Конструирование оптических резонаторов, страница 9

Если условие (3.3) не соблюдается, то надо либо изменить геометрию охлаждающей системы, либо использовать приведенную вначале более строгую методику расчета.

Тепловой расчет в режиме однократных импульсов сводится к нахождению   Т_max АВ и сопоставления ее с допустимой для данного вещества температурой.

В первом приближении можно считать, что:

,                   (3.4)

где   Т_max - усредненная по объему температура АВ к концу импульса; Т₀     - температура окружающей среды; V_AB- объем активного вещества;  W_тепл - тепловая энергия, выделяющаяся в АВ; С_уд и  - удельная теплоемкость и плотность АВ (табл.3.3),

Таблица 3.3

Теплофизические постоянные АВ твердотельных лазеров

Постоянные	ИАГ	Руин	Неодимовое стекло
Cуд, Дж/г град	0,6	0,78	0,79
г/смЗ	4,2	4,0	2,95

Допустимая Т_max составляет для твердотельных лазеров величину порядка 50...60 °С. Расчет по (3.4) завышает реальную температуру, поэтому, если полученная величина Т_max больше 60 °С, надо точнее рассчитать ее по методике, предложенной в [l7| .

3.3. Конструирование твердотельных лазеров

При конструировании твердотельных лазеров решаются вопросы размещения и крепления АВ и лампы накачки в осветителе, герметизации системы охлаждения, расположения осветителя в резонаторе, крепление зеркал в юстировочных устройствах.

Рассмотрим в качестве примера широко распространенный вариант однолампового осветителя с отражателем в виде моноблока из плавленного кварца с двумя отверстиями под АВ и лампу накачки (рис.3.6). Отверстия в моноблоке должны быть больше диаметров АВ и лампы накачки на удвоенную ширину зазора, получаемого из расчета системы охлаждения. Возьмем для определенности в качестве хладагента воду. На наружную боковую поверхность цилиндра наносят отражающее покрытие (металлическое с зеркальным отражением или диэлектрическое диффузное). На торцевые поверхности также наносится отражающее покрытие. Моноблок крепится в металлическом кожухе 3 таким образом, чтобы его боковая поверхность также охлаждалась водой (рис.3.6). Это достигается с помощью фторопластового кольца, имеющего каналы для протекания воды. Уплотнения между отдельными деталями выполняются в виде резиновых или фторопластовых прокладок 5. Система охлаждения работает по замкнутому циклу

Эскиз однолампового осветителя и АВ твердотельного лазера:

1 - кварцевый моноблок, 2 - АВ, 3 - кожух, 4 - торцевая крышка,

5 - прокладка, 6 - прижымные крышки, 7 - патрубок, 8 - фторопластовое

кольцо, 9 - соковое отражающее покрытие, 10 - торцевое отражающее покрытие, 10 – торцевое отражающее покрытие, 11 – лампа накачки

с использованием в рассматриваемом случае дистиллированной воды, которая иногда подкрашивается нитридом натрия. Нитрид натрия выполняет роль фильтра, вырезающего из спектра излучения лампы накачки полосу длин волн, близкую к полосе поглощения данного АВ, Благодаря этому облегчается тепловой режим АВ. При большой мощности лазера используется двухконтурная система охлаждения. Насос подает жидкость внутреннего замкнутого контура в теплообменник, где она охлаждается с помощью воды из внешней магистрали [17]. Кроме воды, в системе охлаждения могут использоваться и другие жидкости, имеющие, в частности, пониженную температуру замерзания.