способ получения мощного синхронизированного излучения в многоканальном лазере и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения мощного синхронизированного излучения в многоканальном лазере, включающий создание лазерного излучения в задающем генераторе и передачу излучения посредством зеркал для повышения мощности излучения в газоразрядный усилитель, отличающийся тем, что пучок излучения из задающего генератора увеличивают до диаметра апертуры пакета усилителя, разбивают на отдельные пучки излучения, количество и геометрическое расположение которых соответствуют числу и расположению разрядных трубок в пакете усилителя, и подают каждый отдельный пучок в разрядную трубку.

2. Устройство для получения мощного синхронизированного излучения в многоканальном лазере, содержащее генератор лазерного излучения, связанный посредством отражающих зеркал, часть которых образует телескопическую систему, с усилителем лазерного излучения, отличающееся тем, что усилитель лазерного излучения выполнен в виде пакета разрядных трубок, а одно из зеркал телескопической системы снабжено плотно промыкающими друг к другу фокусирующими элементами, число которых и взаимное расположение соответствуют числу и расположению газоразрядных трубок в усилителе, при этом увеличение телескопической системы равно



где D_у - диаметр апертуры усилителя;

D_г - диаметр апертуры генератора;

а кривизна фокусирующих элементов зеркал равна

R=bd/(1,220,86),

где b - период упаковки газоразрядных трубок;

d - внутренний диаметр газоразрядных трубок;

- длина волны излучения,

причем расстояние от оси зеркала с фокусирующими элементами до входа усилителя равно

L = a + b = 0,43 R,

где a - расстояние от центра зеркала с фокусирующими элементами до поворотного зеркала;

b - расстояние от поворотного зеркала до входа усилителя;

R - кривизна фокусирующих элементов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к лазерной технике.

Известен способ получения мощного излучения в многоканальном лазере [1] включающий создание излучения из пакета параллельно расположенных трубок посредством электрического разряда в газовой среде и достижение одновременной генерации всего пакета трубок, расположенных между двумя плоскими зеркалами.

Устройство для осуществления указанного способа содержит герметичную камеру, внутри которой установлен пакет охлаждаемых разрядных трубок. По торцам пакета установлены зеркала, одно из которых выполнено частично светопроницаемым. Устройство снабжено системой создания активной среды.

Недостатком известных способов и устройства является сложность создания высокой плотности мощности в пятне из-за самостоятельной генерации каждой трубки в пакете, что приводит к высокой расходимости излучения и тем самым исключает использование мощного многоканального лазера для резки и сварки.

Мощное излучение с расходимостью, близкой к дифракционной, возможно реализовать способом [2] включающим создание лазерного излучения в задающем генераторе, передачу излучения посредством зеркал в усилитель для повышения мощности. Усилитель представляет собой быстропрокачную камеру с многопроходным резонатором.

Устройство для осуществления этого способа содержит генераторы лазерного излучения, связанные посредством зеркал, часть которых образуют телескопическую систему с усилителем лазерного излучения.

Недостатками известных способа и устройства являются сложность быстропрокатного усилителя для получения высокой мощности излучения, сложность обеспечения высокой степени однородности активной среды и заполнения излучением всего объема активной среды, что снижает КПД устройства.

Техническая задача изобретения повышение плотности мощности многоканального лазера и тем самым расширение его технологических возможностей, упрощение конструкции и повышение КПД.

Техническая задача достигается тем, что по способу получения мощного синхронизированного излучения в многоканальном лазере, включающему создание лазерного излучения в задающем генераторе и повышение мощности излучения в газоразрядном усилителе, пучок излучения из задающего генератора увеличивают до апертуры пакета усилителя, разбивают на отдельные пучки излучения, количество и геометрия которых соответствуют количеству и расположению разрядных трубок в пакете, и подают каждый отдельный пучок в разрядную трубку.

Техническая задача достигается также тем, что устройство для получения мощного синхронизированного излучения, содержащее генератор лазерного излучения, связанный посредством оптической системы с газоразрядной камерой, выполненной с возможностью усиления лазерного излучения, усилитель лазерного излучения выполнен в виде пакета разрядных трубок, а оптическая система включает в себя два зеркала, образующие телескопическую систему, одно из которых снабжено плотно примыкающими друг к другу фиксирующими элементами, созданными, например, с помощью фотолитографического травления, число которых и взаимное расположение соответствуют числу и расположению газоразрядных трубок в усилителе, при этом увеличение телескопа.

K где D_у диаметр апертуры усилителя;

D_г диаметр апертуры генератора,

а кривизна фокусирующих элементов зеркал

R b d/(1,22 0,86), где b период упаковки газоразрядных трубок;

d внутренний диаметр газоразрядных трубок;

длина волны излучения.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что пучок излучения из задающего генератора увеличивают до диаметра апертуры пакета усилителя, разбивают на отдельные пучки излучения, количество и геометрия расположения которых соответствуют числу и расположению разрядных трубок в пакете усилителя, подают каждый отдельный пучок в разрядную трубку, а заявляемое устройство отличается от известного тем, что усилитель лазерного излучения выполнено в виде пакета разрядных трубок, а одно из зеркал телескопической системы снабжено плотно примыкающими друг к другу фокусирующими элементами, число которых и расположение соответствуют числу и расположению газоразрядных трубок в усилителе, при этом увеличение телескопа

K а кривизна фокусирующих элементов зеркал

R b d/(1,22 0,86)

На фиг.1 схематично представлено предложенное устройство; на фиг.2 зеркало с фокусирующими элементами; на фиг.3 сечение А-А на фиг.1.

Устройство для реализации способа получения мощного синхронизированного излучения в многоканальном лазере содержит генератор 1 лазерного излучения, включающий источник 2 питания, разрядную камеру 3 с оптическим резонатором 4 и систему 5 прокачки активной среды, связанный оптической системой 6 с усилителем 7 лазерного излучения. Усилитель лазерного излучения выполнен в виде пакета разрядных трубок 8, к которым от источника 9 питания подается напряжение. Разрядные трубки 8 заключены к герметичную камеру 10 с перегородками 11. Циркуляция охлаждающей среды осуществляется насосом 12 через теплообменник 13. По торцам пакета разрядных трубок 8 установлены прозрачные окна 14, 15. Усилитель 7 лазерного излучения снабжен системой вакуумирования 16 и подачи активной среды 17. Согласующая оптическая система 6 выполнена в виде двух сферических зеркал 18 и 19 и плоского отражающего зеркала 20, причем зеркало 19 снабжено плотно примыкающими друг к другу фокусирующими элементами 21, число которых и расположение соответствуют числу и расположению разрядных трубок 8. Отношение радиусов кривизны зеркал 18 и 19 равно

K а кривизна фокусирующих элементов зеркал

R b d/(1,22 0,86).

Расстояние от оси зеркала с фокусирующими элементами до входа усилителя

L a + b 0,43R где а расстояние от центра зеркала с фокусирующими элементами до поворотного зеркала; b расстояние от поворотного зеркала до входа усилителя.

Способ получения мощного синхронизированного излучения в многоканальном лазере и устройство для его осуществления реализуются следующим образом. Включаются система 5 прокачки активной среды генератора 1 лазерного излучения и насос 12, осуществляющий циркуляцию охлаждающей среды через теплообменник 13 в герметичную камеру 10 усилителя 7, а также система 16 вакуумирования и система 17 прокачки активной среды. Источниками 2 и 9 питания подается напряжение соответственно в генератор и усилитель 7. Выходящие из генератора 1 одномодовое излучение поступает на сферическое зеркало 18 и, отражаясь от него, переходит на второе сферическое зеркало 19, где за счет фокусирующих элементов 21, плотно примыкающих друг к другу, разделяется на отдельные пучки излучения и посредством плоского отражающего зеркала 20 направляется в пакет разрядных трубок 8 через прозрачное окно 14. В целях согласования апертуры генератора и усилителя сферические зеркала 18 и 19 образуют телескопическую систему с необходимым коэффициентом увеличения. Поступившие в разрядные трубки 8 пучки лазерного излучения усиливаются до необходимой мощности и выводятся через прозрачное окно 15 для выполнения необходимой технологической операции, причем из усилителя выходит синхронизированное излучение в модовом режиме, определенным генератором 1. Необходимая мощность определяется количеством и длиной разрядных трубок 8.

Предложенное способ и устройство позволяют значительно повысить плотность мощности излучения многоканального лазера и получить большие мощности синхронизированного излучения при высоком КПД устройства, а также простоте конструкции.