натянутом с помощью пневмокамеры. Затем выставляют оболочку с зазором относительно перегородок капилляра и фиксируют ее независимыми друг от друга зажимами. Оболочку сваривают в заданных режимах с перегородками и ножками в защитной среде при вращении разрядной трубки оо скоростью 50-100 о б/мин, Повьппение производительности труда также достигается за счет совмещения операций заварки оболочки с капилляром и ножками 4 ил.

„„®0» 14 l4259 А1 (51) 5 Н 01 S Э/03

H А ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

% „

СОЮЗ СОВЕ ТСНИХ

СОШМЛИСТИЧЕСНИХ .. ф-/" . РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРИТИЙ (46) 23,09.92. Бюл, N 35 (21) 4128697/25 (22) 16.06.86 (72) А. И. Виролайнен, В. А. Грачев, А. М. Кодылев, В. В, Хлыстов и А. Т. 10нин (53) 621. 375.8(088. 8) (56) Патент США В 3516009, кл. 33)-94.5, 1970.

Патент П1А У 3849531, кл. 331«94.5, 1974.

1 (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АКТИВНОГО

ЭЛЕМЕНТА ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА (57) Изобретение относится к кванто-. вой электронике и может быть использовано при изготовлении газовых лазеров. Цель изобретения — повышение выхода годных активных элементов и производительности труда. Это достигается за счет изготовления активного элемента лазера в определенной последовательности. Разрядную трубку собирают на калиброванном стержне, натянутом с помощью пневмокамеры.

Затеи выставляют оболочку с зазором относительно перегородок капилляра и фиксируют ее независимыми друг от друга зажимами. Оболочку сваривают в заданных режимах с перегородками и ножками в защитной среде при вращении разрядной трубки ао скоростью

50-100 об/мин. Повьппение производительности труда также достигается за счет совмещения операций заварки оболочки с капилляром и ножками.

4 ил, 1 :(3(! I P!(((Е 1 ((1Г ((» Е» t(КВ(!!Т: (( (I г ((1(к(!t >" t ет )1(кT ° 1((((О(1Ь )с)lтл (((. ((t .!! !!:l ГО Гс>1(!!! !(313(лК T?3(1((((Х з J! (. ивн

Т(Н !,1 (ОНЫХ ЛЛЗЕР()В, lit! (1! > !т >n(>pPтения являетГЯ пAT(?(».Н.т(ис ныхсд,l Год(и,(х лкт(тт(?((тх элемент((! и произволптелт ности труда, Пл фиг. 1 ЛОклзлнл cõP>3Q сборки и заварки со средствами оснащения лтстиB13с го .JTPèå?tTQ, Р ко Гором ?(o)T T(Q выПОлl(енл Отдел?- н(2 AT нлтсонечникл Оп

T(T((ac((A?A учла; нл фиг. 2 — схема сбс рки и заварки активного элемента., н котором ?тожт(л выпол?тена заодно с ((лт<онечт((тком о;ттическог0 узла," нл (1>ит . .) и 4 — активный элемент н соб-РЛНН(>М ВИДЕ С РЛЗДЕЛЬПОй И СОВМЕЩЕНной конcTpvT(ттиями- ножки !l ня1(Он(.чни" кл оптического узла соотнетствепно, Л>с т(113(111133 элеМЕНт ГЛ зО БОГО лл"-. Åpÿ нз го т QT)s(FTTT Q(n T следующим Об>разом.

С(тлчллл изгoтлвливл:от отдель!!1 (е узлы и детали, очшцлтот и отжиглют по технологии, принятой в электронной

TTpo(tt (t((TTeF3T3oc ТН, затем собирая>т и заН 3 Г(133 с)10T с>т(ТИВНЫЙ ЭЛЕМЕ?3 Т о СбОР?СЛ 11 злв Ярк л з лключлются в с)тедутощс*.? t „ I.Q клттилляре 1, предварительно сл (р .u?m!1 с герметичной перегородкой 2. устлнлнливают ттругуто негерметичну(о перегородку 3 (их может быть несколько в зависимости От длины капилляра) и закрепляют ее с помощью разрезлн-. цои вдоль Образу((цщей гофрировлттной цилиндрической пружины 4. Пружш л,.

>л.)резлттнля вдоль образ лощей, Обеспе-;ИнаЕт ?(ЛДЕжт(ОЕ КРЕПЛе".(ИЕ СЛПИЛЛЯРЯ

TToTTepe<3?3n(3 (рлдилльпом) направлении при различных допусках на стекл?пп(ые детали и свобод.тое перемещение капилляра вдоль оси при нагревании в работая)щеи приборе, tTo иск(лточлет его изгиб, обеспечивая высокук очиос и. По параметру — п.>?((толи(те(11(ость, л, "лед(эвательно, макс(1.(яльную иощ?то(.ТЕ р ПО МО(™С?ТОСТ!3 УCTQETRB Jt?ptñ1Ð Г(Я >

Н ) C HAD HAÌ ТЗЫХОД ГОД?(ЬГ)(с1!(т Итт! .(зт;С эг.ементов, 3((УТ3)Ь К аl(ИЛЛЯРст БС Гсанл>ПОТ Ксlлиб ровлнный по диаметру стержень 5, выполненный, к;.к правило, из тугопланких металлов. Собранный капилляр

БС Г QB JTFT(OT B О б(2ЛО чку 6 1 11Q 1((2131)Я)с 3JTJtFt pQ !2! (Тли сll((!13?(а(от Ножки 7, 10(! тт(р у?от их ll Q 1(p(пл?!(От т(я с "елен .. (ЛОМ(>ЩЬЮ (1>и?(сQTOPAB С> и HQ КЛП11ЛЛЛ ре (.. ((О1 Ь1(tt(!!0 Офр И1>011л(тньтх Тт?тл (?т((!1)(t (3cск31х;2;1",!)L (л!((!ых Бдо)>ь ()бра ау(-(ц(й

ЗО

Ф

j(Q

50 и 5

;;1 ужнн (1, 11ружннь(2 (» ((л;г!! "!! . (pу " жннлм 4 TIA F(O(3(: Tðó(! (3!3(3 И ОТЛИ (QY>T(3!l толькО длиной. (>()ОлОЧ!с и 1!(>я(к,t Рt!c—

МЯННО ГP pMCTH333p>t>OT С ттомощьк> Y()QY,— силльных втулок 1(2.

Герметизация временная потс му, что Она осуществляется только нл время заварки (Окот(Нательная герметизация выполняется после откачки и наполнения путем отпайки пттеттгеля).

Цель временной герметизации — зат(рыть объем и обеспечить избыточное длнление защитного газа внутри оболочки пр?3 формиронлни?3 цтва, исключить окисление внутренней металлической арматуры активного элемента путем замены воздуха на инертный глз (Л"., He, Че и др,) или защитный (N ) .

Гермет?тзлция осуществляется с помощью коаксиальньтх втулок. С каждого конца разрядной трубки их может быть. две или три, что позволяет путем нзаимнс)го перемещения добиться герметизации 1(езявисииого от величины допуска на размер (в основном на длину) оболочки, капилляра и ножки. При этом тзттутретт!(яя втулка может соединяться клк с ножкой непосредственно, так и через фиксатор (2,, Собранную таким образом трубку устананлинлют в станке и злкреттляют концы стержня 5 в ттлтронах 11 r.тя?ткя, 11атттгинают стержень в Станке снача,ла путем перемещения подвижной бабки, а после ее стопорения окончательно натягивают с помощью пневмокамеры

12с Пневмокамерл при длглении сжатого воздуха 3-6 лтм позволяет обеспечить постояттное натяжение вращающегося стер>кня 5, а, следовательно, и его прямолинейность в течение всего тзремени тепловой обработки трубки (TTpH, сварке оболочки с перегородками

КЯПИЛЛ?ТРЯ И НО)ККсзитт), ПРИ КОТОРОЙ стержень, нагреваясь, увеличивается в длину ня 1-> и((.

31иаплзо?1 давлений 3-6 Ятм определяется необходимостью натяжения стержня и зависит, в основном, от диаметра калиброванного стержня, с помощью которого обеспечинается прямолитейность внутреннего диаметра капилляра.

В практике тттттроко использу)отся стерж1t tFtTQ(;-:P!. Tpo. :!3 1 -4 3М4!!, При давлениях менее 3 Ятм пе обеспечивается необходимое 13лт?тже?тие стержня (200

25П кг), а, следовательно, заданная

ТОЧl(ОСТЬ ПО ПРЯМОХТВНЕЙНОС ТИ, РЯВНЯ Я

3 141425

О, 1 мм ня 1000 мм I!!IIIE»bi (с у тетом

Hpся разряд»»ой трубки) . При давлениях более 6 ятм стержень обрь»вяется, как правило, при его нагревании во

5 время сварки стекла.

После натяжения стержня 5 фиксируют оболочку 6 в держателе 13 станka c помощью неэависимь»х друг от дру— га зажимов 14, выставляя оболочку 6 с зазором 0,5-2 мм относительно перегородок капилляра 1. Независимые друг от друга зажимы 14 (по три зажима по периметру оболочки в двух местах) позволяют закрепить оболочку

6 с зазором 0,5 - 2 мм и исключить давле»»ие оболочки на натянутый стержень 5, т.е. исключить его прогиб, а, следовательно, обеспечить высоку»а точность по прямолинейности капилляра 1 и, как следствие, получить максимальную мощность излучения. Величина зазора определяется допусками как исходного материала (стеклянных трубок, изготовленных по ГОСТУ: на диа- 25 метр, эллипсность, непрямолияейность, толщину стенки}, так и допусками яа иэготовлеяяь»е детали и узлы.

При зазорах меньше 0,5 мм увеличивается брак вследствие возможного воздействия оболочки 6 на стержень 5, приводящее к искривлению капилляра 1, а при зазорах более 2 мм увеличивается брак из-за снижения механической прочности оболочки 6 вследствие образования провалов в местах сварки. Соединяют резиновым шлангом штангели

l5 трубки или штуцеры 16 герметизирующих втулок с резервуаром газа (металлическим баллоном, например, арго- 4О ном), вводят защитный газ (или инертный) для защиты внутренней арматуры от окисления и формования сварного шва, В качестве защитного газа применяется, как правило, азот, а прн 45 близко расположенных металлических деталях от сварного шва применяется инертный газ, например аргон, избыточное давление которого составляет

0,01-0,03 атм. Разброс давления объясняется уровнем герметизации вращаю— щейся оболочки и возможностью формирования сварного швя.

При давлениях менее 0,01 атм плохо формуется сварной шов, могут быть провалы, острые углы, непроваренные участки, при давлениях больше

0,03 атм увеличивается воэможность разрушения стенки (прорыв стекла). В том и друг< м < лучяях I»a(!II

Готовую трубку снимают со станка, освобождают ее от герметизирующих коаксиальных втулок, стержня, фиксаторов и сначала на оптической скамье сваривяют ее с наконечниками оптических узлов 17, а эатем яа специальном станке приваривают оптические окна

18. После этого трубку откачивают, наполняют рабочими газами, например

Не и Ne, окончательно герметизируют путем вакуумной отпайки штенгелей и получают готовый активный. элемент, показанный на фиг. 3.

В гязовь»х лазерах имеются конст» рукции активных элементов со сварными оптическими окнами, содержащими переход кварц-стекло, в которых ножка выполнена заодно с наконечником оптического узла (фиг. 2 и 4). Способ изготовления активного элемента применительно к этому варианту конструкции отличается изменением отдельяых операций и введением новых.

Ня капилляре, собранном яа калиб» ровянном стержне с герметичной и негерметичной перегородками„ и введенном в оболочку, устанавливают наконечники.оптических узлов, вь»полнея» ные заодно с ножками 19, и осуществляют сборку.

Для выставления наконечников оптических узлов без разворот.» брюстеровских плоск< стей и исключения отклонений от угля Брюстера юстнруют наконечники оптических узлов по фиксаторам 20 о брюстеровск»»ми углами, 5 14

Ыгггсятор11 20 1311стявлегют »О призма:1

21 ст1133кя, ггрящя10т трубку, уегелглчглвал скорость врягцення за 0-30 с От О до

50 100 Об/мин и сварйвают при этой скорости оболочку IIo режимам, а»алогичным первому вярия»ту способа.

Вращение трубки начиняют не сразу со скоростью 50-100 об/мин, а постепенно увеличивая скорость зя 10-30 с от О до 50-100 об/мин, чтобы исключллть разворот,.возникающий вследствие неодновременного начала вращения щпинделей станка (в приводе имеются зазоры).

Пример 1, Изготавливают аКтивный элемент длинномерного гелийнеонового лазера,длиной 1500 мм, диаметром оболочки 50 мм, внутренним ди-а1!етром разрядного капилляра 4,1 мм при его длин= 1390 мм с разцеленными нЬжкой и наконечником оптического jjBJ1Q q ЯЗГОТО.сгЛЕПНЫЕ БЭЛЫ И ДЕТалИ собирают следугогглим образом.

На капилляре, .сваренегом.с Герметигной перегородкой (диаметром

43 мм). устанавливают негерметичные (с отверстглями) перегородки и закрепляют их на капилляре с помощью втулкИ. Внутрь капилляра вставйяют стержень диаметром 4,0 мм. Собранный капилляр вставляют в оболочку. На е, пцах капилляра устанавливают ножки,„ закрепляют их с помощью фиксатора на стержне и пружин на капилляре. Оболочку и ножки герметизируюГ втулками.

Собранную трубку устанавливают в

c" Ганке и закрепляют коглцы стерне!я в . атронах станка. Нятлгивают стержень в станке сначала с помощью подвижегдгл бабки, а .!атем с помощью пневмокймеры. После 13атяжешгя стержня фиксируют оболочку в держателе станка с помощью независимых зажимов, выставляя оболочку с зазором 0,5-2 мм отнбсительно перегородок капилляра.

Соедипяют резиновым щлангогг штенгеля с резервуарог! защитного газа и подагог гаэ с избьгто гньгм давлением 0,01

О, 03 a I I i 11»утрь Оболочки ь Включают вращение 11зделия и при скоростгл

60 об/мин производят поочередно свар-. ку оболочки сначала с негерметичными перегородкаг311, зятем с герметичной.

Освобождегют оди» конец оболочки от зажимов дЕ-. р"!IITPJTs! се!има10т держатель и свячгпгают этот к013ег! Оболочки с ножкО й, С1!Ов я 11ядевегю Г Держатель и фиксируют сваре»»ый ко»вц Оболо гки

14259 3, з гвисимыми зажимя1. „С133лмаь — Г другой стороны держатель с зажегмямгл и сваривают второй конец Оболочки с

5 другой ножкой.

В дяльнейпгем оболочку соединяют

С НЯКОНЕЧНИКЯМИ ОПТИЧЕСКИХ УЗЛОВ, узлы соединяют с окнами (зеркалами), откачивают, наполняют и окончательно герметизируют активный элемент.

Пример 2. Изготавливают активный элемент гелий-неонового лазера длиной.916 мм, наружным диаметром оболочки 50 мм, внутренним диаметром разрядного капилляра 3,6 мм при его длине 800 мм с совмещенными ножкой и наконечником оптического узла. Изготовленные заранее детали и узлы собирают следующим образом.

2g На капилляре, сваренным с герметичной перегородкой (диаметром 43 мм), устанавливают негерметичные (с отверстиями) перегородки и закрепляют их иа капйлляре с помощью пружин. Внутрь

28 капилляра вставляют стержень диаметром 3,5 мм. Собранный капилляр вставляют в оболочку, .На концах капилляра устаелявйива!0Т наконечники оптических узлов, закрепляют их с помощью фикса;30 торов на стеряеге и на капилляре с помощью пружин., собранные в оболочке капилляр и наконечники оптических узлов временно герметизируют с помощью .втулок и фиксаторов с брюстеровскими углами. Собранную и герметизированную трубку устанавливают на. станке и закрепляют стержень 5 в патронах станка. Натягивают стержень в станке сначала правой бабкой, а затем с помощью

40 пневмокамеры станка. Оболочку 6 закрепляют зажимами, юстируют наконеч". ники оптических узлов по фиксаторам. с брюстеровскими углами, фиксируют по коглтрольггым призмам станка и эа4„, крепляют их в съюстированном положении на стержне. Соединяют резиновым шлангом штенгели на оболочке и резервуар с инертным газом и подают газ внутрь оболочки (давление 0,01

0„03 атм). Включают вращение изделия, увеличивая скорость вращения за 1030 с От О дО 60 Об/мепг,. Проиэводегт поперечно сварку оболочки сначала с негерметичной пе рего родкой 3, затем с герметичной, снижают скорость вращения до 0 освобождают, например, ггравый конец оболочки от держателя и сваривают его с наконечником оптического узла.

7 1 I 4

Изменяя скорое т ь в ращения н;.. н включении от О до 60 об/мин и выключении от 60 ой/мин до 0 сваривают ножку с оболочкой, снова надевают

5 держатель на станок и закрепляют.заваренный конец оболочки независимыми зажимами. Снимают с другой стороны держатель с зажимами и сваривают второй конец оболочки с другим наконечником оптического узла по тем же режимам, что и для первого узла.

Готовую разрядную трубку снимают со станка, освобождают от втулок, стержня, фиксатора, соединяют r. ней с помощью сварки оптические окна. В дальнейшем трубку откачивают, наполняют рабочим газом (Не-Юе смесью), окончательно герметизируют путем отпаивания штенгелей и получают готовый 2р активный элемент.

Таким образом, способ изготовления активного элемента газового лазе,ра позвопяет повысить процент выхода годных изделий за счет того, что обе- 25 спечивается прямолинейность разрядного капилляра путем раздельного крепления капилляра и оболочки„ Капилляр . расположен на калиброванном стержне, концы которого закрепляются вне ак- gp тинного элемента, например, в станке с помощью пненмокамеры. Оболочка закрепляется с зазором относительно перегородок, расположенных на капилляре, что исключает влияние веса оболочки на длинный калиброванный стержень. малого диаметра, сила натяжения котоI рого ограничивается пределом его прочности. Кроме. этого, раздельное крепление оболочки и капилляра ис- 4п ключает влияние больших допусков на стеклоизделиях по диаметру, эллипсности, непрямолинейности баллона, несоосноети капилляра и перегородок и т.д. т.е. независимо от этих величин внутренний диаметр разрядного капилляра остается после заварки прямолинейным, что обеспечивает получение максимальной мощности излучения. При этом установлено, что отклонение от 5< прямолинейности на 0,15 мм на длине

500 мм и диаметра 2 ым снижает мощность излучения íà 107.

Обеспечение прямолинейности капилляра и точной ориентации брюстеровс-. ких плоскостей приводит к повышению технологического выхода годных приборов на 20-ЗОХ по мощности излучения при одновременном упрощении техноло2 ">Ч гни, 13t;,.;»:.>é яоснронзвопимости ренульT lтов независима от величины допусков исходных заготовок.

За счет совмещения операций одновременной сварки перегородок и ножек повышается .производительность труда н 2-3 раза.

Получение оптимальнс и мощности, высокой точности изготовления, повышение производительности труда и технологического выхода годных приборов позволяет использовать способ при изготовлении Нe-Ne лазеров большой мощности — коаксиальных длинномерных активных элементов с повышенной надежностью при эксплуатации в жестких механоклиматических условиях. формула изобретения

Способ изготовления активного . элемента газового лазера, включающий сборку оболочки с капилляром разрядной трубки с помощью калиброванного по диаметру стержня, герметичное соединение оптических элементов с разрядной трубкой, откачку, наполнение и герметизацию, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что,.с целью повышения выхода годных активных элементов и производительности труда, перед герметичным соединением оптических элементов с разрядной трубкой на капилляре устанавливают по крайней мере одну герметичную перегородку и негерметичные перегородки, при этом герметичные перегородки закрепляют жестко, а негерметичные с помощью разрезанных вдоль образующей гофрированных цилиндрических пружин, калиброванный стержень вводят в капилляр, собранный узел вводят в оболочку, затем на концах разрядной трубки устананливают ножки, юстируют и закрепляют их с помощью фиксаторов и разрезанных вдоль образукнщей гофрированных цилиндрических пружин, герметизируют оболочку с помощью коаксиальных втулок, устанавлива.ат трубку на станке, натягивают стержень с помощью пневмокамеры с давлением сжатого воздуха 3-6 атм, . выставляют оболочку с зазором относи» тельно перегородок капилляра и фиксируют ее г двух сторон независимыми друг от друга зажимами. вгодят защитный газ с и-.áыточным давлением

0,01-0,03 атм внутрь оболочки, вращают трубку со скоростью 50-100 o6/мин, о

14 !!>ц! --...1то!! сваривл!!д ободочку Во н;....,;и: тpy,, r..íÿ÷ÿëà с негерметичными, латам с герметичним!!:перегородками клннл7лЯра > освобождл!07 Один конец обо лычки от зажимов „сварива!от его с

) 4? 5 . !о l:>ж ко I 1 и снова э«1к p:..:.3.чян)ч у 0 с < >t. ождл ! от второй конец оболочки и свлривлк>т его с другой ножкой, снимамт герметивирунлцие колксиальные втулки и калиб3 рованный стержень.

Составитель В. Денников

Редактор Т. Горячева Техред. И.Ходанич КорректорИ. Пожо

Заказ 4058

Тираж Подписное

ВИИИПИ Госуда;"твенного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственнс -полиграфическое предприятие, г, У тороп, ул. Проектная, 4