Способ изготовления отпаянного газового лазера

 

Использование: в лазерной технике, в частности в отпаянных газовых лазерах. Сущность изобретения: в отпаянном газовом лазере, содержащем алюминиевый корпус, перед установкой в корпус активного элемента приваривают к корпусу биметаллические прокладки из материала корпуса и материала фланцев, которые приваривают к прокладкам после очистки, сборки и установки в нее активного элемента. К фланцам предварительно приварены зеркала резонатора. 1 ил.

Изобретение относится к лазерной технике, а конкретно к отпаянным газовым лазерам, и может быть использовано в отпаянных СО₂ и СО лазерах медицинского и промышленного назначения.

Известен способ изготовления отпаянного газового лазера [1] по которому в корпус лазера устанавливают активный элемент, а затем герметично приклеивают к корпусу зеркала резонатора. Такое техническое решение имеет следующие недостатки. 1. Клеевой шов имеет низкую механическую прочность. 2. При высоких температурах происходит разрушение клеевого шва, приводящее к снижению вакуумной плотности лазера. 3. Клей является источником летучих органических соединений, разлагающихся в процессе работы лазера и приводящих к изменению состава газа в активном элементе, что приводит к падению мощности лазера при его эксплуатации.

Известен также способ изготовления отпаянного газового лазера [2] являющийся прототипом предлагаемого способа, по которому алюминиевый корпус, обладающий высокой теплопроводностью при малом весе и низкой стоимости, покрывают никелевым покрытием, устанавливают в него активный элемент, а затем припаивают мягким припоем фланцы с установленными в них зеркалами резонатора к корпусу лазера. В качестве материала фланцев обычно используют нержавеющие стали и железоникелевые сплавы (например инвар, ковар), обладающие высокой прочностью и обеспечивающие стабильность юстировки зеркал резонатора. Применение алюминия в качестве материала фланцев нецелесообразно из-за его высокой пластичности и плохой соединяемости с другими материалами, в частности с материалами зеркал резонатора (например селенидом цинка, арсенидом галлия, молибденом, вольфрамом, кремнием, германием, медью, стеклом).

Данный способ изготовления газового лазера имеет следующие недостатки: 1. Низкая надежность соединения фланцев с корпусом лазера. Наличие пор в никелевом покрытии приводит к возникновению в паяном шве микроскопических воздушных течей, что при эксплуатации лазера и его хранении вызывает изменение состава газа в активном элементе и, как следствие, снижение мощности лазера. Частые случаи отслоений никелевых покрытий приводят к низкому выходу годных изделий при производстве лазеров.

При пайке неизбежно попадание флюса на детали внутреннего объема лазера, в том числе на зеркала резонатора, что приводит к снижению ресурса работы лазера за счет изменения состава газа в активном элементе при его взаимодействии с продуктами разложения флюса, а также за счет уменьшения лучевой прочности зеркал резонатора. Удаление остатков флюса из внутреннего объема лазера данной конструкции невозможно.

Техническая задача изобретения увеличение надежности лазера путем улучшения вакуумной плотности лазера и повышения чистоты его внутреннего объема за счет исключения промежуточного никелевого покрытия и флюсов, используемых в процессе пайки.

Данная задача достигается тем, что в способе изготовления отпаянного газового лазера, по которому в алюминиевый корпус лазера устанавливают активный элемент, а затем герметично присоединяют к корпусу фланцы с зеркалами резонатора, перед установкой в корпус лазера активного элемента к корпусу герметично приваривают биметаллические прокладки из материала корпуса и материала фланцев, очищают полученную сборку, а после установки в нее активного элемента герметично приваривают к биметаллическим прокладкам фланцы с зеркалами резонатора.

В данном способе изготовления отпаянного газового лазера биметаллические прокладки устанавливают таким образом, чтобы к алюминиевому корпусу приваривался алюминиевый слой прокладки. Сварка алюминием обычно сопровождается значительным нагревом свариваемых деталей и их загрязнением продуктами сварки (из-за высокой теплопроводности алюминия и тугоплавкости его окисной пленки). В предложенном способе это допустимо, т.к. при сварке в сборке отсутствует активный элемент и фланцы с зеркалами.

После сварки производят очистку полученной сборки включающую, например химическую или электролитическую очистку в кислотном растворе, промывку в деионизированной воде и высокотемпературный отжиг в вакууме или в среде водорода.

После очистки в корпус лазера устанавливают активный элемент и к биметаллическим прокладкам герметично приваривают фланцы с зеркалами резонатора.

На чертеже схематично изображен общий вид отпаянного газового лазера, изготовляемого следующим способом.

К алюминиевому корпусу 1, изготовленному, например способом экструзии, герметично приваривают, например способом электронно-лучевой или аргоно-дуговой сварки, биметаллические прокладки 5, содержащие слой алюминия и слой нержавеющей стали. Биметаллические прокладки 5 устанавливают при сварке так, чтобы к алюминиевому корпусу 1 приваривался алюминиевый слой прокладки. После сварки корпус 1 с приваренными прокладками 5 подвергается химической очистке в кислотном растворе, промывке в деионизированной воде и вакуумному отжигу при температуре 400^oC и в него устанавливается активный элемент 2. Затем к биметаллическим прокладкам 5 герметично приваривают, например способом лазерной или микроплазменной сварки, фланцы из нержавеющей стали 3, в которые предварительно герметично установлены зеркала резонатора 4.

Таким образом, в отпаянном газовом лазере, изготовленном данным способом, исключено никелевое покрытие, а пайка фланцев к корпусу заменена сваркой, что позволяет избежать применения флюсов и повысить вакуумную плотность соединений. За счет этого достигается повышение надежности лазера.

Формула изобретения

Способ изготовления отпаянного газового лазера, по которому в алюминиевый корпус лазера устанавливают активный элемент, а затем герметично присоединяют к корпусу фланцы с зеркалами резонатора, отличающийся тем, что перед установкой в корпус лазера активного элемента к корпусу герметично приваривают биметаллические прокладки из материала корпуса и материала фланцев, очищают полученную сборку, а после установки в нее активного элемента герметично приваривают к биметаллическим прокладкам фланцы с зеркалами резонатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1