- •4. Расчет и конструирование лазерных технологичеаских систем
- •4.3. Оптический резонатор
- •4.3.1. Основные параметры оптических резонаторов
- •Конфокальный резонатор.
- •Полусферические о.Р.
- •Неустойчивый резонатор с конфокальной системой зеркал
- •4.3.3. Расходимость лазерного излучения.
- •4.4. Оптимизация размеров активного элемента и резонатора т.Т.Л.
- •4.3.1. Расчет поперечного сечения активного элемента т.Т.Л.
- •4.4.2. Оценка коэффициента суммарных потерь
- •4.4.3. Оптимальное выходное зеркало непрерывных лазеров
- •4.5. Зеркала лазерных отражателей
- •4.5.1. Диэлектрические лазерные зеркала
- •4.5.2. Просветляющие покрытия
- •4.6. Источники оптической накачки
- •4.6.1. Основные требования к источникам о.Н.
- •Капиллярные лампы высокого давления.
- •Фокусировка лазерного излучения.
- •2. Фокусировка лазерного излучения одиночными линзами.
- •Узлы юстировки.
- •Фокусы, главные плоскости, фокусные расстояния и фокальные плоскости.
- •Вычисление хода нулевых лучей через оптическую систему.
- •Формулы линз.
- •Смещение плоского зеркала по нормали вызывает смещение изображения на величину: . При смещении по оси падающего луча при .
Капиллярные лампы высокого давления.
Для оптической накачки Т.Т.Л., работающих в непрерывном режиме или при высокой частоте следования импульсов более 100Гц, широко используются капиллярные дуговые лампы высокого давления.
В капиллярных дуговых лампах стабилизация положения дуги в пространстве обеспечивается стенками кварцевого капилляра с внутренним диаметром в несколько миллиметров.
Из-за высокой тепловой нагрузки (~
Вт/см
длины лампы) капилляр должен эффективно
охлаждаться (обычно проточной водой).
Для накачки в видимой области спектра, например рубина, весьма эффективны ртутные капиллярные лампы, давление внутри которых в рабочем режиме может достигать 10МПа.
Из-за высокого давления резонансные
линии излучения Hg уширяются (
раз)
и обеспечивают высокоинтенсивную
накачку в диапазоне 0,35-0,65 мкм.
Типичная лампа такого типа имеет диаметр капилляра 1,0 мм и работает при токе ~ 1А и падении напряжения ~ 0,5 кВ/см длины дуги. Срок службы составляет от 10 до 100 часов.
Капиллярные ртутные лампы обладают чрезвычайно высокой светимостью.
Энергетической
светимостью
(интегральной излучательной способностью)
тела называется физическая величина,
численно равная энергии электромагнитных
волн всевозможных частот (или длин
волны) от 0 до
.
Для накачки ИК-лазеров более эффективны капиллярные лампы с инертными газами Xe (ксенон) и Kr (криптон).
Ксеноновые лампы имеют небольшие тепловые потери и, как следствие, более высокий к.п.д., чем криптоновые. Но спектр криптоновой лампы высокого давления лучше согласуется со спектром поглощения ионов неодима.
Срок службы таких ламп 200-750 часов при интенсивном жидкостном охлаждении (вода с Т = 10-30 при расходе до 10 л/мин).
Изготавливаются капиллярные лампы с парами щелочных металлов (калия, натрия, рубидия, цезия). Калиевые лампы очень хорошо подходят для накачки ИАГ:Nd. Спектр такой лампы (излучения) удивительно хорошо совпадает со спектром поглощения ионов Nd в ИАГ:Nd.
Выводы:
Капиллярные лампы - чрезвычайно интенсивный источник оптической накачки.
Используется обычно в непрерывном режиме накачки, отличается высокой светоотдачей и возможностью почти идеального подбора спектра.
3. Спектр капиллярных ламп можно грубо изменять за счет состава наполнителя и более плавно за счет изменения величины давления в капилляре. Это позволяет использовать их для интенсивной накачки различных твердотельных сред за счет подбора спектров излучения лампы и спектра поглощения рабочего иона.
4.Капиллярные лампы - очень компактные источники света, которые допускают эксплуатацию в режимах с мощностью вплоть до 700 Вт/см при диаметре дуги 1 мм.
Недостатки:
1. Большое внутреннее давление делает лампу взрывоопасной;
2. Используются токсичные газообразные среды;
3. Наличие внешнего баллона по отношению к капилляру (для охлаждения водой) увеличивает габариты лампы;
4. Необходимо принудительное охлаждение.
Лампы
вспышки
используются для импульсной накачки
Т.Т.Л. Излучение генерируется в виде
отдельных или повторяющихся световых
вспышек. Частота повторения световых
импульсов до нескольких кГц, длительность
импульсов от
до
с.
В
качестве накопителя обычно используется
наиболее тяжелый инертный газ ксенон.
При этом имеют место наименьшие тепловые
потери в лампе. При длительном импульсе
разряда (
и удельной мощности 0.05 … 0.5 МВт/
тепловые потери составляют: для
,для
,
Ar~60%, Ne~65…70%, соответственно.
Избыточное
давление газа в лампах составляет ( 4…13
)
Па. Это довольно высокое давление,
поэтому лампы взрывоопасны.
1,2-электроды; 3-поджигающий электрод; 4-баллон.
В
большинстве случаев эти лампы представляют
собой трубку со стенкой калиброванной
толщины из плавленого кварца. Диаметр
от 3.0 до 24.0 мм, расстояние между электродами
от 45 до 1000 мм.
Номинальные энергии: 0.4; 0.8; 1.2; 2; 5; 8; 20; 25 и 40 кДж.
В некоторых случаях применяют спиральные и полосные лампы накачки. Однако в связи с низкими эксплутационными свойствами и повышенной плотностью их применяемость ограничена.
При
номинальных режимах эксплуатации спектр
излучения определяется температурой
в разряде и лишь при очень малых мощностях
(~ 0,05
),
становится заметным вклад собственных
резонансных линий рабочего газа ксенона
в области 0,8...1,0 мкм.
Повышение вкладываемой в разряд электрической мощности ведет к увеличению температуры плазмы и заметно влияет на рост излучательной способности лампы, особенно в коротковолновой части спектра.
Однако
увеличение мощности разряда сопровождается
заметным нагревом лампы. Так повышение
вкладываемой в разряд мощности с 0,5 до
1,0
и
укорочение импульса с 2,0 мс до 70 мкс
увеличивает тепловые потери на 10...20%.
Перепад температур отрицательно сказывается на общем ресурсе работы ламп вспышек.
Для трубчатых ксеноновых ламп вспышек общее количество одиночных импульсов до разрушения можно оценить из соотношения
,
где - постоянный множитель, зависящий от конструктивных особенностей лампы;
-
предельная энергия;
- энергия разряда.
здесь
-
площадь внутренней поверхности разрядного
промежутка.
Для ламп диаметром 4...20мм и
мкс
длительность апериодического разряда
на уровне 1/е,
=
0,4 – 0,7 число вспышек составит 10...
.
Заметное влияние на ресурс работы оказывает схема электропитания. Так внешний поджиг в 1,5...2,0 раза сокращает срок службы с внутренним и в 5...10 раз по сравнению с режимом дежурной дуги.
Появление хотя бы одного звона в токовом импульсе снижает ресурс работы лампы вдвое.
При скорости нарастания токового импульса свыше 10 А/мкс в лампе возникает ударная волна и кварцевый баллон разрушается за одну вспышку.
Отрицательно сказывается на ресурс работы и усложнение конфигурации лампы. Спиральные и особенно коаксиально-полостные лампы имеют значительно меньший ресурс работы из-за значительной неоднородности распределения нагрузки по стенкам колбы.
Высокоэффективные отражатели также снижают ресурс работы лампы за счет повышения тепловой нагрузки на колбу лампы. Коэффициент нагрузки при этом возрастает примерно на 30%.
Частота повторения вспышек и ресурс работы лампы сильно зависят от условий охлаждения лампы (естественное, принудительное, воздушное, жидкостное.)
Спектр ламп-вспышек имеет большую составляющую УФ-излучения по сравнению с непрерывными лампами. УФ-излучение вредно воздействует на активный элемент и охлаждающую жидкость. Поэтому на баллоны ламп-вспышек в ряде случаев наносят селективные покрытия или используют фильтрующий кварц.
23.1.
Рассмотренные оптические системы обеспечивают возможность плавного регулирования интенсивности излучения непосредственно в процессе обработки. Это достигается перемещением фокусирующей системы вдоль оси излучения. При этом фокус линзы удаляется или приближается к обрабатываемой поверхности, сфокусированное пятно размывается и концентрация энергии уменьшается.
Для фокусировки излучения более 1 кВт используется зеркальная оптика.
Зеркальные фокусирующие системы ……. применяются в виде одиночного зеркала или какого-либо варианта двухзеркального объектива Кассегрена. Лазерная обработка может осуществляться по схемам показанным на рисунке.
Рис. 23.1
Схема обработки с одиночным фокусирующим зеркалом.
1-лазерноеизлучение; 2-ось фокусирующего зеркала; 3-фокусирующее сферическое зеркало; 4-плоское сплошное зеркало; 5-обрабатываемая деталь; 6-плоское кольцевое зеркало.
На
рис. 23.1. (а) фокусирующее сферическое
зеркало 3 установлено под углом
к оси падающего излучения. В схеме
используется плоское дополнительное
отклоняющее зеркало 4, которое необходимо
при обработке крупных деталей. Если
обрабатываемые детали имеют небольшие
размеры, то лазерное излучение можно
направлять непосредственно на фокусирующее
зеркало 3 ( по траектории отраженного
от плоского зеркала излучения ).
На схеме рис. 23.1 (б) используется плоское кольцевое зеркало 6. Фокусирующее зеркало 3 установлено соосно с падающим излучением. Эту схему используют когда необходимо кольцевое излучение преобразовать в сплошной коаксиальный пучок.
Большими возможностями фокусировки мощного лазерного изучения для технологических целей обладают двухзеркальные объективы. Классическая схема двухзеркального объектива, предложенного еще в 17 веке Кассегреном, представлена на рис. 23.2.
Рис. 23.2
Классическая схема объектива Кассегрена.
1-параболлоидное вогнутое зеркало; гиперболоидное выгнутое зеркало; 3-лазерное излучение.
Объектив состоит из большого вогнутого параболоидного и малого выпуклого гиперболоидального зеркал.
Достоинством объектива является то, что он обеспечивает идеальное изображение бесконечно удаленной точки, т.е. обладает хорошими фокусирующими свойствами и обеспечивает высокую концентрацию лазерной энергии.
Однако объектив Кассегрена в представленном классическом виде при использовании в качестве фокусирующей системы лазерного излучения имеет существенные недостатки:
экранирование излучения малым зеркалом в случаи, когда внутренний диаметр кольцевого луча меньше диаметра малого зеркала
сложность изготовления зеркальных поверхностей второго порядка
высокая концентрация энергии на малом зеркале, которая приводит к геометрическому искажению отражающей поверхности вследствие тепловых деформаций и ухудшению фокусирующих характеристик.
Для лазерной обработки, с целью устранения недостатков класической схемы было предложено использовать обращенный объектив Кассегрена, состоящий из двух зеркал.
Рис. 23.3
Схема фокусировки лазерного излечения обращенным осевым объективом Кассегрена.
1-малое выпуклое сферическое зеркало; 2-большое вогнутое кольцевое сферическое зеркало; 3-лазерное излучение.
Такая схема фокусировки позволяет устранить второй и третий недостатки классической схемы. В то же время возможность частичной экранировки центральной части излучения остается. Поэтому при использовании в технологических целях обращенного осевого объектива Кассегрена необходимо, чтобы лазерное излучение имело строго кольцевое сечение с внутренним диаметром, меньшим диаметра малого зеркала.
Кроме того, накладывается ограничение на расстояние от лазера до места обработки, т.к. с удалением от резонатора кольцевого излучения быстро утрачивается.
Расчет параметров зеркальных объективов.
Обращенные объективы Кассегрена полностью устраняют абберации третьего порядка при использовании не только специальных параболоидного и гиперболоидального зеркал, на даже при использовании сферических зеркал.
Отсутствие
сферических аберраций третьего порядка
обеспечивается при следующих соотношениях
малого
и большого
радиусов кривизны и расстояния L между
зеркалами
(23.3)
(23.4)
(23.5)
Последнее выражение означает, что зеркала расположены концентрически.
Объектив с соотношением вышеуказанных параметров является оптимальным по критерию минимума аберраций.
Однако осевой обращенный объектив может эндамировать излучение малым зеркалом:
,
(23.6)
где
-
внутренний диаметр сечения падающего
на малое зеркало кольцевого лазерного
излучения;
D – наружный диаметр сечения излучения.
Большую перспективу для лазерной обработки представляют внеосевые обращенные объективы Кассегрена. Эти объективы обеспечивают отсутствие ждамирования при условии
(23.8)
где
- расстояние оси луча от оси объектива;
- радиус лазерного
излучения .
Для того, чтобы все лазерное излучение попало на первое выпуклое зеркало, радиус кривизны его поверхности должен удовлетворять условию
(23.9)
Т.о., параметры внеосевого объектива могут быть подобраны по соотношениям (23.8), (23.9) и (23.4).
В общем случае форма пятна, сфокусированного внеосевым объективом, не круглая, а эллиптическая. Поэтому при точном геометрическом расчете оптимизацию системы проводят не по диаметру пятна, а по его площади.
Из рис. видно, что плоскость минимального
размера пятна лежит под углом
к оси лазерного излучения.
Обрабатываемая поверхность должна располагаться именно в этой плоскости для обеспечения максимальной концентрации энергии.
Зеркальную оптику мощных технологических лазеров обычно изготавливают из чистой меди, обеспечивающей высокие коэффициенты отражения и теплопроводности.
Металлические зеркала изготавливают массивными и жесткими, чтобы они могли выдерживать высокий уровень лазерного излучения и не допускали значительных тепловых деформаций поверхности.
Для увеличения отражательной способности и стойкости зеркал на них наносят покрытие обычно из золота.
Зеркала мощных оптических систем обычно имеют принудительное жидкостное охлаждение.
Необходимо помнить, что оптика технологических лазеров должна быть надежно защищена от механических воздействий и продуктов обработки.
Для этого используют обычно различные светофильтры или просто прозрачные экраны.
Техника безопасности при конструировании лазерных систем.
Лазерное излучение даже небольшой мощности может вызвать ( ), возгорание легковоспламеняющихся материалов или необратимые изменения при попадании на сетчатку глаза. Особенно опасно невидимое излучение в ближней и дальней ИК-области. Специфика лазерного излучения еще в том, что оно распространяется на значительные расстояния.
Поэтому конструктор должен предусмотреть меры, чтобы лазерное излучение не выходило самопроизвольно из оптической системы. Т.е. все оптические пути прохождения технологического излучения должны быть надежно закрыты светопоглощающими или светорассеивающими кожухами. На возможных выходах лазерного излучения их оптической системы должны быть установлены светоотражатели. Необходимы электрические или механические блокировки при раскрытии оптических путей излучения. Поворотные зеркала должны иметь надежные ограничители, чтобы случайно не повернуть луч в незащищенном направлении.
23,1
Осветители лазеров.
Для повышения эффективности оптической накачки лампы и активный элемент размещают в специальном устройстве, которое называется осветителем.
Основное назначение О. - концентрация энергии излучения лампы накачки на активном элементе. Обычно О. представляет собой замкнутую полость, внутри которой размещены лампы накачки и активный элемент.
О. - это очень высокоэнергетическое устройство. В этом небольшом объеме осуществляются основные превращения электрической энергии ламп накачки в энергию оптического излучения и тепловую энергию.
Только несколько процентов электрической энергии превращается в энергию накачки, остальные превращаются в бесполезную и вредную энергию тепловых потерь.
В лазерном О. выделяют следующие составляющие тепловых потерь:
- поглощение энергии поверхностью отражателя вследствие несовершенства отражающих покрытий (30-60%);
- тепловые потери в самой лампе накачки могут составлять 20-60%. Основными причинами являются: затемнение колбы лампы, особенно, если она окружена охлаждающей рубашкой;
- тепловые потери в активной среде (10-20%).
Особенно сильно нагреваются внешние (периферийные) слои активного элемента при большом поперечном сечении.
Для определения величины потребляемой лазером (точнее, источником накачки) электрической энергии вводится коэффициент преобразования электрической мощности накачки в мощность, поглощаемую активной средой
.
В
Т.Т.Л. на основе А.И.Г.: Nd при использовании
в качестве источника накачки криптоновых
газоразрядных ламп и лучших эллиптических
отражателей коэффициент
(для рубина
,
для Сm:Nd
).
Общий к.п.д. лазера выражается как отношение мощности выходного излучения к электрической мощности накачки
.
Здесь
- к.п.д. оптического резонатора. При
сокращении принято допущение, что
- мощность, запасенная в активном
элементе.
Обычно
.
Основные требования к конструкции осветителя.
1.
Максимальная передача световой энергии
ламп накачки активному элементу.
Эффективность работы осветителя
оценивается коэффициентом:
,
здесь
-
световая мощность лазерного излучения
-
световая мощность одной лампы
- количество ламп
накачки
2. Высокая равномерность накачки, как по длине, так и по сечению активного элемента.
Максимальный теплоотвод.
Минимальные габариты, вес и мощность.
Высокие надежность и технологичность.
Существует большое количество конструкций осветителя. Конструктивное исполнение осветителя определяется его назначение.
Рассмотрим некоторые конструкции осветителя.
Осветители с параллельным расположением ламп и стержня.
1-активный элемент; 2-лазер накачки; 3-отражатель.
Наиболее эффективным является осветитель в виде эллиптического цилиндра. Лампа и активный стержень в центрах эллипса. Длина разрядного промежутка лампы должны быть не менее длины активной части стержня. На полированную эллиптическую поверхность цилиндра наносится зеркальное покрытие из серебра или алюминия.
Эффективность передачи световой энергии
растет по мере уменьшения эксцентриситета
эллипса и увеличения диаметра активного
элемента. Эллиптический отражатель
обеспечивает сравнительно высокую
эффективность (до 75%) и равномерность
накачки. Причем высокая эффективность
накачки достигается при условии, когда
средний диаметр эллипса много больше
длины отражателя при сравнительно малых
диаметрах стержня и лампы.
Отражатель такой формы является высокотехнологичной деталью. Эллиптические цилиндры можно изготовить обработкой резанием пальцевой фрезой или штамповкой из алюминия.
Возможность
разнесения лампы и стержня на расстояние
упрощает фильтрацию вредных составляющих
спектра лампы и конструкцию системы
охлаждения.
Частным
случаем О. с эллиптическим отражателем
является цилиндрический отражатель
.
Такой осветитель по теории должен
обладать 100% к.п.д. Однако, поскольку
лампа и активный стержень имеют конечные
размеры их нельзя разместить в центре
осветителя. Это снижает эффективность
осветителя и существенно усложняет
охлаждение лампы и активного стержня.
Для решения последней проблемы комнатные цилиндрические осветители изготавливают в виде кварцевого или стеклянного моноблока с двумя расположенными вблизи его геометрической оси полированными отверстиями – для лампы и активного стержня.
По этим отверстиям пропускается охлаждающая жидкость. Внешняя поверхность такого осветителя покрывается серебренным, алюминиевым или диэлектрическим зеркалом.
Путем подбора слоев диэлектрического зеркала можно обеспечить требуемый спектральный состав энергии накачки. Это уменьшает нагрев лазерного стержня и замедляет его фотохимическое старение.
Наиболее комнатными осветителями являются системы, получившие название “ тесной камеры “ или плотной упаковки.
Конструктивно такой осветитель может быть образован путем обертывания алюминиевой или серебреной фольгой сложенных вместе лампы накачки и активного стержня.
23.6.
Схема фокусировки лазерного излучения обращенным внеосевым объективом Кассегрена.
1-малое сферическое зеркало; 2-большое вогнутое сферическое зеркало; 3-лазерное
излучение.
Более приемлемой для лазерной обработки является схема фокусировки с помощью обращенного внеосевого объектива Кассегрена. В этой схеме полностью отсутствует экранирование излучения, независимо от ее распределения достигает обрабатываемой поверхности.
В первом приближении независимо от формы такой отражатель обладает высокой эффективностью.
,
где
- средний радиус кривизны отражателя.
Высокая эффективность обеспечивается за счет многократного взаимодействия света накачки с веществом активного стержня.
Однако в этом случае резко ухудшается тепловой режим работы лазера, затрудняется фильтрация излучения накачки.
Для повышения равномерности накачки и усиления возбуждения накачки в мощных лазерах используют многоламповые осветители. Число ламп может быть от 2 до 8.
Системы накачки с двумя и четырьмя эллиптическими отражателями.
Такие
осветители эффективно работают только
в случае если
.Существует
оптимальное енкенке обеспечивающую
оптимальную накачку.
Таким образом основное преимущество многолампового осветителя является симметрирование накачки и в конечном итоге структуры генерируемого пучка.
Заметный же выигрыш в повышении плотности энергии накачки получается лишь только при использовании толстых (по сравнению с внутренним диаметром лампы накачки) стержней, что характерно для высокоэнергетичных лазеров на неодимовом стекле.
Осветители
с расположением лампы накачки вдоль
оси активного стержня
– обеспечивают строго симметричную
накачку в поперечном сечении
.
Однако при этом увеличиваются габариты
лазера вдоль оптической оси. Кроме того,
по крайней мере один электрод лампы
накачки должен быть расположен под
прямым углом к оси разряда.
В осветителях такого типа из-за максимального разнесения лампы и стержня можно более рационально построить систему охлаждения: подавать …….. сначала к активной среде, а затем к лампе.
Эликсоидный осветитель состоит обычно из двух ……… (из алюминия) и полированных пластинок.
В них между фокусом и вершиной расположены активный стержень и разрядный промежуток лампы вспышки. Эффективность осветителя с элипсоидом растет при увеличении такой оси элипсоида ( …. или уменьшении диаметра разряда и эксцентриситета), что приводит к более технологичному сферическому осветителю.
Сферический осветитель обладает достаточно высокой эффективностью. Один и тот же сферический осветитель в зависимости от энергии накачки обеспечивает разную эффективность. Вблизи порога генерации (плазма лампы – вспышки почти прозрачна, в ней нет потерь на поглощение) и при максимальной мощности: порог генерации несколько ниже при параллельном расположении лампы и стержня в непосредственной близости друг от друга, а максимальная энергия излучения больше при соосном расположении лампы и стержня.
Осветители с коаксиальным расположением лампы и активного стержня.
Эти осветители обеспечивают оксимметричную накачку при номинальных габаритах вдоль оптической оси лазера.
Осветитель с ……. коаксиальной лампой обеспечивает возможность создания компактного высокоэффективного и сравнительно дешевого лазера с небольшим ресурсом работы.
Основная причина – малый ресурс полосной лампы – вспышки, связанный с ее взрывоопасностью из-за наличия концентраторов напряжения в местах вварки электродных узлов.
В лазерах с таким осветителем, как правило, нет зеркального покрытия. Внешний болон лампы обмазывается какой-либо светорассеивающей краской (например, магнезией). Это повышает равномерность накачки вдоль оптической оси.
Осветитель со спиральной лампой.
Система накачки со спиральной лампой вспышкой.
1-отражатель; 2-лампа вспышка; 3-лазерный кристал.
Историческая ценность использована в первом лазере на рубине.
В наше время спиральные лампы-вспышки почти не применяются в системах оптической накачки. Причины: меньшая эффективность по сравнению с прямыми трубчатыми лампами ( и даже полостными ) – из-за перепоглащения части излучаемого света одним витком спирали в направлении соседних витков.
Осветители крупногабаритных лазеров на неодимовом стекле.
Эти осветители предназначены для возбуждения активных тел в виде плит и дисков с целью получения максимальной энергии импульса и всегда содержат более одной лампы-вспышки, а в качестве отражателя цилиндрические зеркальные элементы.
Осветители для активных элементов состоят из трубчатых ламп ……. и отражающих полуцилиндров.
Если длина плиты не превышает длины лампы, а требуемая накачка может быть обеспечена двумя лампами, то используется вариант осветителя показанного на рис.
Здесь
лампы расположены вдоль оптической оси
лазера внутри зеркальных полуцилиндров
с радиусом кривизны,
т.е. равным половине ширины плиты.
Равномерность накачки в данном варианте
невелика. Однако при идентичности
излучательных характеристик ламп
имеется симметрия накачки по координатным
осям X и Y сечения плиты.
Если используется активный элемент из фосфатного стекла, то лампы-вспышки охлаждаются жидкостью, протекающей между поверхностью лампы и внутренним началом стеклянного полуцилиндра-отражателя. Материал отражателя (стекло) фильтрует УФ и др. нежелательные участки спектра лампы накачки, а сама плита охлаждается за счет обдува воздухом.
Для повышения накачки крупногабаритных плит используются многоламповые осветители с металлическими штампованными цилиндрами. Оси цилиндров перпендикулярны оси лазера. В этом случае длина разрядного промежутка лампы вспышки должна соответствовать ширине плиты, а количество ламп требуемой энергии накачки.
Осветитель для плит из Cu:Nd лампы параллельно оптической оси лазера.
В
данном типе осветителя иногда применяют
U-образные лампы-вспышки, которые
охватывают плиту не только вдоль длиной
стороны поперечного сечения, но и одной
короткой. Для лучшего симметрирования
света накачки лампы вставляют с разных
сторон плиты. Преимуществом U-образных
ламп является большое напряжение
самопробоя, и следовательно большая
энергия
,
которую запасают в накопительном
конденсаторе емкостью
при напряжении
.
Лазер с осветителями данного типа охлаждают обычно за счет продувки воздухом.
Осветители для оптической накачки дисков используются в выходных каскадах усилителей с максимальной энергией импульса.
При падком расположении нескольких дисков под углом Брюстера осветитель состоит из зеркального цилиндра, по периферии которого расположено необходимое количество ламп.
Осветители для дисков:
с повышенной осемметричностью накачки
с повышенной интенсивностью накачки.
Длина этих ламп должна соответствовать или превышать длину активного усилителя вдоль оптической оси.
Такой осветитель обеспечивает высокоинтенсивную накачку, однако, ее асимметричность далека от придельной.
Для обеспечения асимметричной накачки одинарных дисков из неодиливого стекла следует использовать осветитель с двумя кольцевыми трубчатыми лампами, диаметр которых несколько превышает диаметр диска. Такие лампы устанавливаются в фокальную линию эллиптического тора, преходящего по мере приближения и краем диска в полый зеркальный усеченный конус. Осветитель такого типа обладает высокой эффективностью, но ограничен мощностью накачки.
Литература:
Рожков О.В “Особенности проектирования лазеров:” Уч. пособие под ред.
Л.П. Лазарева. М.: МВТУ-М.: 1986-56с.
Зверев Г.М. и др. Лазеры ИАТ: Nd М.: Радио и связь 1985г. 144с. С.120…122
Справочник по лазерам (перевод с немецкого). 1989г.
Далее напомнить об уст-х управления
По цепи питания ламп и накачки
Затворы внутренние и внешние механические, самопросветляющие, акустооптические.
Литература:
Энциклопедия электроники
Королев Т.В. “Источники электропитания лазеров ” / под ред. В.М. Вакуленко
М.: энергоиздат 1981г. 169с.
Журнал квантовая электроника.
24,1
