Твердотельный лазер с термостабилизацией диодной накачки и электрооптической модуляцией добротности и устройство его управления



Твердотельный лазер с термостабилизацией диодной накачки и электрооптической модуляцией добротности и устройство его управления
Твердотельный лазер с термостабилизацией диодной накачки и электрооптической модуляцией добротности и устройство его управления
Твердотельный лазер с термостабилизацией диодной накачки и электрооптической модуляцией добротности и устройство его управления

 


Владельцы патента RU 2614084:

Федеральное государственное унитарное предприятие "РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР - ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Е.И. ЗАБАБАХИНА" (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)

Группа изобретений относится к лазерной технике. Твердотельный лазер с термостабилизацией диодной накачки и электрооптической модуляцией добротности содержит формирователь импульсов и излучатель с электрооптическим затвором, снабженным драйвером, снабжен управляющим микроконтроллером, нагревателями, термодатчиками элементов накачки, контурной тепловой трубой, термодатчиками и термоэлектрическими модулями. Устройство управления лазером содержит оптический модуль накачки, активный элемент, термоэлектрические модули, драйвер термоэлектрических модулей, управляющий микроконтроллер и термодатчики, выходы которых соединены с входами управляющего микроконтроллера, выход которого соединен с входом драйвера термоэлектрических модулей, выход которого соединен с входом термоэлектрических модулей. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения устойчивости к внешним факторам. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Группа изобретений относится к твердотельным лазерам с диодной накачкой и к устройствам управления параметрами лазерного излучения. Изобретения могут быть использованы при изготовлении лазерной техники, работающей в жестких условиях эксплуатации.

Известен малогабаритный лазер на Nd:YAG с электрооптической модуляцией добротности и двойным резервированием для применения в составе спутниковой аппаратуры. Конструктивно лазер выполнен в виде двух модулей: модуль излучателей и модуль сервисной электроники («Nd:YAG лазер для космического высотомера» ГП "ЛЭМТ", авторы: A.M. Забазнов и др. Квантовая электроника: Материалы III Международной конференции, Минск, 20-22.11.2000, с. 165-166).

В состав модулей излучателей входят два независимых излучателя, оптическая система поляризационного сведения пучков лазерного излучения и десятикратный телескоп для уменьшения расходимости лазерного излучения.

Излучатель построен по традиционной схеме. Резонатор образован двумя плоскопараллельными зеркалами на основе диэлектрических покрытий. Активный элемент с кондуктивным теплоотводом накачивается импульсной ксеноновой лампой накачки. Отражатель - диффузный, из керамики на основе Al2O3. В качестве затвора используется электрооптический элемент из DKDP совместно с поляризатором на основе диэлектрических покрытий. Затвор работает по четвертьволновой схеме. Четвертьволновое напряжение на электрооптическом элементе изменяется в зависимости от температуры окружающей среды автоматически. Для фиксирования изменения температуры предусмотрен датчик температуры.

Система может работать в следующих режимах: работа основного канала, работа резервного канала - основной режим работы, поочередная работа каналов - удвоенная частота следования импульсов излучения, совместная работа каналов, удвоенная энергия генерации в импульсе - допустимый режим работы.

Блок сервисной электроники размещает два независимых источника питания ламп накачки, две платы управления электрооптическим элементом, две системы управления. Система управления обеспечивает взаимосвязанную работу всех компонентов, а также контроль основных параметров системы.

Конструкция систем обеспечивает работоспособность при жестких механических воздействиях в широком температурном диапазоне.

Однако применение лампы накачки ограничивает частоту повторения импульсов до 0,2 Гц, при этом временной ресурс работы лазера определяется ресурсом лампы-накачки - 104 импульсов, а блоки излучателя и сервисной электроники имеют сравнительно большую массу и габариты.

Наиболее близким аналогом твердотельного лазера в группе изобретений, который принят за прототип, является малогабаритный твердотельный лазер с диодной накачкой и модуляцией добротности, содержащий излучатель с электрооптическим затвором, снабженным драйвером, и формирователь импульсов с малым энергопотреблением и энергией моноимпульса 20 мДж при частоте следования (в циклическом режиме) до 20 Гц с длиной волны излучения 1064 нм, предназначенный для работы в диапазоне внешних температур от минус 40 до плюс 50°С («Лазер на YAG:Nd3+с диодной накачкой, работающий в режиме модуляции добротности в широком интервале температур без термостабилизации диодов накачки», авторы: А.Е. Вайншенкер и др. Квантовая электроника, 43, №2, 2013 г., с. 14-116). Длительность моноимпульса составила 5-7 нс, расходимость - 3 мрад.

Излучатель лазера содержит активный элемент YAG:Nd3+ с продольной накачкой матрицей лазерных диодов (МЛД) через глухое зеркало резонатора, посеребренный конический концентратор, поляризатор, глухое зеркало. Электроника лазера состоит из формирователя импульсов (генератора импульсов тока (ГИТ) для питания МЛД) и блока управления затвором (БУЗ - драйвера электрооптического затвора) излучателя. Охлаждение элементов лазера - безжидкостное.

Принцип действия ГИТ основан на частичном разряде емкостного накопителя энергии в виде батареи алюминиевых электролитических накопительных конденсаторов с малым эквивалентным последовательным сопротивлением через двухканальный высокочастотный импульсный регулятор тока. Принцип действия БУЗ основан на коммутации высокого напряжения в цепи лазерного затвора транзисторным ключом. Питание ГИТ и БУЗ осуществляется от источника нестабилизированного постоянного напряжения.

В более распространенных ГИТ с частичным разрядом накопителя через управляемый непрерывный регулятор тока почти весь объем ГИТ занят батареей конденсаторов. ГИТ с высокочастотным импульсным регулятором тока позволяет значительно повысить напряжение на накопителе (что увеличивает удельную энергоемкость конденсаторов) и одновременно уменьшить полную энергию накопителя. В результате удалось уменьшить суммарный объем конденсаторов, по крайней мере, в 2-2,5 раза по сравнению с ГИТ с непрерывным регулятором тока разряда. Это позволило уменьшить массогабаритные характеристики генератора импульсов тока, а применение полупроводниковой квазипродольной накачки позволило создать малогабаритный лазер без термостабилизации лазерных диодов накачки, работающего в широком диапазоне температур.

Однако применение алюминиевых электролитических накопительных конденсаторов не позволяет применять устройство при низкотемпературных рабочих режимах.

Известно изобретение под названием «Способ управления твердотельным лазером с пассивной модуляцией добротности», п. ЕА №015641, МПК Н01S 3/091, 3/13, опубл. 2011 г., в котором описано устройство управления твердотельным лазером с пассивной модуляцией добротности, содержащее оптический блок, блок управления, элементы накачки.

Устройство содержит также фотоприемное устройство и блок питания элементов накачки, к которому подключен блок управления. Фотоприемное устройство устанавливается на расстоянии, достаточном для четкой регистрации выходных лазерных импульсов.

При включении лазера на элементы накачки (лазерные диодные модули) подается импульс тока длительностью, определенной для каждого типа лазера, с постепенным увеличением амплитуды тока. При определенном значении тока в некоторый момент времени фотоприемное устройство зарегистрирует появление одиночного импульса. С этого момента при фиксированной амплитуде тока управление осуществляют длительностью импульса тока накачки. В рассматриваемом случае режима генерации одиночных импульсов в лазере с пассивной модуляцией добротности при изменении внешних условий (температуры, давления) возможно, в общем случае, либо появление второго импульса генерации, следующего за первым, либо исчезновение импульса. Появление второго импульса исключают благодаря контролю при помощи фотоприемного устройства. При фиксации одиночного импульса генерации фотоприемным устройством происходит выключение импульса тока накачки. В случае отсутствия импульса генерации накачка не прекращается вплоть до значения длительности, достаточной для появления импульса генерации (т.е. выхода лазера в необходимый режим работы), либо до достижения некоторой предельной величины длительности импульса тока, величина которой определяется параметрами блока накачки и лазерных диодных модулей. При достижении предельной длительности импульса тока, выше которой лазер работать не может, происходит сброс амплитуды тока до нуля (либо некоторого начального значения), и при фиксированной длительности ток снова плавно выводится на уже новое значение, после чего управление опять осуществляют длительностью импульса. Таким образом, при изменении внешних условий сохраняется заданный режим работы лазера без использования термостабилизации.

Также существует возможность достижения предельного рабочего значения тока, определяющегося параметрами блока накачки и лазерных диодных модулей. В случае достижения предельного рабочего значения тока и отсутствия генерации осуществляют переход на управление длительностью импульса тока. Длительность повышается либо до появления лазерного импульса, либо до предельного значения. При одновременном достижении предельных значений тока и длительности импульса тока происходит отключение устройства.

Данное устройство применяется и при необходимости получения генерации групп импульсов. Управление частотой генерации лазерных импульсов (групп импульсов) осуществляют через управление частотой импульсов тока. Устройство работает также при изменении параметров излучения генерации твердотельного лазера вследствие температурных и механических изменений элементов твердотельного лазера (нагрев активного элемента и зеркал резонатора, загрязнение их отражающих поверхностей, незначительная разъюстировка).

Однако данное устройство допускает ситуацию, когда в результате воздействия внешних условий происходит отключение устройства, что не позволяет судить о его надежной работе в жестких условиях эксплуатации.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству в группе изобретений является устройство стабилизации параметров лазерного излучения твердотельного лазера с продольной накачкой, содержащее оптический модуль накачки, активный элемент, термоэлектрические модули, драйвер термоэлектрических модулей, управляющий микроконтроллер и термодатчики, выходы которых соединены с входами управляющего микроконтроллера, выход которого соединен с входом драйвера термоэлектрических модулей, выход которого соединен с входом термоэлектрических модулей (п. РФ №2367072, МПК Н01S 3/02, опубл. 2009 г.). Устройство содержит также фотодатчик и усилитель сигнала фотодатчика, вход которого соединен со вторым выходом фотодатчика, а выход соединен с первым входом управляющего микроконтроллера. Первый выход фотодатчика термически связан с входом второго термодатчика. Вход первого термодатчика термически соединен с выходом активного элемента, который термически связан с выходом термоэлектрического модуля.

Данное устройство позволяет производить непрерывное измерение оптической мощности накачки и синхронное управление теплообменом активного элемента резонатора с окружающей средой. При этом управление теплообменом осуществляют посредством введения ветви обратной связи между оптическим модулем накачки и активным элементом, за счет чего разница между поглощаемой активным элементом световой энергией (преобразованной в объеме активной среды в тепловую) и энергией, отводимой от активного элемента, поддерживается на заданном уровне вне зависимости от температуры окружающей среды. Таким образом, учет параметров накачки при компенсации термооптических искажений в активном элементе позволяет производить единовременную стабилизацию параметров лазерного излучения в широком температурном диапазоне.

Однако данное устройство стабилизации параметров лазерного излучения твердотельного лазера с продольной накачкой работает только на снижение угловой расходимости, возникающей в результате изменения температуры окружающей среды при помощи управления температурой активного элемента, и не стабилизирует температуру накачки, таким образом не позволяя устройству работать в широком диапазоне температур.

Единой задачей, решаемой данными изобретениями, является создание универсальной конструкции управляемого лазера, обладающего высокими характеристиками лазерного излучения и стабильными выходными параметрами в жестких условиях эксплуатации (таких как воздействие предельных температур окружающей среды, ударные и вибрационные нагрузки).

Единый технический результат, получаемый при использовании предлагаемой группы изобретений, - повышение устойчивости к внешним воздействующим факторам.

Указанный технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - твердотельный лазер достигается тем, что твердотельный лазер с термостабилизацией диодной накачки и электрооптической модуляцией добротности, содержащий формирователь импульсов и излучатель, содержащий оптический резонатор, снабженный глухим и выходным зеркалами, поляризатором, а также электрооптическим затвором, снабженным драйвером, согласно изобретению снабжен управляющим микроконтроллером, соединенным с формирователем импульсов, соединенным с элементами накачки оптического модуля накачки излучателя, который снабжен нагревателями и термодатчиками элементов накачки, излучатель снабжен контурной тепловой трубой, термодатчиками и термоэлектрическими модулями, нагреватели, контурная тепловая труба и термоэлектрические модули снабжены драйверами, а оптический резонатор излучателя снабжен линзой, призмой, диафрагмой и дополнительным поляризатором.

Создание лазера указанным выше образом обеспечило эффективное охлаждение элементов накачки при его работе, а также их термостабилизацию. А применение контурной тепловой трубы сделало лазер более «гибким», т.к. позволяет размещать его составные части (излучатель, блок питания и управления и т.д.) в конструкции внешнего устройства, несмотря на условия предоставления теплоотводящих поверхностей. Таким образом, сокращается время выхода лазера на рабочий температурный режим, расширяется диапазон рабочих температур и достигается высокая энергия лазерного импульса при высокой частоте повторения импульсов.

Все это привело к повышению устойчивости к внешним воздействующим факторам наряду с низкой расходимостью лазерного пучка за счет построения оптической схемы излучателя указанным выше образом. Таким образом, создали универсальную конструкцию управляемого лазера, обладающего высокими характеристиками лазерного излучения и стабильными выходными параметрами в жестких условиях эксплуатации.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту - устройству управления достигается тем, что устройство управления лазером, содержащее оптический модуль накачки, активный элемент, термоэлектрические модули, драйвер термоэлектрических модулей, управляющий микроконтроллер и термодатчики, выходы которых соединены с входами управляющего микроконтроллера, выход которого соединен с входом драйвера термоэлектрических модулей, выход которого соединен с входом термоэлектрических модулей, согласно изобретению снабжено контурной тепловой трубой, формирователем импульсов, термодатчиками элементов накачки и нагревателями, входы термодатчиков элементов накачки термически связаны с выходом элементов накачки, выход управляющего микроконтроллера соединен с входами драйверов: нагревателей, контурной тепловой трубы, электрооптического затвора, выход нагревателей термически связан с входом элементов накачки, а вход - с выходом драйвера нагревателей, контурная тепловая труба термически связана с элементами накачки, термоэлектрическими модулями и первым термодатчиком, ее вход соединен с выходом драйвера контурной тепловой трубы, выходы термодатчиков элементов накачки соединены с входом управляющего микроконтроллера, входы электрооптического затвора оптически связаны с выходами активного элемента и драйвера электрооптического затвора, выход управляющего микроконтроллера соединен с входом формирователя импульса, выход которого соединен с входом элементов накачки.

Построение устройства управления лазером указанным выше образом обеспечило возможность более качественно контролировать процесс термостабилизации диодной накачки и производить диагностику состояния лазера на всех режимах его эксплуатации, контролировать температуру теплоотводящей поверхности и по результатам диагностики реагировать на изменения внешних условий.

Таким образом, повысили устойчивость к внешним воздействующим факторам и обеспечили высокую энергию импульса, создали универсальную конструкцию управляемого лазера, обладающего высокими характеристиками лазерного излучения и стабильными выходными параметрами в жестких условиях эксплуатации.

Заявленные изобретения взаимосвязаны настолько, что образуют единый изобретательский замысел. Действительно, при создании твердотельного лазера с термостабилизацией диодной накачки и электрооптической модуляцией добротности с требуемыми характеристиками было изобретено новое устройство - устройство для его управления. Использование данного устройства позволяет эффективно управлять лазером и успешно решить поставленную задачу с получением требуемого технического результата - повышение устойчивости к внешним воздействующим факторам. Следовательно, заявленные изобретения удовлетворяют требованию «единства».

При проведении анализа уровня техники, включающего поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленной группы изобретений, не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленной группы изобретений. Определение из перечня выявленных аналогов-прототипов каждого изобретения как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков для каждого из заявленных объектов группы, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, каждый из объектов группы изобретений соответствует условию «новизна».

Для проверки соответствия заявленной группы изобретений условию «изобретательский уровень» заявитель провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными от выбранных прототипов признаками для каждого объекта заявленной группы изобретений. Результаты поиска показали, что каждый объект заявленной группы изобретений не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлены технические решения, содержащие в совокупности признаки, сходные с отличительными признаками каждого объекта заявляемой группы.

Следовательно, каждый из объектов заявленной группы изобретений соответствует условию «изобретательский уровень».

На фиг. 1 представлена структурно-функциональная схема лазера.

На фиг. 2 - оптическая схема резонатора.

На фиг. 3 - схема информационного обмена.

Твердотельный лазер с термостабилизацией диодной накачки и электрооптической модуляцией добротности содержит излучатель 1 с оптическим модулем накачки 2, формирователь импульсов 3 и блок электроники 4 (фиг. 1). Оптический модуль накачки 2 содержит элементы накачки 5, активный элемент 6, нагреватели 7 и термодатчики 8 элементов накачки. Оптический резонатор 9 излучателя 1 содержит активный элемент 6, глухое зеркало 10, диафрагму 11, линзу 12, поляризаторы 13, 14, электрооптический затвор 15 (в котором могут быть применены нелинейные кристаллы КТР, RTP, DKDP с подогревом и т.п.), призму 16 и выходное зеркало 17 (фиг. 2).

Излучатель 1 содержит контурную тепловую трубу (КТТ) 18, первый 19 и второй 20 термодатчики и термоэлектрические модули 21. Блок электроники 4 содержит: управляющий микроконтроллер 22 и драйверы: нагревателей 23, КТТ 24, термоэлектрических модулей 25 и электрооптического затвора 26. Управляющий микроконтроллер 22 соединен с формирователем импульсов 3, который соединен с элементами накачки 5, оптически связанными с активным элементом 6. Термоэлектрические модули 21 и второй термодатчик 20 установлены на теплоотводящей поверхности внешнего устройства 27. Под внешним устройством понимается оптико-электронная аппаратура, в которой лазер применяется в качестве лазерного передатчика.

Устройство управления твердотельным лазером содержит оптический модуль накачки 2, активный элемент 6, термоэлектрические модули 21, управляющий микроконтроллер 22, первый 19 и второй 20 термодатчики, контурную тепловую трубу 18, формирователь импульсов 3, термодатчики элементов накачки 8, нагреватели 7, электрооптический затвор 15, драйверы: контурной тепловой трубы 24, нагревателей 23, термоэлектрических модулей 25 и электрооптического затвора 26.

Выходы термодатчиков 19, 20 соединены с входами управляющего микроконтроллера 22, выход которого соединен с входом драйвера 25 термоэлектрических модулей, выход которого соединен с входом термоэлектрических модулей 21. Входы термодатчиков элементов накачки 8 термически связаны с выходом элементов накачки 5.

Выход управляющего микроконтроллера 22 соединен с входами драйверов: нагревателей 23, контурной тепловой трубы 24 и электрооптического затвора 26. Выход нагревателей 7 термически связан с входом элементов накачки 5, а вход - с выходом 23 драйвера нагревателей. КТТ 18 термически связана с элементами накачки 5, первым термодатчиком 19 и термоэлектрическими модулями 21, ее вход соединен с выходом драйвера 24 КТТ.

Выходы термодатчиков 8 элементов накачки соединены с входом управляющего микроконтроллера 22, входы электрооптического затвора 15 оптически связаны с выходами АЭ 6 и драйвера 26 электрооптического затвора. Выход управляющего микроконтроллера 22 соединен с входом формирователя импульсов 3, выход которого соединен с входом элементов накачки 5.

Таким образом, устройство управления содержит систему информационного обмена, которая включает: оптический модуль накачки 2, систему электропитания и управления 28, систему диагностики 29 и систему термостабилизации 30 (фиг. 3).

Система электропитания и управления 28 состоит из блока электроники 4 и формирователя импульсов 3. Система диагностики 29 состоит из первого 19, второго 20 термодатчиков, а также термодатчиков элементов накачки 8. Система термостабилизации 30 включает термоэлектрические модули 21, нагреватели 7 и КТТ 18.

Твердотельный лазер с термостабилизацией диодной накачки и электрооптической модуляцией добротности и устройство его управления работают следующим образом. Синхроимпульс от системы управления внешнего устройства 27 поступает на управляющий микроконтроллер 22, который в свою очередь подает сигнал формирователю импульсов 3 на формирование импульса тока накачки. Сформированный импульс тока с определенной амплитудой и длительностью подается на элементы накачки 5 (фиг. 1, 2), которые начинают генерировать излучение накачки, при этом часть излучения поглощается активным элементом 6, размещенным в оптическом резонаторе 9, часть поглощенной энергии накачки идет на тепловые потери. Таким образом, возбуждается активная среда между глухим 10 и выходным 17 зеркалами оптического резонатора 9, при этом возникает генерация излучения между глухим 10 и выходным 17 зеркалами. Диафрагма 11, зеркала 10, 17 и линза 12 в совокупности формируют выходное излучение пучком с заданной расходимостью по уровню 1/е2. Линза 12 компенсирует сферичность волнового фронта, вызванного термооптическим искажением в АЭ 6. Поляризатор 13 в совокупности с электрооптическим кристаллом 15, работающим с четвертьволновым напряжением, образуют затвор для активной модуляции добротности оптического резонатора 9. Применение поляризатора 14 позволяет повысить поляризационный контраст и использовать затвор при полуволновом напряжении. Призма 16 обеспечивает параллельную передачу светового потока. Направление излучения показано на фиг. 2.

Управляющий микроконтроллер 22 получает информацию с термодатчиков 8 элементов накачки, термически связанных с элементами накачки 5, первого термодатчика 19, термически связанного с КТТ 18, и второго термодатчика 20, термически связанного с теплоотводящей поверхностью внешнего устройства 27. Далее в зависимости от поступающих данных с датчиков системы диагностики (термодатчиков элементов накачки 8 и двух термодатчиков 19, 20) управляющий микроконтроллер 22 формирует сигнал на систему термостабилизации 30, а именно на нагреватели 7 и термоэлектрические модули 21, КТТ 18 через драйвера термоэлектрических модулей 25, нагревателей 23 и контурной тепловой трубы 24, а также на электрооптический затвор 15 через драйвер 26 электрооптического затвора. Таким образом, в лазере осуществляется электрооптическая модуляция добротности и термостабилизация элементов накачки 5. При возникновении внештатной ситуации, например повышении температуры теплоотводящей поверхности выше установленной режимами лазера, по показаниям второго термодатчика 20 микроконтроллер 22 прерывает работу лазера.

Управляющий микроконтроллер 22 получает информацию с термодатчиков 8 элементов накачки, первого 19 и второго 20 термодатчиков, обрабатывает ее и формирует информацию (о готовности к работе, текущем рабочем режиме и т.д.) от системы диагностики 29 для системы управления внешнего устройства 27.

Таким образом, устройство управления лазера позволяет системе электропитания и управления 28 при помощи системы диагностики 29 эффективно управлять системой термостабилизации 30 элементов накачки 5 для сокращения времени выхода лазера на рабочий режим при воздействии внешних факторов (например, воздействие предельных температур окружающей среды).

Для обеспечения заданных режимов работы лазера и минимального времени выхода лазера на рабочий режим при эксплуатации в условиях воздействия внешних климатических факторов возникает необходимость термостабилизации элементов накачки 5, при этом обеспечение выхода на температурный рабочий режим элементов накачки 5 происходит следующим образом. Нагреватели 7 и термоэлектрические модули 21, работающие в реверсном режиме, повышают температуру элементов накачки 5 от исходной до рабочей температуры. Термоэлектрические модули 21 обеспечивают охлаждение элементов накачки 5 от исходной повышенной температуры, образованной внешними климатическими условиями эксплуатации, а также в процессе работы элементов накачки, до рабочей через КТТ 18. Теплообмен между испарителем КТТ 18 и конденсатором происходит за счет разности температур.

Примером практического применения устройства может служить созданный твердотельный лазер с термостабилизацией диодной накачки и электрооптической модуляцией добротности с активным элементом в виде стержня из алюмо-иттриевого граната с неодимом YAG:Nd3+ (∅4×60 мм). В качестве электрооптического модулятора добротности был применен кристалл DKDP (10×10×20 мм) с термостабилизацией. В качестве элементов накачки применены матрицы лазерных диодов производства ФГУП РФЯЦ-ВНИИТФ, патент РФ №2544875.

Основные характеристики созданного твердотельного лазера с диодной накачкой и электрооптической модуляцией добротности: расходимость лазерного пучка по уровню 1/е2 - не более 2,5 мрад, частота следования импульсов до 100 Гц, длительность импульса ~5 нс, энергия импульса - не менее 100 мДж, время выхода лазера в режим готовности не более 10 мин, рабочий диапазон температур от минус 60°С до плюс 65°С, возможность записи и считывания ресурсных показателей лазерной системы (количество импульсов, время во включенном состоянии (работы)), защита лазера от внештатных режимов работы, а применение контурной тепловой трубы (осуществляющей перенос тепла от матриц лазерных диодов до теплоотводящей поверхности) позволяет составным частям лазера размещаться в конструкции различных оптико-электронных систем.

Таким образом, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемой группы изобретений следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное устройство при его осуществлении, предназначено для использования в электронной и оптико-механической промышленности при изготовлении лазерных устройств;

- для заявляемой группы устройств в том виде, в котором она охарактеризована в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета конструкций.

Следовательно, заявляемая группа изобретений соответствует условию «промышленная применимость».

1. Твердотельный лазер с термостабилизацией диодной накачки и электрооптической модуляцией добротности содержит формирователь импульсов и излучатель, содержащий оптический резонатор, снабженный глухим и выходным зеркалами, поляризатором, а также электрооптическим затвором, снабженным драйвером, отличающийся тем, что снабжен управляющим микроконтроллером, соединенным с формирователем импульсов, соединенным с элементами накачки оптического модуля накачки излучателя, который снабжен нагревателями и термодатчиками элементов накачки, излучатель снабжен контурной тепловой трубой, термодатчиками и термоэлектрическими модулями, нагреватели, контурная тепловая труба и термоэлектрические модули снабжены драйверами, а оптический резонатор излучателя снабжен линзой, призмой, диафрагмой и дополнительным поляризатором.

2. Устройство управления лазером по п. 1, содержащее оптический модуль накачки, активный элемент, термоэлектрические модули, драйвер термоэлектрических модулей, управляющий микроконтроллер и термодатчики, выходы которых соединены с входами управляющего микроконтроллера, выход которого соединен с входом драйвера термоэлектрических модулей, выход которого соединен с входом термоэлектрических модулей, отличающееся тем, что снабжено контурной тепловой трубой, формирователем импульсов, термодатчиками элементов накачки и нагревателями, входы термодатчиков элементов накачки термически связаны с выходом элементов накачки, выход управляющего микроконтроллера соединен с входами драйверов: нагревателей, контурной тепловой трубы, электрооптического затвора, выход нагревателей термически связан с входом элементов накачки, а вход - с выходом драйвера нагревателей, контурная тепловая труба термически связана с элементами накачки, термоэлектрическими модулями и первым термодатчиком, ее вход соединен с выходом драйвера контурной тепловой трубы, выходы термодатчиков элементов накачки соединены с входом управляющего микроконтроллера, входы электрооптического затвора оптически связаны с выходами активного элемента и драйвера электрооптического затвора, выход управляющего микроконтроллера соединен с входом формирователя импульса, выход которого соединен с входом элементов накачки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лазерной технике. Квантрон содержит активный элемент в виде стержня, источники оптической накачки, расположенные на держателях вокруг активного элемента, систему охлаждения активного элемента и источников оптической накачки, фланцы и элемент, соединяющий фланцы.

Изобретение относится к лазерной технике. Квантрон с диодной накачкой содержит размещенные в корпусе активный элемент в виде стержня, источники оптической накачки, расположенные на держателях равномерно относительно активного элемента, и систему охлаждения, которая содержит трубку, охватывающую активный элемент с образованием радиального зазора, входной, выходной патрубки и коллекторы, каналы в корпусе и держателях.

Устройство компенсации термического расширения охлаждающей жидкости активного элемента твердотельного лазера содержит входной, выходной коллекторы, соединенные с каналами и кольцевым каналом, образованным трубкой, охватывающей активный элемент.

Изобретение относится к твердотельным лазерам с диодной накачкой большой мощности, в частности к элементам накачки и системам их охлаждения. Мощная оптическая усилительная головка с торцевой диодной накачкой активного элемента в виде пластины содержит блок диодной накачки с элементами накачки, активный элемент в виде пластины и систему охлаждения, содержащую канал охлаждения активного элемента, элементы накачки, расположенные в виде сферы, центр которой совпадает с центром активного элемента.

Изобретение относится к лазерной технике. Оптическая усилительная головка с диодной накачкой содержит размещенные в корпусе: активный элемент в виде стержня, матрицы лазерных диодов, расположенные равномерно на держателях, и систему охлаждения, содержащую трубку, охватывающую активный элемент с образованием кольцевого канала δ, каналы, расположенные в корпусе и каждом держателе, входной, выходной патрубки и выполненные в корпусе входной и выходной коллекторы, трубка выполнена из материала, прозрачного для излучения накачки.

Устройство охлаждения активного элемента твердотельного лазера содержит активный элемент, расположенный в оболочке из оптически прозрачного теплопроводного материала, и металлические ламели, контактирующие с внешней стороной оболочки.

Изобретение относится к лазерной технике. Универсальный излучатель твердотельного лазера с безжидкостным охлаждением содержит резонатор, установленный жестко на основание, устройство накачки и теплообменный блок, содержащий термоэлектрические модули и теплообменники.

Изобретение относится к лазерной технике. Излучатель твердотельного лазера без жидкостного охлаждения с термостабилизацией диодной накачки содержит активный элемент, установленный в кольцах, термоинтерфейс и блок диодной накачки, состоящий из теплораспределителя с выступами, установленного жестко на посадочной поверхности, термоэлектрического модуля, расположенного между теплораспределителем и посадочной поверхностью, и линеек лазерных диодов, размещенных на выступах теплораспределителя равномерно относительно активного элемента и обращенных к нему излучающей частью.

Изобретение относится к лазерной технике. Квантрон твердотельного лазера с термостабилизацией диодной накачки содержит размещенные в корпусе в виде многогранника: активный элемент, матрицы лазерных диодов, расположенные вокруг и вдоль активного элемента равномерно, и систему охлаждения, выполненную в виде двух независимых контуров для охлаждения активного элемента и матриц, контур охлаждения активного элемента содержит трубку, охватывающую активный элемент с образованием кольцевого канала шириной δ, и входной, выходной коллекторы, из которых выходят каналы.

Изобретение относится к лазерной технике. Оптическая усилительная головка с контротражателем диодной накачки состоит из размещенных в корпусе активного элемента в виде стержня, элементов диодной накачки, расположенных равномерно вокруг и вдоль активного элемента на держателях, и системы охлаждения, содержащей трубку, охватывающую активный элемент с образованием кольцевого канала шириной δ, каналы в корпусе, каждом держателе и элементах накачки и входной и выходной коллекторы.
Наверх