Конструирование оптических резонаторов, страница 14

5.2. Конструирование газоразрядных лазеров.

Излучатель ГРЛ состоит из оптического резонатора в закрепленного в нем активного элемента - газоразрядной трубки. Поскольку вопросы конструирования резонаторов рассмотрены ранее (разд.2), ниже приводятся сведения лишь о конструировании разрядных трубок основных типов лазеров. Конструктивные решения, используемые при изготовлении ГРЛ, многообразны и определяются их физико-техническими особенностями и уровнем развития технологической базы производства. Поэтому целесообразно раздельно рассмотреть конструкции различных типов ГРЛ. При этом общие вопросы конструирования, касающиеся всех типов ГРЛ, будут отражены лишь при описании наиболее распространенных гелий-неоновых лазеров.

Гелий-неоновые   лазеры   могут генерировать колебания на трех основных длинах волн: 0,63;1,15 и 3,39 мкм. Чаще других используется видимая линия излучения. Излучающими частицами являются атомы неона, возбуждение которых на верхний лазерный уровень происходит за счет резонансной передачи энергии от буферного газа - атомов гелия при столкновениях в слаботочной плазме тлеющего разряда. Оптимальное наполнение Не-Ne лазеров зависит от геометрии, тока разряда и генерируемой длины волны. Для  0,63; 3,39 мкм максимальное усиление в среде достигается при (pd_AB)_опт = 0,45 - 0,53 Па*м, где p - суммарное давление смеси, (d_AB - внутренний диаметр разрядной трубки. Для  1,15мкм (pd_AB)_опт 0,9 - 1,4 Па*м. Соотношение парциальных давлений гелия и неона может составлять 5:1...15:1. Меньшие значения соответствуют большим значениям тока и диаметра трубки. С точки зрения одновременного обеспечения приемлемых уровня мощности излучения и срока службы прибора для всех трех лазерных переходов можно рекомендовать соотношения, близкие к 10:1.

Гелий-неоновые лазеры относятся к классу маломощных приборов. Для них типичными значениями параметров являются: выходные мощности 1... 100 МВт, токи разряда 5-50 мА, диаметры разрядных трубок 1-5 мм, длина трубок 0,1-2 м.

Конструктивные решения, используемые на практике, в значительной мере определяются необходимой мощностью излучения гелий-неонового лазера, которая при прочих равных условиях зависит от протяженности активной среды. Поскольку усиление в активной среде He-Ne   лазеров невелико, то при использовании оптических резонаторов с выносными зеркалами обязательным является расположение выходных окон под углом Брюстера к оси лазера. Серьезной проблемой здесь является герметичное соединение сошлифованного торца разрядной трубки, выполненной из электровакуумного стекла, и выходного окна из оптического стекла или плавленого кварца. До последнего времени для целей герметизации широко использовался специальный клей на основе кремний-органической смолы типа К-400. Недостатком К-400 является заметное натекшие через клеевой шов и низкая допустимая температура нагрева, исключающая качественное обезгаживание деталей и оболочки трубки в процессе вакуумной обработки прибора под печью. Частичным решением проблемы является использование двойного клеевого шва. В этом случае торец активного элемента изготавливается в виде двух коаксиально сваренных отрезков стеклянных трубок разного диаметра, сошлифованных под углом Брюстера. После приклеивания окна пространство между трубками вакуумируется (рис.5.1).

Рис.5.1. Схематическое изображение разрядной трубки гелий-неонового лазера коаксиальной конструкции: 1 - оболочка; 2 - катод; 3 - фиксаторы катода; 4 - никелевая лента; 5 - катодный вывод; 6 - выходное окно; 7 - фиксатор капилляра; 8 - анод

Для соединения выходных окон с разрядной трубкой может использоваться клеевая пленка на основе полиэтилена, которая после спекания обеспечивает меньшее натекшие прибора, а следовательно, повышает его сохраняемость и срок службы. При соединении согласованных по КТР стекла трубки и материала выходного окна, например, в случае использования пары стекол С-52 и ЛК-4, хорошие результаты дает использование стеклоцементов. После спекания такой шов допускает нагрев до 700-800 К. Термосогласованные стекла могут соединяться также посредством лазерной заварки по периметру окна. Трудоемким и дорогим, но очень эффективным является использование метода оптического контакта, который образуется за счет сил молекулярного сцепления при соединении двух хорошо отполированных деталей и обеспечивает вакуумную плотность шва.