Способ изготовления активного элемента газового лазера

 

„.SU„„1416005 (51) 5 Н 01 S 3/034

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИД(-ТЕЛЬСТВО

- *- э (E „" - : «.e „. ".gÓ „". = -» СОДИ ЛИСТИЧЕСНИХ

, "Я.,",: РЕСПУБЛИК

Я .—..-" . .;С -.. рМ ".

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по ДелАм изОБРетекий а ОткР11тий (46) 30.08.92. Бюл. Р 32 (21) 403523 1/25 (22) 07,03 ° 86 (7?) А.П,Бязипев, А.М.Кодыпев, М.А.Медпедепа, В.С.Трусов н Т.В.Холопова (53) 621.3 75.8(088.8) (56) Патент, Франции У 1556409 кл. Н 01 S 1969.

Патент США Р 3555450, кл. 331-945, 1973. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АКТИВНОГО

ЭЛЕ11ЕНТА ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА (57) Изобретение относится к области квантовой электроники и может бьггь использовано IIpH изготовлении актив» ных элементов газовых лазеров. Целью изобретения является повышение мощности излучения и выхода годных активных элементов. Способ заключается в том, что после отпайки активных элементов производят нагрев оптических узлов со скоростью 6- 120 С/мин до температуры 250-540 С, выдерживают при этой температуре 15-90 мин и снижают температуру вначале со скоростью

3-60 С/мин до 200-300 С, затем со скоростью 6-120 С/мин до 20 С. Такая термическая обработка позволяет удалить с внутренней поверхности опти-. ческих окоп пленку, образующуюся во время откачки вследствие распыления материала электродов при всех спосо" бах герметизации окон активных элементов. В активных элементах со сварным соединением оптических окон 5ченьшаются до минимальной величины напряжения, вызванные деформацией тонко-, го окна вследствие разницы давлений внутри откачанного активного элемен- а та и снаружи. Очистка окна и снятие механических напряжений позволяют снизить оптические потери в резонаторе и, как следствие, повысить мощ" . ( ность лазерного излучения, что приводит к повышению процента выхода годных активных элементов. 6 ил. 1 табл.

1 1416005 2

Изобретение относится к области

;квантовой электроники и может быть использовано при изготовлении газовых лазеров. 5

Целью изобретения является повыше" ние мощности излучения и выхода годных активных элементов.

На фиг, 1 приведена конструкция оптического узла с оптическим окном, 10 соединенн.гм клеем; на фиг. 2 — конструкция оптического узла.с оптическим

;окном, соединенным стеклоцементом; на фиг. 3 — конструкция цельносварно- го оптического узла с полым кварцевым15 наконечником; на фиг, 4 — конструкция цельносварного оптического .узла со . сплошным стеклянным наконечником, % на фиг. 5 — зависимость времени выдержки цельносварных стеклянных оптических узлов от толпгнггы оптических окон из ггатериала Л!(-4; на фиг. 6

: графически .изображены режимы нагрева оптических узлов. Режимы нагрева, выдержки и охлаждения оптических уз- 25 лов, представленных на фиг. 1-4,приведены в таблице.

Способ изготовления активного зле; мента газового лазера включает соединение гаэоразрядной трубки 1 с опти- 30 ческими узлами, содержащими выходные окна 2, вакуумную откачку, наполнение рабочей средой н отпайку гаэораэрядной трубки. После отпайки газораэрядной трубки оптические узлы подвергают термической обработке, при этом оптические узлы, герметиэироBGHHlIe стеклоцементом, клеем или оптическим контактом нагревают до температуры теплоустойчивости соеди" кения и выдерживают при этой температуре 15-90 мин, а цельносварные стеклянные оптические узлы нагревают до температуры, соответствующей верхней границе отжига материала окна опти.ческого узла и выдерживают при этой температуре в течение времени, определяемом соотношением т, = а " — 1, где г. — вреггя выдержки, мин; h — толщина выходнбго окна оптического узла, мм, а — экспериментально.определяемая величина, постоянная для пары материалов окно — наконечник оптического узла, удовлетворяющая условию

1,1 6 а ь 1,5.

Введение термической обработки оптических узлов после откачки, наполнения и отпайки газ азрядной трубки позволяет, с одь и стороны, удалить с внутренней поверхности оптических окон пленку, образующуюся во время откачки вследствие распыления материала электродов прн всех способах герметизации активных элементов, и, с другой стороны, в активных элементах со сварными соединениями оптических окон уменьшить да минимальной величины напряжения; вызванные деформацией тонкого окна вследствие разницы давлений внутри откаченного активного лемента и снаружи. Очистка окна и снятие механических напряжений позволяет снизить оптические потери в резонаторе, и, как следствие, повысить мощность лазерного излучений, что приводит к повышению процента выхода годных активных элементов.

Как видно из таблицы, скорости нагрева V и охлаждения V, температура Т и время выдержки t зависят от способа герметизации и материала окон.

Скорость нагрева V (участок 3, фиг. 6) определяется термостойкостью оптических узлов. При скоростях выше

V, = 120 С/мин (см. таблицу) узел

1 разрушается, меньше V, = 6 С/мин снижается производительность, повышается газовыделение оболочки.

Верхний предел температуры нагрева

Т 540 С определяется, во-первых, термостойкостью узла и, во-вторых, возможностью снятия напряжений в стек" лянном окне, соединенном сваркой, т.е, верхней границей отжига для стеклянных окон типа ЛК-4. Преньппение температуры приводит в узлах со стеклянными сварными окнами к их деформации и, следовательно, к снижению мощности, со стеклянными окнами, соединенными стеклоцементом, к разрушению. В узлах с кварцевыми окнами в клеевых соединениях (фиг. 1) приводит к нарушению герметичности, а в сварных соединениях (фиг. 3) — к повышенной гаэопроницаемости кварцевого наконечника оптического узла в нагретом состоянии. При температуре, меньшей 250 С, происходит неполное удаление пленки с поверхности окна.

В этом отношении оптимальным вариантом конструкции являются „ co сварным соединением окон, которые можно подвергнуть обработке при максимальной температуре с целью удаления пленки с внутренней поверхности окна.

1416005

Формула иэ обретения

Дальнейшее повышение температуры нагрева, например, до 540 С для ЛК-4 позволяет снять напряжения в окнах..

Время выдержки 15-90 мин определяется, с- одной стороны, временем. достаточным для удаления пленки (15 мин), с другой стороны, временем, исключающим разрушение узла и дополнительное гаэовыделение для всех типов соединений (90 мин) (участок 4, фиг. 6). Для цельносварных оптических узлов со сте <лянными окнами с целью снятия напряжения нремя вычерки определяется соотношением г. а"-1.

График, представленный на фиг. 5, показывает, что время выдержки возрастает с увеличением толщины окна, причем эта зависимость носит непрямолииейный характер, что очень важно для получения качества выходного окна и активного элемента в целом.

Ограничение времени с = 90 мин связано с тем, что в практике окна из ЛК-4 (К-8) толщиной более 4 мм не применяются, так как дальнейшее увеличение толщины окна приводит к росту оптических потерь в резонаторе и снижению мощности. Величина а определяется экспериментально и является постоянной для определенной пары мате. риалов. Например, для окна ЛК-4 толщиной 1,3 мм (фиг, 4), сваренного лучом лазера с полусферическим наконечником иэ стекла С52-1, она составля- ет 1,25. При выполнении условий этого соотношения практически полностью снимаются напряжения в оптическом окне.

После выдержки температуру узла снижают вначале со скоростью 3

60 С/мин на участке 5 фиг. 6 до температуры 200-300 С, что исключает возникновение напряжений при охлаж" .денни. Затем температуру снижают со скоростью 6-120 С/мин до.комнатной температуры (20oC).

При V 7 60 С/мин увеличиваются напряжения в оптических узлах, что приводит либо к их разрушению, либо к увеличению оптических потерь и, следовательно, снижению мощности.При

Ч (3 С/мин снижается производительность труда.

Аналогично объясняется и скорость

Ч, отличие состоит лишь в том, что при температурах менее 200 С для клео евых соединений окон и менее 300 С е для сварных соединений <; "к ля вник оптичес ких окон «паси«с.т>.. «з никнонения напряжений умен -.шаетс я и, !-.ëåдонат льно, пр лставлястся в«эм:. жным увеличение скорости охлажлен!l÷. Нри

Ч v 120 С/мин увеличиваются яапряжv.— ния н оптических узлах. что прин«, нт либо к р".эрушению, либо к увеличению оптических потерь в окнах и, следовательно, снижению мощности. При о

V3 4 6 С/мин снижается производительность труда технологического цикла герметизации выходных узлов.

Способ иэготовления активного элемента FIe-Ne лаэера со сварным соединением окон из материала ЛК-4 толщиной 1,3 мм (фиг. 4) включает изготовление разрядного капилляра с электродными узлами, очистку, сборку капилляра с электродными узлами и сварку окон ° Сварку окон выполняют с помо" щью луча СО -лазера на специальной установке, герметизиронаниую трубку откачивают, наполняют и отпаивают по штенгелю. Затем активный элемент закрепляют в печи и нагревают оптический уэел со сварным соединением окон толщиной 1,3 ми со скоростью V!

24 С/мин до Т = 540 С, выдерживают при этой температуре 20,2 мин — время гыбрано з соответствии с формулой (t = 1, 25 3 — 1) . После выдержки сниГ,3 жают температуру вначале со скоростью V = 10 Ñ/ìèí, а затем со ско1oc тью V = 15" С/мин до комнатной тем—

1 пературы. После этого эамеряют л.«щность излучения активного элемента.

Испытания активных элементов, изготовленных и соответствии с предложенным способом, показали, что мощность активных элементов возрастает на 15-907. Разброс диапазона определяется типом прибора и условиями температурной обработки. Способ был применен также для восстановления отработавших срок службы активных элементон и опробован на партии приборов. Результаты показали, что мощнос- ь в активных элементах Не-Ие лазеров со сварными окнами восстанавливается практически до первоначальной и активные элементы работают столько же, как и новые.

Способ изготовления активного элемента газового .лазера, включающий соединение разрядной трубки с опти14

Способ герметизации и материал окна

Скорость охлажде" ния V> оС/

Скорость охлаждения

V,, С/мин Температур и время выдержки, С, мин

Скорость подъема

Ч

С/мин

Герметизация с помощью клея К-400 кварцевого окна

20-30

15-20

250-270

15" 20

Герметизация с помощью стеклоцемента, окна иэ оптического стекла ЛК-4

3-4

6-10

380-420

20"30

Герметизация оптическим контактом, кварцевые окна

5-10

10-20

350-450

10-20

Сварка, кварцевые

60-120

30-60

60-120, 400-500

20-30

Сварка, окна из оптического стек" ла К-8

400-450

t а" -1 10-15

15-30

20-30

Сварка, окна иэ оптического стекла ЛК-4

530-540

t а "1 10-15

15-25

20-30 ческнми узлами, содержащими выходные окна, вакуумную откачку, наполнение рабочей средой и отпайку гяэораэрядной трубки, о т л и M а ю шийся тем, что, с целью повьппения мощности излучения и выхода годных активных элементов, после отпайки газораэрядной трубки оптические узлы, соединенные стеклоцементом, клеем ипи оптическим контактом, нагревают до температуры теплоустойчивости соединения и выдерживают при этой

16005 б температуре 15-90 мин, а цельносварные стеклянные оптические узлы нагревают до температуры, соответствующей верхней границе отжига материала окна оптического узла, и выдерживают при этой температуре в течение вре" мени, определяемом соотношением с а" — 1, 10 где с — время выдержки, мин;

ll " толщина выхоцного окна оптического узла, мм, а в (1,1

-1, 5).

14 1 6005

Стеюа С5У- s

СФГЮР СХГ 1

)И ей /(-400

Йпевпацеиен!

41б005