Устройство для юстировки неустойчивого резонатора лазера

 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано в конструкциях мощных лазеров импульсно-периодического действия. Устройство содержит задающий лазер, неустойчивый резонатор. Резонатор образован глухим зеркалом с центральным отверстием и полупрозрачным зеркалом. Задающий лазер установлен за глухим зеркалом соосно с ним. Две пары фотоприемников расположены на взаимно перпендикулярных диаметрах глухого зеркала. Юстировочные элементы расположены в карданном подвесе. Система защиты выполнена в виде двух вращающихся дисков со шторками. Управляющая электронная система включает в себя блок задания частоты следования импульсов основного излучения. Выход блока задания частоты следования импульсов основного излучения связан с входом электродвигателя диска защиты фотоприемников. Выход датчика частоты и фазы вращения диска защиты задающего лазера связан со вторым входом регулятора частоты и фазы вращения дисков. Технический результат - повышение быстродействия защиты юстировочного лазера и фотоприемников от воздействия основного излучения мощного лазера. 2 з.п. 3 ил.

Изобретение относится к области квантовой электроники, а более конкретно - к устройствам для автоматической юстировки лазеров с неустойчивыми резонаторами, и может быть использовано преимущественно в конструкциях мощных лазеров импульсно-периодического действия.

Известно устройство автоматической юстировки неустойчивого резонатора, содержащее вспомогательный юстировочный лазер, установленный за глухим зеркалом резонатора соосно с центральным отверстием в глухом зеркале; две пары фотоприемников, расположенных на взаимно перпендикулярных диаметрах глухого зеркала напротив соосных с ними отверстий в глухом зеркале; юстировочные устройства для угловых перемещений глухого зеркала, блок формирования управляющего сигнала, пропорционального величине разъюстировки резонатора, электрически связанный с фотоприемниками и юстировочными устройствами для угловых перемещений глухого зеркала (см. В.И.Купренюк, И.О.Рыбалко, Б.А.Шебанов, В.Е.Шерстобитов О возможности создания систем автоматической юстировки лазеров с неустойчивыми резонаторами. - Оптико-механическая промышленность, 1976, №9, c.3-5).

Это устройство имеет недостаток, поскольку при высоких мощностях энергии основного излучения (порядка 2·10⁵ Вт/см² и более) известные светофильтры для защиты фотоприемников от воздействия основного излучения разрушаются и система автоматической юстировки выходит из строя.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для автоматической юстировки неустойчивых резонаторов мощных импульсно-периодических лазеров, где предусмотрена надежная защита фотоприемников и юстировочного лазера от воздействия основного излучения. Это устройство отличается от предыдущего введением механической защиты фотоприемников и юстировочного лазера, которая обеспечивается шторками, расположенными на ведущей шестерне и колесе с внутренним зацеплением.

Но такой зубчатый механизм обладает недостатком: он не позволяет обеспечить высоких угловых скоростей колеса и шестерни, а следовательно, не работоспособен в современных мощных газовых импульсно-периодических лазерах, работающих с высокой частотой следования импульсов основного излучения ( ˜ 200 Гц).

Целью предлагаемого изобретения является повышение быстродействия защиты котировочного лазера и фотоприемников от воздействия основного излучения мощного лазера импульсно-периодического действия, работающего с высокой частотой следования импульсов основного излучения.

Эта цель достигается тем, что в устройстве для автоматической юстировки защита юстировочного лазера и фотоприемников выполнена в виде электромеханического устройства, содержащего два вращающихся диска со шторками, расположенными равномерно по окружностям дисков, причем диск защиты фотоприемников установлен соосно глухому зеркалу на валу электродвигателя, в котором выполнено осевое отверстие, а диск защиты юстировочного лазера - на валу другого электродвигателя эксцентрично первому диску между глухим зеркалом и юстировочным лазером, кроме того, в него введена управляющая электронная система для синхронизации импульсов основного излучения с фазовым положением дисков и синхронно-синфазного вращения дисков, включающая в себя блок задания частоты следования импульсов основного излучения, датчик частоты и фазы вращения диска защиты фотоприемников, регулятор частоты и фазы вращения дисков, датчик частоты и фазы вращения диска защиты юстировочного лазера, причем выход блока задания частоты следования импульсов основного излучения связан со входом электродвигателя диска защиты фотоприемников, выход датчика частоты и фазы вращения диска защиты фотоприемников связан с первым входом регулятора частоты и фазы вращения дисков, один из выходов которого управляет запуском основного излучения, а другой связан со входом электродвигателя диска защиты юстировочного лазера, выход датчика частоты и фазы вращения диска защиты юстировочного лазера связан со вторым входом регулятора частоты и фазы вращения дисков.

На фиг.1 схематически изображено устройство для автоматической юстировки лазера с неустойчивым резонатором, образованным глухим, установленным в карданном подвесе, и полупрозрачным зеркалами; на фиг.2 - продольный разрез устройства защиты фотоприемников и юстировочного лазера от воздействия основного излучения мощного импульсно-периодического лазера; на фиг.3 - вид на устройство защиты в сторону глухого зеркала резонатора.

Устройство для автоматической юстировки лазера с неустойчивым резонатором, образованным глухим зеркалом 1, установленным в карданном подвесе 2, и полупрозрачным зеркалом 3, содержит: юстировочный лазер 4, установленный за глухим зеркалом 1, снабженным центральным отверстием, соосно с ним; две пары фотоприемников 5, расположенных на взаимно перпендикулярных диаметрах глухого зеркала 1 напротив соосных с ними отверстий в глухом зеркале 1; юстировочные устройства 6 для угловых перемещений глухого зеркала 1; блок для формирования управляющего сигнала, пропорционального величине разъюстировки резонатора, электрически связанный с фотоприемниками 5 и юстировочными устройствами 6 для угловых перемещений глухого зеркала 1, устройство защиты 8 фотоприемников 5 и юстировочного лазера 4; электронная система 9 для синхронизации импульсов основного излучения с фазовым положением дисков и синхронно-синфазного вращения дисков.

Устройство защиты 8 фотоприемников 5 и юстировочного лазера 4 от воздействия основного излучения состоит из двух вращающихся дисков 10, 11 со шторками 12, 13, расположенными равномерно по окружностям дисков 10, 11 так, что они перекрывают на время длительности импульсов основного излучения апертуру фотоприемников 5 и юстировочного лазера 4, причем диск защиты 10 фотоприемников 5 установлен соосно глухому зеркалу 1 на валу электродвигателя 14, снабженного осевым отверстием для прохода луча юстировочного лазера 4, а диск защиты 11 юстировочного лазера 4 установлен на валу своего электродвигателя 15 эксцентрично первому, между электродвигателем 14 и юстировочным лазером 4; регулятора частоты и фазы вращения 16 дисков, обеспечивающего формирование сигнала, управлявшего запуском основного излучения в интервалы времени фактического перекрытия апертур фотоприемников 5 и юстировочного лазера 4, и синхронно-синфазное вращение дисков 10, 11, датчик частоты и фазы вращения 17 диска защиты 10 фотоприемников 5; датчик частоты и фазы вращения 18 диска защиты 11 юстировочного лазера 4, блок задания частоты следования импульсов основного излучения 19, являющийся генератором требуемой частоты следования импульсов основного излучения и задающий частоту вращения вала электродвигателя 14.

Устройство работает следующим образом. Блок задания частоты следования импульсов основного излучения 19 управляет частотой вращения вала электродвигателя 14 с соосно закрепленным на нем диском защиты 10 фотоприемников 5.

Закон управления описывается формулой:

где ω - угловая частота вращения диска защиты 10;

f - требуемая частота следования импульсов основного излучения;

V - количество шторок 12 на диске защиты 10.

С любого из четырех фотоприемников 5 снимается сигнал в виде последовательности импульсов, формируемых в моменты перекрытия апертур фотоприемников 5. Этот сигнал подается на вход регулятора частоты и фазы вращения 16 дисков.

Датчик частоты и фазы вращения 18, стоящий в цепи обратной связи регулятора частоты и фазы вращения 16 дисков, формирует сигнал в виде своей последовательности импульсов, фиксирующих моменты фактического перекрытия диском защиты 11 апертуры юстировочного лазера 4. Сравнивая эти две последовательности импульсов, регулятор частоты и фазы вращения 16 дисков выполняет две функции: обеспечение синхронно-синфазного вращения дисков защиты 10, 11 и формирование сигнала, управляющего запуском основного излучения в моменты совпадения во времени импульсов упомянутых выше последовательностей. Итак, частота следования импульсов основного излучения поставлена в прямую зависимость от фактического перекрытия апертур фотоприемников 5 и юстировочного лазера 4. Выполнение указанных функций регулятора частоты и фазы вращения 16 дисков наиболее удачно сочетается в астатическом дискретном электроприводе релейного действия, поскольку в нем кроме задачи синхронизации и фазирования вращения осуществляется сравнение двух последовательностей импульсов схемой разделения в нужном аспекте (см. Трахтенберг P.M., Ханаев А.В., Киселев А.А. Астатический дискретный электропривод релейного действия. - Электротехника, 1978, №7).

При синхронно-синфазном вращении дисков защиты 10, 11 шторки 12, 13 перекрывают в течение длительности импульса основного излучения апертуры фотоприемников 5 и юстировочного лазера 4. В интервалы времени между импульсами основного излучения апертуры фотоприемников 5 и юстировочного лазера 4 открыты. Блок 7 для формирования управляющего сигнала сравнивает сигналы, пропорциональные освещенности диаметрально противоположных фотоприемников 5, и выдает команды юстировочным устройствам 6 для угловых перемещений глухого зеркала 1, которые в свою очередь устраняют разъюстировку зеркал 1, 2 резонатора.

Предлагаемое решение обладает следующими преимуществами по сравнению с прототипом. Введение в устройство автоматической юстировки неустойчивых резонаторов мощных импульсно-периодических лазеров быстродействующей механической защиты фотоприемников и юстировочного лазера от воздействия основного излучения позволяет обеспечить работу устройства с частотой до нескольких десятков килогерц за счет применения малоинерционной электрической связи (вместо механической у прототипа) между двумя дисками со шторками, закрепленными на валах двух электродвигателей.

Введение электронной системы для синхронизации импульсов основного излучения с фазовым положением дисков защиты и синхронно-синфазного вращения дисков защиты позволяет синхронизировать импульсы основного с фазовым положением дисков защиты и этим обеспечить надежную защиту фотоприемников и юстировочного лазера от воздействия основного излучения за счет того, что частота следования импульсов основного излучения поставлена в прямую зависимость от фактического перекрытия апертур фотоприемников и юстировочного лазера, фиксируемого датчиками частоты и фазы вращения дисков защиты.

Формула изобретения

Устройство для юстировки неустойчивого резонатора лазера, содержащее задающий лазер, неустойчивый резонатор, образованный глухим зеркалом с центральным отверстием и полупрозрачным зеркалом, при этом задающий лазер установлен за глухим зеркалом соосно с ним, две пары фотоприемников, расположенных на взаимно перпендикулярных диаметрах глухого зеркала, напротив соосных с ними отверстий в глухом зеркале, юстировочные элементы для угловых перемещений глухого зеркала в карданном подвесе, блок формирования управляющего сигнала, электрически связанный с фотоприемниками и юстировочными элементами, систему защиты фотоприемников и задающего лазера от воздействия основного излучения, размещенную на задней стороне глухого зеркала, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет повышения быстродействия системы защиты, система защиты выполнена в виде двух вращающихся дисков со шторками, равномерно расположенными по окружностям дисков, диск защиты фотоприемников установлен соосно глухому зеркалу на валу электродвигателя, в котором выполнено осевое отверстие, а диск защиты задающего лазера на валу другого электродвигателя эксцентрично первому диску и расположен между глухим зеркалом и задающим лазером, а также в устройство введена управляющая электронная система, включающая в себя блок задания частоты следования импульсов основного излучения, датчик частоты и фазы вращения диска защиты задающего лазера, датчик частоты и фазы вращения диска защиты фотоприемников, регулятор частоты и фазы вращения дисков, причем выход блока задания частоты следования импульсов основного излучения связан с входом электродвигателя диска защиты фотоприемников, выход датчика частоты и фазы вращения диска защиты фотоприемников связан с первым входом регулятора частоты и фазы вращения дисков, один из выходов которого управляет запуском основного излучения, а другой связан со входом электродвигателя диска защиты задающего лазера, выход датчика частоты и фазы вращения диска защиты задающего лазера связан со вторым входом регулятора частоты и фазы вращения дисков.

РИСУНКИ