ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Структура и характеристики излучения ЛПМ с телескопическим из "Лазеры на парах меди - конструкция, характеристики и применения " ЛПМ с телескопическим HP и их применению посвящено достаточно большое количество работ [5-10, 25, 26, 48, 68-71, 126-131, 205-208]. В этих работах рассмотрены возможности формирования в ЛПМ пучков излучения с малой расходимостью с целью расширения области их применения. В работах [68-71] в ЛПМ с помощью телескопического HP были получены пучки излучения с дифракционной расходимостью. В настоящей главе проведен анализ относительно большого объема экспериментальных исследований и расчетов HP с отпаянными ЛПМ типа Кристалл , основные результаты которых опубликованы в [126-131, 164-168]. [c.115] Пиковые плотности мощности в пятне фокусировки излучения при работе с телескопическим HP достигают значений 10 -Вт/см2, что на 2-3 порядка больше, чем при работе с плоским резонатором. Однако в плоскости фокусировки наблюдаются колебания пятен, особенно от пучка с дифракционной расходимостью, а на осциллограмме пички импульсов излучения этих пучков размыты, т. е. имеет место нестабильность положения оси диаграммы направленности и импульсной энергии. При увеличениях резонатора порядка 10 смещение пятна дифракционного пучка может быть соизмеримо с его расходимостью, а нестабильность импульсной энергии достигать значений 10-15%. Эта нестабильность обусловлена высокой чувствительностью HP к внешним механическим и акустическим воздействиям, к воздушным и тепловым потокам, к пыли, а также, возможно, нестабильностью и неоднородностью горения разряда и др. [c.119] Результаты расчетов, проведенных по формуле (4.2) для АЭ ГЛ-201 (таблица) показывают, что для формирования дифракционного пучка при М = 5 необходимо пять двойных проходов (п = 5), при М = 10 и 30 — четыре и три (п = 4 и 3) соответственно, а начиная с М 60 — два двойных прохода (п — 2). Эти значения п совпадают с числом проходов т, вычисленным по формуле (4.1). [c.120] Был разработан резонатор [219], в котором в качестве глухого зеркала применено выпуклое зеркало, а в качестве выходного — плоское зеркало с малым диаметром (его диаметр может быть в несколько раз или на порядок меньше апертуры разрядного канала). При малых радиусах выпуклого зеркала в этом резонаторе уже за один проход формируется пучок с малой расходимостью, и для формирования пучка с дифракционным качеством требуется меньшее число проходов, чем при работе с телескопическим HP. Но мощность излучения при HP с глухим выпуклым зеркалом в несколько раз меньше, так как в формировании выходного расширяющегося пучка участвует лишь часть активной среды. [c.123] В телескопическом HP, имеющем отверстие в центре глухого зеркала, формируется лишь один узконаправленный пучок 3 (см. рис. 4.6, а), который отстает от пучка сверхсветимости 2 на время одного двойного прохода излучения в резонаторе (At = 10 не — см.рис. 4.6, в). Это объясняется тем, что в такой оптической системе приосевые пучки — как сжимающиеся, так и многопроходные расширяющиеся — резонатором не поддерживаются. Расходимость пучка 3, как и при работе с резонатором без отверстия, при изменении М в пределах 5 М 300 уменьшается от 2,5 до 0,115 мрад. В плоскости фокусировки при визуальном наблюдении видно одно яркое пятно, имеющее достаточно высокую стабильность. В распределении интенсивности в дальней зоне имеется несколько пичков (см. рис. 4.6, б), появление которых, вероятнее всего, связано с отражением излучения от границы отверстия в глухом зеркале. Относительная нестабильность положения оси диаграммы направленности и импульсной энергии пучка 3 значительно меньше, чем дифракционного. Характеристики выходного излучения исследовались при диаметрах отверстия 4, 8 и 10 мм. Мощность резонаторного пучка (рис. 4.9, кривая З ) при диаметре отверстия 8 мм для М — 5 составила 19 Вт (66% общей мощности), для М = 100 - 9,5 Вт (37%), для М 300 - 4,5 Вт (20%). [c.123] Но вместе с тем необходимо отметить, что если в телескопическом резонаторе применяется глухое зеркало с отверстием, дифракционная расходимость практически недостижима и плотность мощности в пятне фокусировки становится ниже, чем в случае обычного телескопического HP. [c.123] В качестве оптического элемента можно использовать положительную линзу или вогнутое зеркало, установленное под острым углом к оптической оси АЭ. Для устранения обратной паразитной связи линза должна быть просветлена. [c.125] ГЛ-201 (превышает его в 2-3 раза). Поэтому в однозеркальном режиме выгоднее применять более длинные АЭ. [c.128] С точки зрения применения лазера для целей микрообработки материалов важным параметром является плотность мощности излучения в пятне фокусировки. С уменьшением радиуса зеркала плотность мощности сначала возрастает, достигая максимума, а затем убывает, стремясь к нулю (рис. 4.12, кривые 3, 4, 7). Возрастание плотности мощности (правые ветви кривых) связано с более резким уменьшением площади пучка в пятне фокусировки по сравнению с уменьшением мощности излучения, что хорошо согласуется с формулами (4.5) и (4.6). Левые ветви кривых, наоборот, соответствуют более быстрому падению мощности по сравнению с площадью. Для АЭ ГЛ-201 с прямой схемой исполнения модулятора накачки максимум плотности мощности приходится на R — 3 см (1 отн. ед. — см. кривую 3), со схемой удвоения напряжения — на i = 2 см (3 отн. ед. — кривая 4), а для АЭ ГЛ-201Д — на i = 1 см (11 отн. ед. — кривая 7). Таким образом, с улучшением условий возбуждения и удлинением АЭ максимум, возрастая по величине, перемещается в область малых радиусов кривизны. Оценки для короткофокусных оптических элементов (F = 3-5 см) показали, что при использовании промышленного АЭ ГЛ-201 с выпуклым зеркалом, имеющим R = 1-3 см, плотности пиковой мощности излучения в пятне фокусировки достигают 2 х X 10 Вт/см , а при использовании ГЛ-201 Д — до 2 10 Вт/см . Эти значения примерно на порядок больше, чем при работе с плоским резонатором, но на два порядка меньше, чем при работе с HP. [c.128] Данная оптическая схема была реализована с применением АЭ ГЛ-201. Расстояние 1 от зеркала 3 до дальнего конца разрядного канала 2 составляло ПО см, расстояние /2 от зеркала 3 до элемента 4 составило 140 см. Зеркало 3 имело диаметр D3 = 0,15 см и фокусное расстояние F = 0,75 (или 0,3) см, зеркало 6 — диаметр 3,5 см и радиус кривизны R = 10 см. В качестве фокусирующего элемента 4 применялась просветленная линза с фокусным расстоянием F2 = 23 см. Диафрагма 5 была установлена на расстоянии / = 28 см от элемента 4 и имела диаметр отверстия 0,01 см, благодаря чему производилось качественное выделение пучка с высокой когерентностью. Угол наклона а зеркала 6 к оптической оси составлял 1,7 мрад. На выходе АЭ 1 за зеркалом 3 в качестве элемента 7 была установлена коллимирующая линза с фокусным расстоянием ПО см. [c.130] В макете лазера, в котором зеркало 3 имело фокусное расстояние 0,75 см, средняя мощность излучения составила 6 Вт, при F = = 0,3 см — 3 Вт, что соответственно в 6 и 15 раз больше, чем в режиме с одним выпуклым зеркалом. Расходимость пучка при F = 0,3 см ( реал = 0,15 мрад) была лишь в два раза больше дифракционного предела 0диф = 0,07 мрад, а при F = 0,75 см (0реал = 0.2 мрад) — в три раза. [c.130] Таким образом, предложенная оптическая схема (см. рис. 4.13) позволяет в несколько раз и даже на порядок увеличить мощность излучения. Но так как система дополнительно по отношению к однозеркальному режиму включает четыре элемента, то заметно возрастает нестабильность положения оси диаграммы направленности и импульсной энергии и усложняется настройка системы. [c.130] С целью отделения качественного пучка излучения ЗГ от его фоновой составляющей (т. е. от некогерентных пучков сверхсветимости) и для пространственного согласования качественного пучка ЗГ с апертурой разрядного канала УМ между ЗГ и УМ был установлен ПФК, состоящий из зеркального коллиматора, образованного двумя зеркалами 9 с радиусом кривизны R = 1,6 м D = 35 мм), и диафрагмы 10, расположенной в фокальной плоскости входного зеркала коллиматора. Пространственный фильтр, образованный фокусирующим зеркалом 11 с Д = 3 м ( 3 = 35 мм) и диафрагмой 12, выделял малорасходящийся пучок на выходе УМ. [c.133] Средняя мощность излучения измерялась с помощью преобразователя мощности лазерного излучения ТИ-3, подключенного к милливольтметру М-136 13). Для регистрации импульсов излучения был использован фотоэлемент ФЭК-14К 14), на который излучение отводилось светоделительной пластиной /7, и осциллограф С1-75 или С7-10А 15). Распределение интенсивности излучения по сечению пучка на входе и выходе УМ исследовано с помощью фотодиода ФД-24К, приемная поверхность которого ограничивалась диафрагмой диаметром 0,3 мм. С целью обеспечения линейного режима работы фотоприемников излучение ослаблялось. Для определения зависимости средней мощности излучения на выходе УМ от мощности на входе входная мощность варьировалась с помощью набора нейтральных калиброванных светофильтров. Расходимость пучка излучения оценивалась по диаметру пятна в фокальной плоскости зеркала 11 с R — = 15 м (D3 = 50 мм). Исследования были проведены в установившемся оптимальном температурном режиме работы АЭ, который обеспечивался при потребляемой мощности 3,5 кВт от каждого выпрямителя 5 и напряжении на анодах тиратронов 21 кВ. ЧПИ составляла 8 кГц. [c.133] Вернуться к основной статье