Способ герметизации блока охлаждения активного элемента в твердотельном лазере

Изобретение относится к лазерной технике. Способ герметизации блока охлаждения активного элемента в твердотельном лазере включает два этапа: установку трубки для активного элемента и установку активного элемента в трубку, на первом этапе устанавливают трубку с прижимами и уплотнениями, на втором этапе устанавливают активный элемент в трубку, прижимы и уплотнения активного элемента. На каждом этапе осуществляют прижатие прижимов к корпусу и друг к другу, последовательно нагревая и охлаждая блок охлаждения. Технический результат заключается в обеспечении возможности надежной герметизации блока охлаждения. 2 ил.

 

Изобретение относится к лазерам, в частности, к герметичной установке элементов конструкции систем охлаждения, используемых при изготовлении твердотельных квантовых генераторов, и может быть использовано при изготовлении лазерной техники, работающей в условиях жестких режимов эксплуатации, таких как ударные, вибрационные нагрузки, при воздействии предельных температур окружающей среды.

Хорошо известны способы герметизации активного элемента (АЭ) и трубки с помощью прижимов (например, п. РФ №2579188, МПК H01S 3/05, 3/042, опубл. 2016 г., п. Китая №204230622, МПК H01S 3/0941, 3/16, опубл. 2015 г.). Однако такие способы не отличаются высокой степенью герметичности.

Известен способ герметичной установки импульсной лампы накачки в твердотельном лазере (п. РФ №2222851, H01S 3/02, F16J 15/00, опубл. 2004 г.), который включает размещение уплотнительных пакетов, выполненных в виде последовательных слоев фторопласт-индий-фторопласт, между обоими концами импульсной лампы накачки и корпусом холодильника твердотельного лазера, предварительную пластическую деформацию уплотнительных пакетов с помощью их нагрева до 75-85°С и последующее их прессование, при котором сначала осуществляют плавное наращивание усилия прессования от 0 до 50 кг сжатым газом со скоростью 1-2 кг/мин и окончательное прессование с усилием 50 кг в течение не менее 30 мин. В данном способе достигается технический результат, заключающийся в обеспечении возможности использования в твердотельных лазерах как нейтральных, так и агрессивных охлаждающих жидкостей.

Данный способ обладает несложностью технологического процесса герметизации, однако не может применяться в конструкциях твердотельных лазеров для герметизации трубок системы охлаждения АЭ, выполненных из материала, оптически прозрачного для накачки, а также для герметизации активного элемента по следующим причинам: температура нагрева до 75-85°С не позволяет достичь нужной пластической деформации уплотнительных прокладок, и как следствие, необходимой степени герметизации, а усилие прессования 50 кг, выдерживаемое на данном уровне в течение всего цикла прессования и составляющее не менее 30 мин, слишком велико для герметизации активного элемента и трубки (выполненной из стекла или лейкосапфира), т.к. может привести к их поломке.

В настоящее время при изготовлении твердотельных лазеров для эксплуатации в лабораторных условиях в качестве охлаждающих жидкостей используются нейтральные жидкости, герметизация выполняется при помощи уплотнений, изготовленных из резины. Эффективно выравнивать температурные градиенты, возникающие в АЭ, позволяет прокачка теплоносителя в кольцевом канале охлаждения АЭ при использовании системы охлаждения с применением насоса. При использовании стационарной системы охлаждения АЭ (без прокачки теплоносителя), которая должна работать с высокой степенью надежности в жестких условиях эксплуатации, в твердотельных лазерах в качестве охлаждающей жидкости могут быть использованы агрессивные жидкости. В связи с этим актуальной становится задача герметизации АЭ и трубки, образующих кольцевой канал охлаждения АЭ, уплотнениями, выполненными из материалов, устойчивых к агрессивным охлаждающим средам, и методами, обеспечивающими высокую степень герметичности.

Задача, на решение которой направлено изобретение, - возможность использования в твердотельных лазерах любых охлаждающих жидкостей.

Технический результат, предлагаемый при использовании предлагаемого технического решения, - надежная герметизация блока охлаждения АЭ (БОАЭ) в твердотельном лазере.

Указанный технический результат достигается тем, что способ герметизации блока охлаждения активного элемента в твердотельном лазере включает два этапа: установку трубки для активного элемента и установку активного элемента в трубку. На первом этапе в корпус блока охлаждения устанавливают трубку с прижимами и уплотнениями, которые размещают между прижимами с обеих сторон трубки и корпусом блока охлаждения, прижимают указанные прижимы к корпусу, нагревают блок охлаждения до температуры 85-120°С не более 30 минут, после чего повторяют усилие прижатия прижимов трубки к корпусу, выдерживают блок охлаждения при указанной температуре не более 25 минут, повторяют усилие прижатия, охлаждают блок охлаждения и повторяют усилие прижатия. На втором этапе устанавливают активный элемент в трубку, прижимы и уплотнения активного элемента, которые размещают между прижимами трубки и активного элемента с обеих сторон активного элемента, прижимают прижимы активного элемента к прижимам трубки, нагревают блок охлаждения до температуры 85-100°С не более 30 минут, после чего повторяют усилие прижатия прижимов активного элемента к прижимам трубки, выдерживают блок охлаждения при указанной температуре не более 25 минут, повторяют усилие прижатия, охлаждают блок охлаждения и повторяют усилие прижатия. При этом все уплотнения выполнены в виде последовательных слоев фторопласт-индий-фторопласт.

Реализация способа указанным выше образом обеспечила необходимую степень пластической деформации уплотнений. Это дало возможность достичь надежной герметизации блока охлаждения АЭ и, таким образом, решить задачу использования в твердотельных лазерах любых охлаждающих жидкостей.

При анализе уровня техники не обнаружено аналогов, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам данного изобретения. А также не выявлено факта известности влияния признаков, включенных в формулу, на технический результат заявляемого технического решения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям «новизна» и «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 представлен общий вид.

На фиг. 2 - вид А.

На фиг. 1, 2 представлен корпус 1 БОАЭ квантового генератора твердотельного лазера, трубка 2, выполненная из материала, оптически прозрачного для излучения накачки (например, стекло, плавленый кварц, лейкосапфир и т.д.), активный элемент 3, прижимы 4 и 5, уплотнения 6, 7, винты 8 и 9. Прижимы 4 применены для герметизации трубки 2, а прижимы 4 и 5 - для герметизации АЭ 3 и центрирования его в корпусе БОАЭ относительно трубки 2. Все уплотнения 6, 7 выполнены в виде последовательных слоев фторопласт-индий-фторопласт (6 - уплотнения трубки, 7 - уплотнения АЭ).

Способ включает два этапа: установку трубки 2 для АЭ и установку самого АЭ 3 в трубку.

На первом этапе в корпус 1 блока охлаждения устанавливают трубку 2, прижимы 4 трубки и уплотнения 6 трубки с обеих сторон трубки, при этом, уплотнения размещаются между прижимами 4 и корпусом блока охлаждения. После этого БОАЭ помещают в технологическое приспособление, при помощи которого к поверхностям Б и В прижимов 4 к корпусу 1 через уплотнения 6 прикладывают одновременное усилие прижатия в направлениях Г и Д. Нагревают блок охлаждения до температуры 85-120°С не более 30 минут, после чего повторяют усилие прижатия прижимов 4 трубки к корпусу и выдерживают при этой температуре не более 25 минут. Повторяют усилия прижатия, охлаждают БОАЭ до комнатной температуры и повторяют усилие прижатия. Выполняют с двух сторон поочередную затяжку винтов 8 до резкого возрастания усилия.

На втором этапе устанавливают АЭ в трубку 2 симметрично относительно трубки 2. Устанавливают прижимы 5 АЭ и уплотнения 7 АЭ. Уплотнения 7 размещаются между прижимами 4 трубки и прижимами 5 АЭ с обеих сторон АЭ. После этого БОАЭ помещают в технологическое приспособление, при помощи которого к поверхностям Е и Ж прижимов 5 к прижимам 4 через уплотнения 7 прикладывают одновременное усилие прижатия в направлениях Г и Д. Проводят последующий нагрев блока охлаждения до температуры 85-100°С не более 30 минут, после чего повторяют усилие прижатия прижимов 5 активного элемента к прижимам 4 трубки и выдерживают при этой температуре не более 25 минут. Повторяют усилия прижатия, охлаждают БОАЭ до комнатной температуры и повторяют усилие прижатия. Устанавливают винты 9 и выполняют поочередную затяжку до возрастания усилия.

Предлагаемый способ герметизации реализован при создании квантрона, который был применен в твердотельном лазере с термостабилизацией диодной накачки и электрооптической модуляцией добротности с активным элементом в виде стержня из алюмо-иттриевого граната с неодимом YAG:Nd3+ (∅5×60 мм). При осуществлении способа герметизации БОАЭ были проведены испытания на герметичность при термоциклировании, при этом квантрон подвергали трехкратному циклическому воздействию температур, подобранных в соответствии с условиями эксплуатации изделия. Время выдержки в установленном режиме составило не менее 2 часов. Скорость понижения/повышения температуры была задана в диапазоне от 1 до 5°С/мин. После этого выдерживали квантрон в нормальных климатических условиях в течение времени, достаточного для установления теплового равновесия по всему объему, и проводили контроль герметичности. При контроле герметичности не допускалось наличие течи через уплотнительные соединения.

Таким образом, представленные данные свидетельствуют о выполнении при использовании способа по заявляемому изобретению следующей совокупности условий:

- процесс, воплощающий заявленный способ при его осуществлении, предназначен для использования в оптико-механической промышленности при изготовлении оптических усилительных головок, квантовых генераторов и т.п.;

- для заявляемого способа в том виде, в котором он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления.

Следовательно, заявляемый способ соответствует условию «промышленная применимость».

Способ герметизации блока охлаждения активного элемента в твердотельном лазере включает два этапа: установку трубки для активного элемента и установку активного элемента в трубку, на первом этапе в корпус блока охлаждения устанавливают трубку с прижимами и уплотнениями, которые размещают между прижимами с обеих сторон трубки и корпусом блока охлаждения, прижимают указанные прижимы к корпусу, нагревают блок охлаждения до температуры 85-120°C не более 30 минут, после чего повторяют усилие прижатия прижимов трубки к корпусу, выдерживают блок охлаждения при указанной температуре не более 25 минут, повторяют усилие прижатия, охлаждают блок охлаждения и повторяют усилие прижатия, на втором этапе устанавливают активный элемент в трубку, прижимы и уплотнения активного элемента, которые размещают между прижимами трубки и активного элемента с обеих сторон активного элемента, прижимают прижимы активного элемента к прижимам трубки, нагревают блок охлаждения до температуры 85-100°C не более 30 минут, после чего повторяют усилие прижатия прижимов активного элемента к прижимам трубки, выдерживают блок охлаждения при указанной температуре не более 25 минут, повторяют усилие прижатия, охлаждают блок охлаждения и повторяют усилие прижатия, при этом все уплотнения выполнены в виде последовательных слоев фторопласт-индий-фторопласт.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для изготовления дисковых активных элементов мощных лазеров, обеспечивающих эффективное охлаждение активной среды.

Устройство для передачи светового излучения большой мощности относится к квантовой электронике, в частности к технологическим лазерным устройствам. Устройство для передачи светового излучения большой мощности содержит заполненную теплоносителем камеру, ограниченную с торца прозрачным оптическим элементом, оптоволоконный жгут с полированным торцом, собранный из световодов, концевой участок которого установлен внутри камеры с помощью, по меньшей мере, двух фиксирующих элементов, один из которых обеспечивает плотную упаковку световодов на его приторцевой части, между соседними световодами имеются зазоры, образующие межволоконное пространство.

Изобретение относится к лазерной технике. Модуль слэб-лазера с диодной накачкой и зигзагообразным ходом лучей содержит установленные в корпусе: активный элемент, элементы накачки, расположенные на теплоотводах симметрично с двух сторон активного элемента, систему охлаждения и пластины из оптически прозрачного материала, размещенные с обеих сторон активного элемента, каждый элемент накачки снабжен линзой.

Изобретение относится к лазерной технике. Малогабаритный квантрон с жидкостным охлаждением содержит установленные в прямоугольной полости корпуса активный элемент в виде стержня и отражатель, источник оптической накачки, цилиндрическую линзу, пластину из прозрачного для излучения накачки материала, закрепленную рамкой на корпусе напротив источника оптической накачки, и каналы в корпусе.

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.

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.

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. Способ селекции поперечных мод многомодового волоконного лазера включает использование брэгговских решеток, при этом выполненных с равными резонансными длинами волн отражения излучения, соответствующими селектируемой поперечной моде многомодового волоконного световода; формирование торца выходного многомодового волоконного световода с углом более 8°между осью световода и нормалью к торцевой поверхности выходного световода, расположенного после выходной волоконной брэгговской решетки.

Изобретение относится к лазерной технике. Устройство для формирования мощных коротких импульсов СO2 лазером состоит из последовательно расположенных задающего генератора на линии Р(20) 10-мкм полосы, трехсекционной резонансно-поглощающей ячейки со смесью SF6 и N2, оптической схемы геометрического преобразования пучка задающего генератора и трехпроходового усилителя, образованного активной средой СO2 лазера, которая размещена внутри и на оси конфокального телескопа с внешним фокусом.

Изобретение относится к лазерной технике. Лазерное устройство содержит плоский кристалл, снабженный поверхностью обратного отражения, и материал резонаторного фильтра, по существу прозрачный для частотного диапазона видимого света, обеспеченный по меньшей мере на одной стороне этого кристалла и выполненный с возможностью приема световой энергии.

Изобретение относится к лазерной технике. Способ получения атомов йода для активной среды кислородно-йодного лазера включает последовательное прохождение через электроразрядный генератор и узел транспортировки газовой смеси, состоящей из инертного газа, йод содержащих молекул и атомов йода.

Изобретение относится к лазерной технике. Способ получения генерации лазерных импульсов включает получение генерации путем накачки активного элемента мощностью больше пороговой, регулирование генерации модулятором добротности, формирование импульсов генерации излучения положением активного элемента относительно оси резонатора.

Изобретение относится к лазерной технике. Волоконный лазер для генерации высокоэнергетических световых импульсов содержит источник накачки, ответвитель ввода излучения накачки, волоконный кольцевой резонатор длиной ~10 м, включающий в себя активное волокно, устройство нелинейных потерь и ответвитель вывода генерируемого излучения из кольцевого резонатора.

Изобретение относится к лазерной технике. Способ возбуждения импульсов лазерных систем генератор-усилитель на самоограниченных переходах включает в себя подачу периодической последовательности пакетов импульсов возбуждения на генератор и усилитель с возможностью временного сдвига между ними, при которых импульс излучения либо гасится, либо усиливается.

Способ включает предварительный расчет количества слоев пленкообразующих материалов - диоксида циркония и диоксида кремния для длин волн 1,351 мкм и 1,54 мкм и введение рассчитанных данных и длин волн в фотометрическое устройство вакуумной установки, нанесение на одну поверхность подложек и первого контрольного образца зеркального покрытия в виде чередующихся равнотолщинных четвертьволновых слоев пленкообразующих материалов, первый слой выполняют из диоксида циркония, защитный слой - из диоксида кремния, с контролем толщины каждого слоя фотометрическим устройством вакуумной установки по изменению коэффициента пропускания первого контрольного образца на длине волны 1,067 мкм, нанесение на обратную поверхность подложек и поверхность второго контрольного образца слоев пленкообразующих материалов, рассчитанных для другой из указанных длин волн с контролем толщины слоев по изменению коэффициента пропускания второго контрольного образца на длине волны 1,067 мкм.

Изобретение относится к лазерной технике. Кислородный лазерный излучатель содержит генератор синглетного кислорода, имеющий корпус, в котором содержится щелочной раствор перекиси водорода (ЩРПВ), и вращающийся диск, который вращается в корпусе и инжекционную трубку, подающую газообразный хлор, реагирующий с раствором ЩРПВ на поверхности вращающегося диска, в верхнее пространство в корпусе для генерации синглетного кислорода.

Способ вывода из осаждённого из газовой фазы алмаза электромагнитного излучения центров окраски, в котором у поверхности алмазного образца формируется собирающая излучение центров окраски оптическая система, состоящая из конуса с круглым основанием из оптического стекла, окружающего конус конического зеркала и собирающей линзы.

Изобретение относится к лазерной технике. Способ герметизации блока охлаждения активного элемента в твердотельном лазере включает два этапа: установку трубки для активного элемента и установку активного элемента в трубку, на первом этапе устанавливают трубку с прижимами и уплотнениями, на втором этапе устанавливают активный элемент в трубку, прижимы и уплотнения активного элемента. На каждом этапе осуществляют прижатие прижимов к корпусу и друг к другу, последовательно нагревая и охлаждая блок охлаждения. Технический результат заключается в обеспечении возможности надежной герметизации блока охлаждения. 2 ил.

Наверх