Конструирование оптических резонаторов, страница 3

Рис.2.12. Крепление разрядной трубки в оптическом резонаторе: а) жесткое; б) с перемещением трубки: 1 - пластина; 2 - распорные стержни; 3 - разрядная трубка; 4 - прокладка; 5 - прижим

уголковых и коробчатых резонаторов. В пластинах предусматриваются посадочные места, к которым через прокладки с помощью прижимов крепятся активные элементы. Для устранения кривизны разрядных тру­бок можно использовать систему крепления типа "люнет" (рис.2.12,6), позволяющую изменять положение центра трубки с помощью трех вин­тов.

2.3. Материалы и технология изготовления элементов оптического резонатора

Металлические детали ОР изготавливаются по стандартной технологии с использованием процессов литья, штамповки, токарной и фрезерной обработки, очистки. К точности изготовления деталей, и в особенности, деталей юстировочных узлов предъявляются повышенные требования.

Наиболее ответственными операциями являются процессы изготовления оптических элементов резонатора: подложек зеркал, выходных окон, отражающих к просветляющих покрытий. Основными требованиями, предъявляемыми к материалам подложек и выходных окон, являются высокая прозрачность в области длин волн лазерной генерации, радиационная, химическая, термическая и механическая стойкости. Аналогичные требования предъявляются и к материалам других оптических элементов, устанавливаемых внутри резонатора:  призмам, эталонам, модуляторам и т.п.

В видимом диапазоне подложки зеркал и .выходные окна изготавливаются из оптического или кварцевого стекла. Стекло марки ЛК-4 термосогласовано с широко используемыми в лазерах электровакуумиым стеклом С52-1, что позволяет изготавливать из него окна Брюстера, герметично соединяемые с разрядными трубками методом оптического контакта или лазерной сваркой. Недостатком ЛК-4 является возможность возникновения двулучепреломления вследствие термических напряжений в стекле, что увеличивает потери излучения.

Стекла К-8 и К-108,  имеющие одинаковый с коваром коэффициент линейного термического расширения (КТР), используются для изготовления внутренних зеркал газовых лазеров, спекаемых посредством стеклоцемента с коваровыми держателями зеркал. Для большинства лазеров видимого и ближнего ПК диапазонов в качестве материалов подложек и выходных окон используются кварцевые стекла марок KB, КУ-1, КУ-2, обладающие низким поглощением и высокой стойкостью к излучению. Под действием УФ излучения в кварцевом стекле возникают флуоресцентные примесные центры окраски, увеличивающие потери. Выходом является использование в УФ диапазоне кристаллического кварца, практически не содержащего примесей [13].

Подложки выходных зеркал и окон Брюстера лазеров среднего ИК диапазона, к которым относятся CO- и СO₂-лазеры, могут изготавливаться из кристаллов хлористого натрия или калия, германия, арсенида галлия, селенида цинка, иртрана, состоящего из прессованных поликристаллов ZnSe, ZnS, BaS .Ввиду гигроскопичности двух первых материалов и ядовитости двух последних чаще других используются германий и арсенид галлия, хотя они и имеют большое поглощение (табл.2.2). Материалом подложек "глухих" зеркал лазеров ИК диапазона обычно служат нержавеющие стали или сплавы меди, обладающие хорошей теплопроводностью. В маломощных лазерах допустимо использование кварца. В мощных лазерах подложки зеркал охлаждаются водой.

Для уменьшения потерь в окнах Брюстера следует снижать их толщину, которая снизу ограничена 1...2 мм в связи с возможным прогибом выходного окна под действием атмосферного давления. Требования к толщине подложек зеркал нежесткие и она составляет обычно 5...10 мм.

Как уже говорилось, отражающие покрытия зеркал большинства лазеров выполняются в виде многослойных четвертьволновых покрытий с чередующимися показателями преломления. В лазерах УФ, видимого и ИK диапазонов широко используются сульфид цинка   ZnS (  n_в   = 2,3)  и фторид магния MgF₂ (   n_н   = 1,35). Для формирования выходного зеркала обычно достаточно напылить 5-9 слоев, а для "глухого" зеркала 19-21 cлой при  Дальнейшее увеличение числа слоев выигрыша в  не дает вследствие рассеяния (не менее 0,1 %)  и поглощения (не менее 0,2 %) излучения. Такой уровень потерь приводит в мощных лазерах к выгоранию покрытий. Слои из ZnS, MgF₂  имеют низкую влагостойкость и механически непрочны. Затруднена очистка зеркал, не допускается их протирка. Неоспоримыми достоинствами данных покрытий являются низкая стоимость, невысокая температура испарения используемых материалов, широкий спектральный диапазон максимального отражения. Последние два фактора обеспечивают технологичность покрытий: простоту напылительных устройств и отсутствие сверхжестких требований к допускам на отклонение толщины слоев. Покрытия согласованы по KТР со стеклом и допускают термообработку на стеклянной подложке до 700 К.