×
19.04.2019
219.017.2dcd

ЗЕРКАЛО ДЛЯ ЛАЗЕРОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к технической физике, а именно к полупрозрачным зеркалам с многослойным интерференционным покрытием, используемым в лазерной технике. Зеркало для лазера содержит подложку и нанесенное на нее многослойное диэлектрическое покрытие чередующихся слоев с высоким и низким показателями преломления с защитным слоем. Подложка выполнена из фтористого кальция с дополнительным защитным слоем. Толщины защитных слоев - первого и седьмого, считая от подложки, выполнены из фторида иттрия размером не более λ/40. Остальные чередующиеся слои покрытия выполнены из селенида цинка и фторида иттрия, причем толщины второго слоя - размером, менее или равным λ/2; а третьего, четвертого, пятого, шестого слоев - размером, равным λ/4, где λ длина волны в середине спектрального диапазона длин волн 2700...4100 нм. Технический результат - создание полупрозрачного резонаторного зеркала, обеспечивающего высокоэффективную генерацию в широком спектральном диапазоне от 2700 до 4100 нм и имеющего коэффициент отражения зеркала R=70...80%. 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Область техники

Изобретение относится к технической физике, а именно к полупрозрачным зеркалам с многослойным интерференционным покрытием, используемым в лазерной технике.

Уровень техники

Известно, что зеркало для лазеров, выполненное в виде многослойного покрытия, состоящего из 3-15 или большего числа чередующихся слоев с высоким и низким показателями преломления, может повысить отражение от прозрачной подложки, например обычного оптического стекла, с 4 до 55-99%. Отражение растет по мере увеличения числа слоев покрытия тем значительнее, чем больше разница в показателях преломления слоев. При этом расчет спектрального отражения от поверхности с многослойной пленкой достаточно громоздок, с использованием различных счетно-решающих устройств. Максимальное значение коэффициента отражения дает многослойное покрытие, состоящее из чередующихся слоев высокого и низкого показателей преломления равной оптической толщины по четверти длины волны излучения. Покрытие может содержать как четное, так и нечетное число чередующихся слоев. Наиболее широко применяются покрытия с нечетным числом слоев, у которых крайние слои, граничащие с подложкой и окружающей средой, имеют высокий показатель преломления [1].

Известно диэлектрическое зеркало, состоящее из перемежающихся слоев двуокиси кремния и титана, нанесенных на подложку, и нанесенного на зеркало защитного слоя из двуокиси кремния с оптической толщиной λ/2, где λ - длина волны излучения [2].

Известно лазерное зеркало, содержащее подложку и нанесенное на нее многослойное диэлектрическое покрытия из перемежающихся слоев с низким и высоким коэффициентами преломления. Покрытие имеет защитный слой из двуокиси кремния, оптическая толщина которого равна полуволне излучения [3].

Недостатком этого зеркала является малая лучевая прочность, связанная с нагревом внешних слоев покрытия и защитного слоя из двуокиси кремния при поглощении в них части проходящего лазерного излучения, их дальнейшего расплава и выхода зеркала из строя.

Известно зеркало для лазеров, содержащее подложку и нанесенное на нее многослойное диэлектрическое покрытие с защитным слоем из двуокиси кремния, оптическая толщина каждого слоя которого равна полуволне излучения. Для повышения лучевой прочности зеркала на его защитный слой нанесен буферный слой из тугоплавкого прозрачного материала с оптической толщиной в 2-3 длины волны излучения [4].

Недостатком этого лазерного зеркала является то, что оно не может быть использовано для химического лазера, в частности с активной средой на основе возбужденных молекул фтористого водорода (HF) и фтористого дейтерия (DF).

Известно, что с активной средой на основе возбужденных молекул фтористого водорода (HF) и фтористого дейтерия (DF) область генерации этого лазера находится в спектральном диапазоне от 2700 до 4100 нм. Рабочая смесь химического лазера на основе обоих фторсодержащих компонентов с молекулами водорода (Н2) и дейтерия (D2) позволяет осуществить лазерную генерацию в широком спектральном диапазоне [5].

За прототип выбрано, как наиболее близкое по технической сущности, зеркало для лазеров, выполненное из многослойного покрытия, описанного в работе [4].

Недостатком данного зеркала является то, что оно не обладает устойчивостью к воздействию агрессивной химической среды, каковыми являются молекулы HF и DF и не позволяет осуществлять высокоэффективную генерацию в широком спектральном диапазоне, т.к. не обеспечивает значения коэффициента отражения 70-80% для длин волн от 2700 до 4100 нм.

Необходимым условием эффективной генерации лазера в широком спектральном диапазоне является наличие соответствующих широкополосных резонаторных зеркал. Особую технологическую проблему представляет изготовление выходного полупрозрачного зеркала такого лазера, поскольку оно не может быть изготовлено с использованием металлов и металлических пленок, а также диэлектрических и полупроводниковых материалов, обладающих поглощением в области генерации. Принципиальной трудностью при изготовлении подобного широкополосного зеркала является также то обстоятельство, что оно должно быть устойчиво к воздействию агрессивной химической среды, каковыми являются молекулы HF и DF.

Раскрытие изобретения

Технический результат

Техническим результатом изобретения является создание полупрозрачного резонаторного зеркала, обладающего устойчивостью к воздействию агрессивной химической среды, обеспечивающего значение коэффициента отражения зеркала, равное 70-80%, позволяющего осуществлять высокоэффективную генерацию в широком спектральном диапазоне.

Технический результат достигается тем, что зеркало для лазеров содержит подложку и нанесенное на нее многослойное диэлектрическое покрытие чередующихся слоев с высоким и низким показателями преломления с защитным слоем. Новым в зеркале является то, оно снабжено дополнительным защитным слоем, нанесенным на подложку из фтористого кальция. Оставшееся нечетное число чередующихся слоев покрытия выполнено из селенида цинка и фторида иттрия, причем толщины защитных слоев - первого и седьмого слоя, считая от подложки, выполнены из фторида иттрия размером, не более λ0/40, второго слоя - размером, менее или равным λ0/2; а третьего, четвертого, пятого, шестого слоев - размером, равным λ0/4, где λ0 длина волны в середине спектрального диапазона длин волн 2700...4100 нм.

Проведенные исследования использования интерференционных резонаторных зеркал лазеров на основе HF и DF показывают, что их химическая стойкость может быть существенно повышена с помощью защитного покрытия в виде слоя фторида металла. Для большей технологичности многослойной структуры зеркала оно должно быть двухкомпонентным, поэтому фторид металла следует использовать не только в качестве верхнего защитного покрытия, но и внутри интерференционной стопы в качестве чередующего слоя с низким показателем преломления. Известны следующие наиболее часто используемые в качестве пленкообразующих материалов фториды металлов: магния MgF2, стронция SrF2, бария BaF2, свинца PbF, иттрия YF3 [6-7]. Однако пленки из MgF2 в интересующем нас диапазоне длин волн обладают сильными растягивающими напряжениями, что приводит к растрескиванию многослойного покрытия; пленки SrF2 отличаются сильным диффузным рассеянием, вызывающим значительные потери оптической мощности; пленки BaF2 растворимы в воде, а пленки PbF2 обладают повышенной токсичностью, что затрудняет их практическое использование. Пленки из YF3 характеризуются высокой механической и температурной стабильностью, устойчивостью к агрессивной среде химического лазера, нетоксичны и нерастворимы в воде. Эти свойства фторида иттрия позволяют использовать его в качестве низкопреломляющего компонента многослойного интерференционного зеркала.

В качестве пленкообразующего вещества с высоким показателем преломления в среднем инфракрасном диапазоне длин волн излучения обычно используют сульфит и селенид цинка ZnS и ZnSe, а также полупроводниковые материалы Si и Ge [6-7]. Использование полупроводников в структуре выходного зеркала для химического лазера менее целесообразно, поскольку это понижает лучевую стойкость и затрудняет юстировку резонатора с помощью лазерных источников видимого диапазона по причине непрозрачности Si и Ge в видимой области. Селенид цинка более предпочтителен для использования в интерференционной структуре, чем сульфит цинка, поскольку селенид цинка обладает большим по сравнению с сульфитом цинка показателем преломления и, следовательно, позволяет создавать в паре с фторидом иттрия широкополосные покрытия.

Таким образом, по совокупности свойств селенид цинка и фторид иттрия являются оптимальным выбором компонент полупрозрачного зеркала химического лазера на основе молекул HF и DF. В качестве подложки для интерференционной стопы в рассматриваемом здесь спектральном диапазоне, как правило, используется флюорит кальция, отличающийся отсутствием поглощения, а также хорошей лучевой, механической и химической стойкостью [7]. Отобранные выше составляющие полупрозрачное зеркало материалы в области длин волн от 2700 до 4100 нм имеют следующие показатели преломления: селенид цинка n=2.42÷2.43; фторид иттрия n=1.50÷1.52; фторид кальция n=1.40÷1.42 [7].

Толщина защитных слоев многослойного покрытия из фторида иттрия размером не более λ0/40 выбрана достаточной для того, чтобы выполнить функцию защиты зеркала от агрессивной среды активного вещества лазера, не влиять на спектр отражения зеркала. Кроме того, наличие защитного слоя из фторида иттрия непосредственно на подложке защищает зеркало от последствий возможных процессов долговременной диффузии агрессивных компонентов рабочего вещества лазера вдоль границы раздела подложка - многослойное покрытие.

Толщина второго оптического слоя из селенида цинка экспериментально подобрана таким образом, чтобы максимально выровнять характеристику отражения в спектральном диапазоне 2700...4100 нм. В результате оптическая толщина второго слоя, равная λ0/2, в сочетании с оптической толщиной третьего, четвертого, пятого, шестого слоев - размером, равным λ0/4, где λ0 длина волны в середине спектрального диапазона длин волн 2700...4100 нм приводит к достижению вышеуказанному технического результату, а именно получению коэффициента отражения в спектральном диапазоне 2700...4100 нм, равного 70-80%.

Не обнаружены технические решения, совокупность признаков которых совпадает с совокупностью признаков заявляемого зеркала для лазеров, в том числе с отличительными признаками. Эта новая совокупность признаков обеспечивает получение технического результата, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».

На фиг.1 представлена спектральная зависимость коэффициента отражения зеркала при выполнении покрытия из чередующихся слоев селенида цинка и фторида иттрия с оптической толщиной, равной λ0/4. Из фиг.1 видно, что коэффициент отражения в спектральном диапазоне 2700...4100 нм неравномерен и равен 35-87%.

На фиг.2 представлена спектральная зависимость коэффициента отражения заявляемого зеркала при нормальном падении лучей.

Зеркало для лазера, преимущественно для рабочих веществ HF и DF, содержащее подложку из фтористого кальция с нанесенным на одну ее сторону многослойным покрытием из семи чередующихся слоев фторида иттрия и селенида цинка, причем первый и седьмой слои выполнены из фторида иттрия. При этом оптические толщины первого и седьмого слоя, считая от подложки, выполнены размером не более λ0/40, второго слоя - размером, равным λ0/2; а третьего, четвертого, пятого, шестого слоев - размером, равным λ0/4, где λ0 длина волны в середине спектрального диапазона длин волн от 2700 до 4100 нм.

Предлагаемая конструкция выходного зеркала для химического лазера на основе HF/DF практически реализована нанесением в вакууме методом электронно-лучевого испарения пленкообразующих материалов ZnSe и YF3 на одну поверхность плоскопараллельной подложки CaF2 диаметром 25 мм и толщиной 7 мм. Необходимые значения показателей преломления, входящих в состав заявляемого покрытия компонент, достигались подбором оптимальных условий нанесения: температурой и скоростью осаждения пленок, а также значением давления остаточных газов в камере. Оптические толщины слоев контролировались фотометрическим методом по пропусканию неподвижной тестовой подложки.

Выходные зеркала по предлагаемому техническому решению прошли ресурсные испытания внутри резонатора химического лазера на основе HF/DF. Результаты испытаний свидетельствуют о том, что заявляемая конструкция полупрозрачных зеркал обладает необходимой лучевой, механической, климатической и химической стойкостью и позволяет осуществлять высокоэффективную лазерную генерацию в широком спектральном диапазоне от 2700 до 4100 нм. Уровень выходной мощности лазера свидетельствует о близости параметров выходной зеркала к требуемым значениям.

Изобретение найдет применение для лазеров-локаторов, лазерных систем, предназначенных для газоанализа и зондирования земной атмосферы, а также для физических исследовательских установок.

Источники информации

1. Т.Н.Крылова «Интерференционные покрытия», Л., «Машиностроение», 1973, с.224;

2. Авторское свидетельство СССР №789452, кл. С03С 17/34, опубл. 23.12.1980, БИ №47.

3. Технологическая инструкция. Покрытия оптические для ОКГ, ИАБ-50-74. Государственный оптический институт, 1976, с.12.

4. Патент RU №2059331, кл. Н01S 3/08 опубл.27.04.96.

5. С.Д.Великанов, А.С.Елутин, А.Ф.Запольский и др. «Широкополосный химический лазер, работающий одновременно на возбужденных молекулах HF и DF». Квантовая электроника", 18, № 2 (1991 г.), с.186.

6. Э.Риттер «Пленочные диэлектрические материалы для оптических применений», Физ. тонк. пл., том 8, М., «Мир», 1978, с.7-60;

7. Е.М.Воронкова, Б.Н.Гречушников, Г.И.Дистлер, И.П.Петров «Оптические материалы для инфракрасной техники», М., «Наука», 1965, с.87-91.

Зеркалодлялазеров,содержащееподложкуинанесенноенанеемногослойноедиэлектрическоепокрытиечередующихсяслоевсвысокиминизкимпоказателямипреломлениясзащитнымслоем,отличающеесятем,чтооноснабженодополнительнымзащитнымслоем,нанесеннымнаподложкуизфтористогокальция,толщинызащитныхслоев-первогоиседьмого,считаяотподложки,выполненыизфторидаиттрияразмеромнеболееλ/40,остальныечередующиесяслоипокрытиявыполненыизселенидацинкаифторидаиттрия,причемтолщинывторогослоя-размеромменееилиравнымλ/2;атретьего,четвертого,пятого,шестогослоев-размером,равнымλ/4,гдеλдлинаволнывсерединеспектральногодиапазонадлинволн2700...4100нм.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 524 items.
27.04.2016
№216.015.39c1

Бронезащита

Изобретение относится к области вооружений и военной техники, в частности к броневым конструкциям, которые могут быть применены в индивидуальных и транспортных средствах для защиты от воздействия пуль стрелкового оружия и высокоэнергетических осколков поля боя, а также в атомной и других...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002582463
Дата охранного документа: 27.04.2016
10.08.2016
№216.015.5485

Кольцевая щелевая антенна

Изобретение относится к антенной технике. Кольцевая щелевая антенна содержит коаксиально расположенные полые металлические внешний и внутренний цилиндры, проводящее кольцо, первый и второй коаксиальные соединители, первую и вторую точки питания, первый и второй проводящие штыри. Проводящее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593422
Дата охранного документа: 10.08.2016
10.08.2016
№216.015.560c

Контейнер для транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлива

Изобретение относится к контейнерам и предназначено для транспортирования и длительного хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) в виде отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС). Контейнер для транспортирования ОЯТ содержит металлический корпус с нижним комингсом с закрепленными на нем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593273
Дата охранного документа: 10.08.2016
10.08.2016
№216.015.5646

Чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ввэр-1000

Изобретение относится к ядерной технике, а именно к дистанционирующим устройствам, в которых размещаются отработавшие тепловыделяющие сборки реактора ВВЭР-1000, во время их транспортирования и хранения в контейнерах. Чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593388
Дата охранного документа: 10.08.2016
12.01.2017
№217.015.5c94

Способ определения динамического коэффициента внешнего трения

Использование: механические испытания материалов, в частности определение динамического коэффициента внешнего трения. Для определения динамического коэффициента внешнего трения используются два образца, нижний из которых закрепляют на платформе, способной поворачиваться относительно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002589955
Дата охранного документа: 10.07.2016
12.01.2017
№217.015.5d04

Способ контроля хода выполнения программы пользователя, исполняющейся на вычислительных узлах вычислительной системы

Изобретение относится к области вычислительной техники, в частности к организации контроля хода выполнения программы, выполняющейся на вычислительной системе, вычислительном кластере. Технический результат - эффективное использование программы пользователя, что обеспечивает своевременное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002591020
Дата охранного документа: 10.07.2016
12.01.2017
№217.015.5e6c

Способ определения характеристик срабатывания детонирующего устройства

Способ определения характеристик срабатывания детонирующего устройства относится к измерительной технике и может быть использован для определения характеристик срабатывания детонирующих устройств, обеспечивающих инициирование зарядов взрывчатого вещества (ВВ), в частности определения момента...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590960
Дата охранного документа: 10.07.2016
12.01.2017
№217.015.6030

Способ определения углового положения подвижного объекта относительно центра масс

Способ определения углового положения подвижного объекта относительно центра масс, т.е определение пространственной ориентации при угловом движении, преимущественно летательных аппаратов (ЛА), относительно какой-либо базовой системы координат, путем аналитического ее вычисления на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590287
Дата охранного документа: 10.07.2016
12.01.2017
№217.015.605d

Устройство передачи информации для бесконтактного программирования режимов работы инициатора газодинамического импульсного устройства

Устройство передачи информации для бесконтактного программирования режимов работы инициатора газодинамического импульсного устройства относится к взрывным работам, в частности к устройствам бесконтактного программирования и передаче данных инициатору газодинамического импульсного устройства с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002590270
Дата охранного документа: 10.07.2016
13.01.2017
№217.015.6cee

Способ определения наличия подрыва заряда взрывчатого вещества, содержащегося в объекте испытания, и задержки его подрыва от момента контакта объекта испытания с преградой и устройство для его осуществления

Изобретения относятся к области испытательной и измерительной техники. Способ включает регистрацию оптического излучения в спектре чувствительности фотодиода, сопровождающего инициирование заряда взрывчатого вещества (ВВ), находящегося в объекте испытания (ОИ). Регистрацию оптического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002597034
Дата охранного документа: 10.09.2016
Showing 1-10 of 13 items.
27.02.2014
№216.012.a5d2

Дезинтегратор

Дезинтегратор предназначен для измельчения материалов, в частности минерально-органического сырья, и может быть использован в промышленности строительных материалов, горном деле, химической и медицинской промышленности, при переработке отходов, особенно содержащих упруго-пластические...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002508165
Дата охранного документа: 27.02.2014
10.04.2014
№216.012.b2e5

Способ и система защиты воздушных судов от ракет переносных зенитных ракетных комплексов

Для защиты воздушного судна от управляемых ракет с инфракрасными головками самонаведения определяют факт пуска одной или нескольких ракет, генерируют лазерное излучение с плотностью, превышающей плотность мощности теплового излучения двигателя воздушного судна, и посылают в точку нахождения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511513
Дата охранного документа: 10.04.2014
27.05.2014
№216.012.cb3a

Оптическая система формирования лазерного излучения для газового лазера

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в конструкциях газовых лазеров. Оптическая система формирования лазерного излучения для газового лазера на основе неустойчивого оптического резонатора телескопического типа содержит заключенные в герметичный газовый объем глухое...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517792
Дата охранного документа: 27.05.2014
20.12.2014
№216.013.123f

Устройство для формирования объемного самостоятельного разряда

Изобретение относится к лазерной технике. Устройство для формирования объемного самостоятельного разряда содержит герметичный корпус, в котором вдоль оси установлены два протяженных профилированных электрода, гальванически связанных с импульсным источником питания. Один из электродов закреплен...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536094
Дата охранного документа: 20.12.2014
20.12.2014
№216.013.1240

Система восстановления состава и давления газа в лазере

Изобретение относится к устройствам для восстановления давления газа в лазере в процессе его работы. Система восстановления давления газа в лазере состоит из устройства регулирования подачи газа и трубопроводов. Устройство регулирования содержит баллон с газом, соединенный трубопроводом с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002536095
Дата охранного документа: 20.12.2014
13.01.2017
№217.015.866e

Гольмиевый лазер для накачки параметрического генератора света

В гольмиевом лазере для накачки параметрического генератора света, включающем источник накачки и размещенные в двухпроходном оптическом резонаторе активный элемент, модулятор добротности, выполненный из материала с кристаллической структурой, новым является то, что модулятор добротности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603336
Дата охранного документа: 27.11.2016
25.06.2018
№218.016.65ed

Узел активного элемента твердотельного лазера с продольной накачкой

Изобретение относится к лазерной технике. Узел активного элемента твердотельного лазера с продольной накачкой содержит радиально симметричный активный элемент, расположенный в радиально симметричной теплоотводящей рубашке, состоящей из двух разъемных оправ с ложементами, образующими при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658541
Дата охранного документа: 21.06.2018
09.08.2018
№218.016.7877

Юстировочный механизм элементов оптических схем

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для юстировки элементов оптических схем, размещенных в корпусе цилиндрической формы, во время сборки. Сущность: юстировочный механизм оптических схем содержит платформу П-образной формы с опорными, юстировочными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002663274
Дата охранного документа: 03.08.2018
19.04.2019
№219.017.3118

Способ зарядки емкостного накопителя энергии

Изобретение относится к преобразовательной технике. Управление инвертором осуществляют в автоколебательном режиме с частотой, определяемой резонансным контуром, причем управляющие импульсы формируют с возможностью переключения инвертора при нулевом значении тока в резонансном контуре, а...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002416143
Дата охранного документа: 10.04.2011
24.05.2019
№219.017.5df5

Параметрический генератор света

Изобретение относится к лазерной технике. Параметрический генератор света содержит положительный нелинейный оптический кристалл, установленный с возможностью вращения относительно направления накачки в держателе из теплопроводного материала и связанный со средством его термостабилизации....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002688860
Дата охранного документа: 22.05.2019
+ добавить свой РИД