Активный элемент газового лазера

 

АКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ГАЗОВОГО ЛАЗЕРА, содержащий разрядный капилляр , соединенный через переходы кварцстекло с оптическими окнами, о т л ичающийся тем, что, с целью повьшения мощности излучения, механической и термической прочности, на каждом переходе коаксиально разрядному капилляру установлена кварцевая трубка, соединенная с переходом жестко со стороны окна и при помощи пластичного материала со стороны разрядного капилляра, при этом соотношение диаметров перехода и кварцевой трубки выбрано в пределах от 1:1,3 до 1:1,7. ел оо со ю 05

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ ЕСНИх

РЕСПУБЛИН (51)4 Н 01 S 3 03

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2724041/18-25: (22) 12.02.79 (46) 07.06.88. Бюл. В 21 (72) А.М.Кодылев, В.А.Степанов и В.С.Трусов (53) 621.375.8(088.8) (56) Патент США У 3752554, кл. 316-19, опублик. 1973.

Альтман Д.Е. и др. Трубка с высокотемпературными окнами для лазеров на парах металлов. "Приборы для научных исследований", 1975, N - 6, с. 13 °

Берд и др. "Приборы для научных исследований". 1963 Ф 6, с. 87.

„„Я0„„753326 (54)(57) АКТИВНЬЙ ЭЛЕМЕНТ ГАЗОВОГО

ЛАЗЕРА, содержащий разрядный капилляр, соединенный через переходы кварцстекло с оптическими окнами, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения мощности излучения, механической и термической прочности, на каждом переходе коаксиально разрядному капилляру установлена кварцевая трубка, соединенная с переходом жестко со стороны окна и при помощи пластичного материала со стороны разрядного капилляра, при этом соотношение диаметров перехода и кварцевой трубки выбрано в пределах от 1:1,3 до 1:1,7.

753326

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при изготовлении газоразрядных лазеров. 5

Известны активные элементы газовых лазеров, содержащие разрядный капилляр, электроды и оптические окна, которые соединяются с разрядной трубкой с помощью клея. 10

Недостатком активных элементов является высокая газопроницаемость, большое гаэовыделение и малая теплоустойчивость клеевого соединения, что ограничивает сохраняемость и долго- 15 вечность приборов.

Известны активные элементы газовых лазеров, содержащие разрядный капилляр, электроды и оптические окна, соединенные с торцом трубки путем 20 сварки. Такое соединение выдерживает высокую температуру (450-1000 C) в зависимости от типа стекол, применяемых.в качестве оболочки активного элемента, имеет меньше газопроницае- 25 мость и гаэовыделение.

В конструкции активного элемента в качестве вакуумной оболочки используется кварцевое стекло и кварцевые окна непосредственно спаиваются:обо- 30 лочкой. Обладая высокими термическими и оптическими свойствами, кварцевое стекло имеет повьппенную проницае-, мость гелия, что ограничивает долговечность приборов. 35

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является активный элемент газового лазера, содержащий разрядный капилляр, соединенный через переходы кварц-стекло с. 40 оптическими квацевыми окнами. Переход кварц-стекло представляет набор (4-6) спаянных между собой переходных стекол с постепенно изменяющимся коэффициентом термического расшире- 45 ния (KTP) от кварцевого стекла (KTP =, 5 10 1/ С) к стеклу молибденовой группы (KTP = 52 .10 1/ С) Недостатком лазера является малая мощность излучения вследствие большой длины перехода, низкая механическая и термическая прочность. Это связано с тем, что переход не выдерживает резких колебаний температуры и при незначительном механическом воздействии разрушается.

Целью изобретения является повышение мощности излучения, механической и термической прочности активного элемента газового лазера.

Указанная цель достигается тем, что в известном активном элементе газового лазера, содержащем разрядный капилляр, соединенный через переходы кварц-стекло с оптическими окнами, на каждом переходе коаксиально разрядному капилляру установлена кварцевая трубка, соединенная с переходом жестко со стороны окна и при помощи пластичного материала со стороны разрядного капилляра, при этом соотношение диаметров перехода и кварцевой трубки выбрано в пределах от 1:1,3 .до 1:1,7.

Размещение кварцевой трубки коаксиально разрядному капилляру и соединение ее с переходом позволяет снять механическую нагрузку с перехода и передать ее на кварцевую трубку, перераспределить тепло между переходом и кварцевой трубкой, равномерно распределить тепло по всей поверхности перехода, уменьшить пассивную длину разрядного капилляра, что приведет к повьппению мощности излучения механической и термической прочности активного элемента.

На чертеже представлена конструкция предложенного активного элемента газового лазера.

Активный элемент содержит разрядный капилляр 1, выполненный из стекла молибденовой группы С52-1. .Капилляр соединен с оптическим окном 2 из кварцевого стекла через переход кварц-стекло 3, представляющий набор спаянных между собой переходных стекол с постепенно изменяющимся KTP.

Окно соединено путем прямого спаивания с полусферой 4, выполненный также иэ кварцевого стекла. На переходе коаксиально разрядному каналу установлена кварцевая трубка 5, соединенная с переходом со стороны окна жестко, например путем сварки, а со стороны разрядного канала с помощью пластичного материала, например клея 6..

Порядок изготовления активного элемента.

Изготавливается разрядный капилляр 1 с электродами и переход 3 с оптическим узлом (полусферой 4). При этом сначала к переходу 3 припаивается кварцевая трубка 5 и полусфера 4, которая затем обрезается и шлифуется

753326

45 под углом Брюстера. После очистки переход с полусферически брюстеровским наконечником приваривается к разрядному капилляру на оптической скамье. Последней операцией при сборке активного элемента является сварка оптических окон 2 с полусферами 4.

При сварке кварцевой трубки 5 с переходом 3 и окна 2 с полусферой 4 отдельные участки оптического узла и перехода нагреваются до высоких температур (2000ОС), что может вызвать неравномерный нагрев перехода кварц-стекло ° Однако, наличие кварцевой трубки 5 обеспечивает отвод значительного количества тепла и равномерную температуру на переходе, что исключает возникновение опасных напряжений в переходе, а, следовательно, и его разрушение. После обезгаживания трубки под печью при оптимальной температуре (450 С) во время откачки и проведения полного цикла откачки склеивают кварцевую трубку 5 со стеклянной частью перехода 3. Нанесения клея после откачки вызывается тем, .что клей не выдерживает высокой темнературы обезгаживания (450 С), а также может привести к разрушению трубок с различным КТР вследствие потери пластичности.

Изготовленный активный элемент газового лазера работает следующим образом.

При включении прибора нагревается оболочка активного элемента разрядом, возникающим между катодом и анодом.

При этом переход 3 нагревается постепенно, и тем самым исключается его разрушение. В случае резкого изменения окружающей среды переход также не испытывает термоудара. При работе в жестких механических условиях активный элемент выдерживает большие перегрузки, Нагрузку принимает на себя кварцевая трубка 5, Механическая прочность конца разрядной трубки определяется прочностью кварцевой трубки 5, которая значительно превосходит прочность перехода кварц-стекло 3.

Кварцевая трубка 5, установленная снаружи перехода, является с одной стороны тепловым экраном для перехо.да. Это обеспечивает медленное и равномерное распределение тепла на все участки перехода в случае воздействия температуры как общего характера (например, работа прибора при повышенных (150 С) или низких температурах (-50 С)), так и местного характера (нагрев перехода во время сварки кварцевого окна с трубкой (2000 C)).

Кроме того кварцевая трубка снимает механическую нагрузку с перехода кварц-стекло и практически является держателем оптического узла, так как усилия с оптического узла через кварцевую трубку и клей передаются на разрядный капилляр, минуя переход кварц-стекло.

Введение пластичного материала, например клея, для соединения кварцевой трубки с разрядным капилляром позволило повысить механическую прочность активного элемента, выполненного из стекол с резко отличающимся коэффициентами термического расширения, в частности кварца и стекла

С52-1. Поскольку в конструкции клей выполняет только роль механического держателя и не является элементом вакуумной оболочки, то он не влияет на долговечность и сохраняемость лазера.

Жесткое соединение кварцевой трубки с переходом со стороны окна, например путем сварки, обеспечивает с одной стороны высокую механическую прочность узла, с другой стороны отвод значительного количества тепла от места сварки окна и уменьшение его, соответственно на переходе кварц-стекло. Это объясняется тем, что после сварки трубка 5 и оптический узел представляют собой единое целое. Поскольку трубка, имеющая сравнительно большую площадь поверх-, ности, выполнена из кварца, обладающего лучшей теплопроводностью по сравнению с другими стеклами, то создаются оптимальные условия для отвода тепла от перехода кварц-стекло. Повышенный теплоотвод, который обеспечивается кварцевой трубкой, позволил в предлагаемой конструкции активного элемента уменьшить длину перехода, т.е. места сварки полусферы и разрядного капилляра приблизить непосредственно к переходным стеклам.

Это позволило повысить мощность активного элемента за счет уменьшения нерабочей части разрядной трубки.

Достигнуто увеличение мощности на

10-307. в зависимости от общей длины разрядной трубки (200-1000 мм).

753326

Редактор Н.Сильнягина Техред А.Кравчук Корректор Л.Пилипенко

Тираж 632 -. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Заказ 3393

Производственно-.полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Установленное соотношение диаметров кварцевой трубки и перехода обес печивает высокую надежность узла и технологичность его изготовления.

При отношении меньшим 1,3 возможно соприкосновение стекла С52-! с кварцевой трубкой, что приведет к разрушению трубок при незначительном повышении температуры (свыше 50 С). При 1О отношении большем 1,7 увеличивается зазор между трубкой 5 и переходом 3, что приводит к снижению механической прочности клеевого соединения кварцевой трубки и перехода, ухудшению условий по созданию равномерной температуры на переходе, особенно при местном нагреве. Следствием последнего является возникновение опасных напряжений в стекле.

Таким образом, предложенная конс рукция активного элемента газового . лазера обладает повышенной устойчивостью к термическим и механическим воздействиям; позволяет повысить мощность излучения на 10-ЗОЖ; повышает надежность прибора при эксплуатации в сложных климатических условиях; позволяет расширить области применения сварных соединений оптических кварцевых окон с разрядной трубкой одного иэ самых перспективных направлений в создании долговечных приборов с большой сохраняемостью.