2.5.2. Тепловой режим работы лазера накачки

Отсутствие системы принудительного ожлаждения излучателя вызывает необходимость аккумулирования выделяющегося тепла при одновременной стабилизации нагрева излучателя.

Как показали предварительные исследования при температуре корпуса до 70°С выходные параметры излучателя лазера сохраняют свои первоначальные значения. При дальнейшем повышении температуры снижение квантового выхода и деполяризующее действие термооптических искажений приводят к быстрому снижению энергии излучения и к срыву генерации.

Для обеспечения заданных энергетических параметров электрическая энергия накачки излучения должна составлять Е = 8 Дж при частоте повторения импульсов f = 3 Гц. Средняя мощность составляет соответственно

P_ср = E×f = 24 Вт

Выделившееся при этом количества тепла за время работы t = = 120 с (2 минуты за один цикл работы):

Q = P_ср×t = 2,88×10³ Дж

Это тепло должно пойти на нагрев теплового аккумулятора. При объеме излучателя лазера накачки не более 500 см³ с учетом размещения элементов резонатора в реальной конструкции объем медной основы аккумулятора составляет 185 см³.

Выражение для количества теплоты, поглощаемой аккумулятором, имеет вид:

Q = r × V × c × DT , (2.19)

где с – удельная теплоемкость вещества аккумулятора, V – его объем, DТ – температура нагрева по отношению к начальной температуре, r – плотность вещества аккумулятора.

Наиболее тяжелые условия работы излучателя складываются при температуре окружающей среды Т=50°С. Температура нагрева при этом DТ = 20°С. Численные значения параметров: c=395; r = 8,89 г/cм³; V = 185 см³. Подставив все в (2.19), получаем

Q = 13×10³ Дж

Таким образом, тепловым аккумулятором поглощается энергии значительно больше, чем выделяется в процессе работы квантрона, а значит выбранная конструкция квантрона с запасом обеспечивает заданный режим работы прибора при отсутствии принудительного охлаждения.

2.5.3. Термостабилизирующее устройство преобразователя частоты

Термостабилизирующее устройство представляет собой систему автоматического регулирования, отслеживающим параметром которой является сопротивление терморезистора, находящегося в тепловом контакте с преобразователем частоты (ПЧ), расположенном в излучателе лазера накачки, а исполнительным элементом – нагреватель, находящийся в тепловом контакте с ПЧ. Терморезистор включен последовательно с постоянным резистором и образует термонезависимый делитель напряжения, напряжение с которого подается на прямой вход компаратора, а на его инверсный вход подется опорное напряжение в виде суммы постоянного и пилообразного напряжений. Таким образом осуществляется широтно-импульсная модуляция напряжения на выходе компаратора, то есть регулирование мощности, рассеиваемой на нагревателе в зависимости от рассогласования напряжений обратной связи и постоянной составляющей опорного напряжения.

2.5.4. Устройство вращения и сканирования активного элемента перестраиваемого лазера

С целью исключения системы прокачки и спиртовых растворов красителей, обычно применяемых в перестраиваемых по длинам волн лазерах из состава разрабатываемого прибора в качестве активных элементов используются диски из полиметилметакрилата с введеными в него красителями. Для увеличения срока службы элементов (использование всей рабочей поверхности) в процессе работы они приводятся в движение специальным механизмом (рис 2.12). Это движение осуществляется с помощью двигателя 3 типа ДПМ с редуктором 4 и эксцентриком 2. Активный элемент 1 закреплен на маховике 5, свободно перемещающемся в вертикальной плоскости.