Диффузный отражатель

 

Использование: в системах накачки твердотельных лазеров. Сущность: диффузный отражатель устройства накачки твердотельного лазера без принудительного охлаждения состоит из моноблока и отражательного слоя, нанесенного на его внешнюю поверхность. Моноблок выполнен из лейкосапфира, а отражающее покрытие - из кристаллического мелкодисперсного оксида алюминия толщиной 1,0-1,5·10^-4 м, выполненного воздушно-плазменным напылением. Технический результат изобретения состоит в повышении КПД и стабильности характеристик в широком интервале температур.

Изобретение относится к осветительным системам лазеров, в частности к системам накачки твердотельных лазеров.

Для лазеров без принудительного охлаждения характерно использование отражателей из материала моноблока. Использование диффузного отражающего покрытия на моноблоке осветителя в сравнении с зеркальным отражающим покрытием повышает КПД лазеров в режиме модулированной добротности за счет увеличения равномерности прокачки по всему объему активного элемента.

Известны различные конструктивные варианты отражателей, представляющих собой замкнутую оптическую систему, в которой излучение источника оптической накачки направляется на активный элемент.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является диффузный отражатель устройства накачки твердотельного лазера без принудительного охлаждения, состоящий из моноблока и отражающего слоя, нанесенного на его внешнюю поверхность (авторское свидетельство N 1748595, 20.10.96).

Цель изобретения - повышение КПД и стабильности характеристик лазера в широком интервале температур.

Указанная цель достигается тем, что в диффузном отражателе устройства накачки твердотельного лазера без принудительного охлаждения, состоящем из моноблока и отражающего слоя, нанесенного на внешнюю его поверхность, моноблок выполнен из лейкосапфира, отражающее покрытие толщиной 1.0-1.5·10^-4 м выполнено из кристаллического тонкодисперсного оксида алюминия.

Большая отражательная способность обусловлена эффектом рассеяния электромагнитных волн от оптических неоднородностей дисперсного материала и интерференцией в слоистых структурах. Локализация толщины слоев в узких пределах позволяет регулировать кривую максимального отражения. Минимальная толщина, при которой слой полностью задерживает и отражает падающее на него излучение, составляет 1.0-1.5·10^-4 м. При этом отражение приближается к идеальному - диффузному.

Изготовление диффузно-отражающего покрытия осуществляется методом воздушно-плазменного напыления, который заключается в том, что тонкодисперсный порошок оксида алюминия, находясь в струе воздушной плазмы, истекающей из плазмотрона, нагревается, разгоняется до определенной скорости и приобретает способность формировать покрытие. Нанесение слоев покрытия производится с помощью плазменного распылителя на установке воздушно-плазменного напыления при следующем режиме работы распылителя: ток дуги 200 А, расход воздуха 4.2 м³/ч, расход транспортирующего газа - 0,41 м³/ч.

Моноблок из лейкосапфира, предварительно нагретый до 850^oC, закрепляется в технологической оснастке, обеспечивающей его вращение вокруг своей оси с необходимой скоростью. Плазмотрон при этом совершает возвратно-поступательное движение параллельно образующей моноблока в течение времени, необходимого для формирования слоя требуемой толщины.

Свойства покрытия (в том числе оптические) можно изменять в широком диапазоне, регулируя структуру покрытия следующим образом: изменяя рабочие параметры распылителя, изменяя дистанцию напыления и относительную скорость взаимных перемещений детали и распылителя, изменяя температурное состояние поверхности напыления, при этом значительно меняется прочность сцепления напыленного слоя с поверхностью детали, а также фазовое состояние оксида алюминия.

Свойства напыленного оксида алюминия по вышеизложенному методу следующие.

Техническое сопротивление 0,002-0,008 град/Вт.

Плотность 3,75-3,87 г/см³.

Коэффициент теплопроводности 0,95-5,0 Вт/м·град.

Пористость 5-25%.

Коэффициент термического расширения (2,28-8,5)·10^-6 град^-1, 20·10^-6 при 1100^oC.

Интегральный коэффициент отражения R = 0,76-0,89 в интервале волн 0,2-3·10^-6 м. При пористости 15%. При пористости 10-12% обеспечивается максимальная прочность напыленного слоя.

При увеличении пористости до 40% коэффициент отражения становится более 90%, но при этом наблюдается некоторое снижение прочности слоя.

Формула изобретения

Диффузный отражатель устройства накачки твердотельного лазера без принудительного охлаждения, состоящий из моноблока и отражательного слоя, нанесенного на его внешнюю поверхность, отличающийся тем, что моноблок выполнен из лейкосапфира, а отражающее покрытие - из кристаллического мелкодисперсного слоя оксида алюминия толщиной 1,0 - 1,5 · 10^-4 м, выполненного воздушно-плазменным напылением.