Устройство для юстировки зеркала резонатора лазера
Изобретение относится к области лазерной техники, в частности к котировочным устройствам резонатора мощного лазера. Сущность: устройство содержит стол, с которым связаны держатель зеркала со штангой, механизмы горизонтального и вертикального перемещений и механизмы поворота. При этом штанга выполнена в виде двух одинаковых частей, каждая из которых представляет собой отсеченную по образующим двумя параллельными плоскостями часть цилиндра. Кроме того, указанные секущие плоскости расположены по одну сторону от оси цилиндра. Одинаковые части цилиндра при этом соединены большими плоскостями. На цилиндрических поверхностях указанных частей выполнена одинаковая резьба. Механизм вертикального перемещения выполнен в виде втулки, соединенной с механизмом горизонтального перемещения, и двух гаек. Во втулке выполнен паз, соответствующий профилю штанги. Гайки установлены по обе стороны втулки и смещены в разные стороны в радиальном направлении относительно оси втулки и взаимодействуют с соответствующей резьбовой частью штанги, установленной в паз втулки. Технический результат: повышение однородности поперечного сечения пучка излучения и уменьшение потерь излучения. 3 ил. 
Изобретение относится к области лазерной техники, в частности к юстировочным устройствам резонатора мощного лазера.
Известно координатное устройство, предназначенное для установки зеркально-линзового объектива, состоящее из столика с укрепленной на нем оправой, внутри которой на трех жестких нерегулируемых растяжках подвешен оптический элемент (см. Ю.В.Шарловский. Механические устройства малых оптических систем. М., Машиностроение, 1979, стр.70, рис.70).
При использовании указанного устройства для крепления переднего зеркала резонатора потери энергии излучения сведены до минимума, т.к. облучаемые элементы конструкции выполнены в виде трех тонких стержней, но для того, чтобы переместить зеркало из центра пучка излучения в любое требуемое место и не облучать при этом оправу со столиком, размеры просвета в оправе должны значительно (почти вдвое) превышать размеры поперечного сечения пучка излучения.
Вследствие этого габариты и вес всей конструкции должны быть увеличены.
Известная регулируемая оправа для закрепления сменных цилиндрических деталей (см. также, стр.40, рис.41 - прототип) содержит столик с механизмом горизонтального перемещения с закрепленной на нем оправой, снабженной механизмом вертикального перемещения оптических деталей, состоящего из двух подвижных лапок с пазами под винты фиксации их в требуемом положении.
В указанном устройстве механизм вертикального перемещения позволяет перемещать оптическую деталь в зоне излучения по вертикали без дополнительных потерь энергии пучка излучения от элементов конструкции оправы. Потери энергии излучения сводятся к потерям на облучение двух подвижных лапок механизма вертикального перемещения. Эти потери незначительны в случае применения устройства в резонаторе маломощного лазера.
Недостатком устройства является то, что конструкция механизма вертикального перемещения способствует снижению однородности поперечного сечения пучка излучения за счет рассекания пучка надвое подвижными лапками механизма вертикального перемещения. Применение устройства в резонаторе мощного лазера в случае большой интенсивности излучения может привести к образованию плазмы на поверхности облучаемых элементов конструкции, а именно на плоской поверхности двух подвижных лапок, что вызовет дополнительные потери энергии пучка излучения. При перемещении оптического элемента в зоне излучения по горизонтали с использованием механизма горизонтального перемещения стола возникают дополнительные потери энергии от облучения элементов конструкции оправы и самой оправы. В этом случае, чтобы уменьшить эти потери, необходимо изменять соотношение размеров пучка излучения и размеров оправы, таким образом, чтобы размеры просвета в оправе превышали размеры поперечного сечения пучка излучения почти вдвое. Вследствие этого габариты и вес всей конструкции по горизонтали должны быть увеличены, что в итоге снижает точность позиционирования оптического элемента и усложняет конструкцию устройства.
Целью настоящего изобретения являются повышение однородности поперечного сечения пучка излучения, уменьшение потерь излучения за счет повышения порога плазмообразования, а также упрощение конструкции.
Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве для юстировки резонатора лазера, содержащем механизмы горизонтального и вертикального перемещения переднего зеркала резонатора, установленные на столе, и юстировочный лазер с питающим кабелем, механизм вертикального перемещения включает в себя штангу с кронштейном для крепления юстируемого зеркала, состоящую из двух частей, поперечные сечения которых представляют собой равные круговые сегменты, на цилиндрической части которых нарезана одинаковая треугольная резьба, расположенную в пазу соответствующего ей профиля, выполненном во втулке, установленной на ползуне стола, и две смешенные относительно друг друга гайки, расположенные с противоположных сторон втулки, каждая из которых входит в зацепление с соответствующей ей резьбовой частью штанги. Кроме того, с целью повышения надежности и технологичности питающий кабель юстировочного лазера размещен в сквозном канале, выполненном в штанге.
Геометрические параметры резьбовой штанги связаны с интенсивностью излучения следующим очевидным условием:
где I - интенсивность излучения;
[I] - интенсивность излучения, при которой начинается плазмообразование на поверхности облучаемого материала;
- угол профиля треугольной резьбы;
- угол между касательной к наружному диаметру треугольной резьбы в точке стыка частей штанги и плоскостью стыка.
Указанное условие вытекает из очевидного условия образования плазмы (см. стр.180, 6. Выводы, Дж.Рэди "Действие мощного излучения". М.: Мир, 1974) для нормальной к излучению поверхности, а углы и конструктивных элементов штанги увеличивают эффективную облучаемую площадь при сохранении нормальной площади. Таким образом, из условия следует то, что чем меньше произведение функций углов и , тем меньше вероятность образования плазмы на облучаемой резьбовой штанге.
На фиг.1, 2 изображено устройство для юстировки резонатора лазера, а на фиг.3 - поперечное сечение резьбовой штанги.
Устройство состоит из резьбовой штанги 1, выполненной из двух частей, поперечные сечения которых представляют собой равные круговые усеченные сегменты, на цилиндрических частях которых нарезана одинаковая треугольная резьба, установленного на ней кронштейна 2 для крепления юстируемого зеркала и юстировочного лазера (на фиг.1 и 2 показаны условно), втулки 3, в продольном внутреннем соответствующего профиля пазу которой расположена штанга 1.
Втулка 3 установлена на ползуне 4, в свою очередь, установленного в направляющих 5 стола 6 и зафиксированного винтами 7. С противоположной стороны втулки 3 установлены две гайки 8, выполненные с возможностью вращения и находящиеся в зацеплении с резьбовой поверхностью соответствующих частей штанги. В резьбовой штанге 1 выполнен сквозной канал под питающий кабель 9 (не показан).
Устройство работает следующим образом.
Размещение оптического элемента (зеркала с котировочным лазером) в требуемом месте поперечного сечения пучка излучения по вертикали достигается перемещением резьбовой штанги 1 в пазу втулки с помощью одновременного поворота в одну сторону гаек 8 с последующим их контрением путем поворота гаек в противоположные стороны.
Перемещение зеркала с котировочным лазером, установленных на кронштейне 2 по горизонтали, осуществляется перемещением ползуна 4 в направляющих 5 на столе 6 и последующим контрением положения, путем затяжки винтов 7.
Предложенная конструкция устройства для юстировки резонатора лазера с использованием составной резьбовой штанги в качестве элемента крепления и перемещения зеркала и юстировочного лазера в зоне излучения позволяет повысить однородность поперечного сечения пучка излучения за счет сокращения количества облучаемых элементов конструкции до минимума, что делает возможным использование тел под лазерной нагрузкой при равномерном их облучении с минимально возможными искажениями. В свою очередь, применение резьбовой поверхности на фронтальной по отношению к излучению поверхности несущей штанги позволяет при прочих равных условиях увеличить эффективную площадь облучения и тем самым снизить плотность энергии излучения на поверхности штанги, а это, в свою очередь, уменьшает образование плазмы на поверхности штанги.
Следовательно, указанное устройство при прочих равных условиях можно применять в более мощных лазерах.
За счет применения жесткой резьбовой штанги с кронштейном крепления переднего зеркала и юстировочного лазера в механизме вертикального перемещения отпадает необходимость в оправе, что упрощает конструкцию.
Размещение питающего электрического кабеля в сквозном канале резьбовой штанги повышает надежность и технологичность устройства, так как кабель укрыт от мощного излучения, и устраняются неудобства, связанные с необходимостью перемонтажа кабеля в тени штанги при перестановке зеркала.
Формула изобретения
Устройство для юстировки зеркала резонатора лазера, содержащее стол и связанные с ним держатель зеркала со штангой, механизмы горизонтального и вертикального перемещений и механизмы поворота, отличающееся тем, что, с целью повышения однородности поперечного сечения пучка излучения и уменьшения потерь излучения, штанга выполнена в виде двух одинаковых частей, каждая из которых представляет собой отсеченную по образующим двумя параллельными плоскостями часть цилиндра, при этом секущие плоскости расположены по одну сторону от оси цилиндра, и эти одинаковые части цилиндра соединены большими плоскостями, на цилиндрических поверхностях частей выполнена одинаковая резьба, механизм вертикального перемещения выполнен в виде втулки, соединенной с механизмом горизонтального перемещения, в которой выполнен паз, соответствующий профилю штанги, и двух гаек, установленных по обе стороны втулки, смещенных в разные стороны в радиальном направлений относительно оси втулки и взаимодействующих с соответствующей резьбовой частью штанги, установленной в пазу втулки.
РИСУНКИ
