ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР (ВАРИАНТЫ)

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР (ВАРИАНТЫ)


RU (11) 2243072 (13) C2

(51) 7 B23K26/06, G02B27/09 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2002109159/28 
(22) Дата подачи заявки: 2002.04.08 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2002.04.08 
(43) Дата публикации заявки: 2004.01.20 
(45) Опубликовано: 2004.12.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: ЕР 0723834 А1, 31.07.1996. US 3733404 А, 30.06.1972. US 5397686 А, 14.03.1995. SU 1815086 A1, 15.05.1993. 
(72) Автор(ы): Усов С.В. (RU); Минаев И.В. (RU); Зверев Ю.Б. (RU); Зарубин М.Ю. (RU); Грашкин И.Л. (RU); Буданов Н.А. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество АК "Туламашзавод" (RU) 
Адрес для переписки: 300002, г.Тула, ул. Мосина, 2, ОАО АК "Туламашзавод", начальнику патентного отдела К.Г. Чибисову 

(54) ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано для формирования пучка Nd: YAG лазеров с расходимостью 10-20 мрад. Лазер включает излучатель, систему зеркал и оптическую стабилизирующую систему на оптической оси излучателя. По первому варианту расстояние между излучателем и оптической стабилизирующей системой и оптической стабилизирующей системой и выходом из зоны обработки выбираются из соотношения (0,8-1,2):(10-20) системой. По второму варианту оптическая стабилизирующая система выполнена трехэлементной из последовательно расположенных вдоль оси лазера рассеивающей двояковогнутой и двух рассеивающих длиннофокусных плосковыпуклых линз. Соотношение расстояний между двояковогнутой и первой плосковогнутой и первой плосковогнутой и второй плосковогнутой линзами находятся в пределах (1,2-1,7):(1,1-1,6). Обеспечено повышение стабильности геометрических параметров лазерного луча на обрабатываемой поверхности с неизменным положением фокального пятна. 2 с.п. ф-лы. 4 ил.






ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области лазерной техники, а именно к способам транспортировки луча мощных многомодовых Nd:YAG лазеров в рабочую зону.

Лазерный комплекс кроме собственно реактора-лазера включает в себя оптические системы формирования лазерного излучения и транспортировки его к объекту воздействия, систему управления и защиты реактора и систему управления лазерным излучением, периферийные системы прокачки и охлаждения лазерной среды и теплоносителя. 

Выходное лазерное излучение состоит из многих мод, на которые оказывают влияние различные неоднородности структуры активного вещества. Вследствие этого излучение твердотельного лазера характеризуется понятием угловая расходимость . Для Nd:YAG лазеров угловая расходимость лежит в пределах =2... 20 мрад.

В пучке лазерного излучения угловую расходимость формируют ближняя и дальняя зоны. В ближней зоне пространственное распределение интенсивности в луче такое, как и на выходной апертуре лазера, и угловая расходимость луча мала. Эти условия сохраняются на расстоянии L0 порядка D0/10, где D0 d2л/2 0 (D0 - диаметр активного элемента, d л - диаметр луча; 0 - длина волны).

В дальней зоне угловая расходимость увеличивается, что ведет к увеличению диаметра пучка падающего на линзу и его геометрической аберрации, возникающей вследствие наклонного падения относительно главной оптической оси системы. 

В мощных технологических Nd:YAG лазерных системах из-за большой расходимости многомодового излучения (до 20 мрад) в случае расположения зоны обработки лазерным лучом на расстоянии, значительно превышающем расстояние Lо, возникает проблема в исполнении технологических процессов резки материалов лазерным излучением: необходимо либо сокращать технологическое поле обработки, либо увеличивать диаметр линзы, а это в свою очередь ведет к значительному увеличению массо-габаритых характеристик и удорожанию всей конструкции. 

Известен способ стабилизации и транспортировки луча твердотельного лазера, заключающийся в том, что предварительно определяют в соответствии с конструкцией лазерных систем и технологическими требованиями расстояние L1 на котором конструктивно возможно расположить оптическую стабилизирующую систему, расстояние L, на которое необходимо транспортировать предварительно сформированный лазерный луч для осуществления технологических операций в зоне обработки, диаметр Doт транспортируемого в зону обработки лазерного луча, измеряют диаметр D01 лазерного луча на входе в оптическую стабилизирующую систему и исходя из соотношения диаметра Dот транспортируемого лазерного и диаметра D01 определяют кратность оптической системы K=Doт/D01, подбирают геометрические характеристики ее оптических элементов, устанавлявают оптическую стабилизирующую систему на оптической оси и изменяя расстояния между оптическими элементами формируют и стабилизируют диаметр Dот лазерного луча и транспортируют его в зону обработки (ЕР 0723834, 31.07.1996). 

Задачей предлагаемого технического решения является обеспечение стабильного значения геометрических параметров лазерного луча на заданном расстоянии для транспортировки и фокусировки лазерного луча в дальней зоне с неизменным положением фокального пятна по обрабатываемой поверхности.

Поставленная задача достигается тем, что твердотельный лазер по первому варианту, включающий излучатель, систему зеркал и оптическую стабилизирующую систему на оптической оси, соотношение расстояний между излучателем и оптической стабилизирующей системой и оптической стабилизирующей системой и выходом из зоны обработки составляет (0,8-1,2):(10-30). 

Во втором варианте исполнения твердотельного лазера, включающий излучатель, систему зеркал и оптическую стабилизирующую систему на оптической оси, оптическая стабилизирующая система выполнена трехэлементной из последовательно расположенных вдоль оси лазера двояковогнутой и двух плосковыпуклых линз, причем первая из них рассеивающая, а вторая и третья - собирающие длиннофокусные, а расстояния между двояковогнутой и первой плосковыпуклой и первой плосковыпуклой и второй плосковыпуклой находятся в пределах (1,2-1,7):(1,1-1,6). 

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, на фиг.1 изображена схема транспортировки лазерного луча в зону обработки; на фиг.2 показано распределение энергии лазерного излучения в пространстве без стабилизирующей системы; на фиг.3 -распределение энергии лазерного излучения в пространстве со стабилизирующей системой; на фиг.4 - заявляемая стабилизирующая система.

Лазер (фиг.1) состоит из излучателя 1, оптической стабилизирующей системы 2 и рабочей зоны 3, в которой лазерный луч перемещается с помощью системы зеркал 4-6.

Оптическая стабилизирующая система лазерного луча расположена между излучателем 1 и рабочей зоной 3 на оптической оси 7 системы (излучателя и стабилизирующей системы) на минимально конструктивно возможном расстоянии и обеспечивает стабильное неизменное значение диаметра лазерного луча, определенного технологическими задачами, на заданном расстоянии, что позволяет транспортировать и фокусировать лазерный луч с неизменным положением фокального пятна вдоль обрабатываемой поверхности.

Стабилизирующая система лазерного луча (как один из вариантов исполнения) представляет собой систему из трех последовательно расположенных вдоль оси 7 лазера оптических элементов: двояковогнутой 8 и двух плосковыпуклых линз 9 и 10, причем первая из них рассеивающая, а вторая и третья - собирающие длиннофокусные. Двояковогнутая линза 8 рассеивает лазерный луч, первая плосковыпуклая линза 9 приближает луч к оптической оси 7 стабилизирующей системы, а вторая плосковыпуклая линза 10 стабилизирует диаметр луча. Расстояния между двояковогнутой 8 и первой плосковыпуклой 9 и второй плосковыпуклой 10 определяются из пределов а:в=(1,2-1,7):(1,1-1,6) по ходу прохождения лазерного луча.

Транспортировка лазерного луча твердотельного лазера осуществляют следующим образом.

Предварительно определяют, в соответствии с конструкцией лазерных систем и технологическими требованиями, расстояние L1 , на котором конструктивно возможно расположить оптическую стабилизирующую систему, расстояние L, на которое необходимо транспортировать лазерный луч для осуществления технологических операций в зоне обработки, диаметр Dот транспортируемого лазерного луча, размер которого обеспечивают стабильным на расстоянии Lот для осуществления технологических операций и диаметр лазерного луча D01 , с которым луч приходит к оптической стабилизирующей системе. 

Стабильность и передачу лазерного луча диаметром Dот обеспечивают оптической стабилизирующей системой.

Затем, исходя из соотношения диаметра Doт лазерного луча и Do1, определяют кратность оптической системы К=Doт/Do1 и геометрические характеристики оптических элементов этой системы. Диаметр Dот лазерного луча формируют и стабилизируют путем изменения расстояний между оптическими элементами (линзами) по ходу прохождения лазерного луча с последующим транспортированием его в зону обработки.

При использовании трехэлементной оптической системы формирование, стабилизация и транспортировка лазерного луча заданного размера и на заданное расстояние осуществляют посредством подбора расстояний между двояковогнутой и первой плосковыпуклой линзой “а” и первой и второй плосковыпуклой линзами “в”, исходя из соотношения а:в=(1,2-1,7):(1,1-1,6). 

Транспортировка со стабилизированным лазерным лучом и оптическая система стабилизации апробированы в изделиях МЛТИ-1000 (модуль лазерный технологический, мощностью 1000 Вт) и МЛТ-500 (модуль лазерный технологический импульсный, мощностью 1000 Вт). 

В лазере МЛТИ-1000 с угловой расходимостью 17 мрад расстояния между двояковогнутой и первой плосковыпуклой и первой плосковыпуклой и второй плосковыпуклой составляют а=40 мм и в=30 мм соответственно, при этом фокус двояковогнутой линзы был выбран -70 мм, а фокусы плосковыпуклых линз +270 мм.

В лазере МЛТ-500 с угловой расходимостью 13 мрад расстояния между двояковогнутой и первой плосковыпуклой и первой плосковыпуклой и второй плосковыпуклой составляют а=60 мм и в=40 мм соответственно, при этом фокус двояковогнутой линзы был выбран -70 мм, а фокусы плосковыпуклых линз +270 мм. 




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Твердотельный лазер, включающий излучатель, систему зеркал и оптическую стабилизирующую систему на оптической оси, отличающийся тем, что расстояния между излучателем и оптической стабилизирующей системой и оптической стабилизирующей системой и выходом из зоны обработки выбираются от соотношения (0,8-1,2):(10-30).

2. Твердотельный лазер, включающий излучатель, систему зеркал и оптическую стабилизирующую систему на оптической оси, отличающийся тем, что оптическая стабилизирующая система выполнена трехэлементной из последовательно расположенных вдоль оси лазера двояковогнутой и двух плосковыпуклых линз, причем первая из них рассеивающая, а вторая и третья - собирающие длиннофокусные, а расстояния между двояковогнутой и первой плосковыпуклой и первой плосковыпуклой и второй плосковыпуклой находятся в пределах (1,2-1,7):(1,1-1,6).



ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru