27.09.2013
216.012.70bb

ХИМИЧЕСКИЙ ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЛАЗЕР С НЕПРЕРЫВНОЙ НАКАЧКОЙ И МОДУЛЯЦИЕЙ ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАТОРА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к лазерной технике. Химический импульсно-периодический лазер с непрерывной накачкой и модуляцией добротности резонатора, состоящий из задающего генератора, предусилителя и оконечного усилителя. Задающий генератор содержит генератор активной среды, оптический резонатор, образованный выходным и глухим зеркалами, и помещенный между ними на оптической оси резонатора оптический затвор для модуляции добротности резонатора, который включает в себя электрооптический затвор Поккельса, по обе стороны которого размещены поляризационные призмы. Выходящее из задающего генератора излучение усиливается, проходя через однопроходовый предусилитель и однопроходовый оконечный усилитель мощности, каждый из которых включает в себя генераторы активной среды. Импульсы излучения с выхода оптического резонатора поступают на сферические зеркала телескопа расширения пучка, дополнительный электрооптический затвор Поккельса, по обе стороны которого установлены поляризационные призмы, и сферические зеркала телескопов дополнительного расширения пучка, расположенных перед предусилителем и оконечным усилителем. Для снижения аберраций в оконечном усилителе используются пространственные фильтры, а для согласования размеров пучка на выходе предусилителя используется расширяющий цилиндрический телескоп. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения эффективности усиления мощности излучения, а также в упрощении конструкции. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Область техники

Предлагаемое изобретение относится к лазерной технике и, в частности, к HF(DF)-HXЛ с модулированной добротностью.

Предшествующий уровень техники

Известны лазеры с модуляцией добротности резонатора, в которых между зеркалами резонатора помещены оптические затворы. При закрытом затворе в резонаторе копится энергия возбужденных частиц и растет инверсия населенностей их энергетических уровней. При быстром открытии затвора (включенная добротность) развивается генерация (Звелто О. Принципы лазеров: Пер. с англ. - М.: Мир, 1990, с.284).

В оптических затворах используются прерыватели различного типа. Они основаны на исключении условий для прохождения лазерного излучения к одному из зеркал резонатора. Наиболее часто для модуляции добротности резонатора используются оптико-механические прерыватели излучения (вращающиеся зеркала, перфорированные вращающиеся диски). Известно техническое решение на непрерывный химический лазер с оптико-механической модуляцией добротности резонатора, работающий в импульсно-периодическом режиме излучения. (См. патент US №4418413, МКИ H01S 3/095, от 29.11.1983 г). В этом лазере лазерная среда с непрерывной накачкой протекает через оптический резонатор, в котором установлен оптический затвор (прерыватель излучения). Этот затвор может быть выполнен в виде либо вращающегося перфорированного диска, либо (в случае неустойчивого телескопического резонатора) вращающегося многогранного зеркала со сферическими отражающими гранями, которые поочередно выполняют роль одного из зеркал резонатора.

При вращении затвора периодически с частотой смены лазерной среды включается добротность резонатора и генерируются импульсы нестационарной генерации (аналог предлагаемого изобретения).

Основным недостатком аналога является то, что частота повторения импульсов в совокупности с их длительностью ограничена реально достижимой на практике скоростью вращения элементов, прерывающих лазерное излучение. Следовательно, предложенная организация импульсно-периодического режима возможна только для лазера с низкой (дозвуковой) скоростью потока среды, то есть с невысокой частотой смены лазерной среды в полости резонатора и с вытекающей отсюда невысокой средней мощностью излучения.

Известен также импульсно-периодический лазер с непрерывной накачкой и модуляцией добротности резонатора, содержащий большое количество оптических резонаторов, образованных выходным зеркалом, глухим зеркалом в виде вращающегося многогранного или торцевого зеркала, причем глухое зеркало выполнено в виде периодического ряда отражающих излучение секций, которые разделены неотражающими промежутками и размещены на поверхности или части поверхности, окружающей вращающееся зеркало так, что каждая секция служит глухим зеркалом резонатора, при этом на оптической оси резонатора перед вращающимся зеркалом установлено фокусирующее зеркало или телескоп, (см. патент RU №2134006, МКИ H01S 3/11, от 29.07.1997, являющийся прототипом предлагаемого изобретения). Недостаток данного патента заключается в значительных габаритах оптической системы. Исходя из соображений большей простоты изготовления многогранного вращающегося глухого зеркала, был произведен расчет необходимого радиуса вращения луча R в данном модуляторе для величин скважности С=1000, апертуры a=1 см, числа зеркал Z=10 и числа граней модулятора n=6 (количество неустойчивых резонаторов - 60). Оказалось, что радиус вращения луча R, а, следовательно, и расстояние, на котором располагается глухое зеркало, должно быть не менее R~100 м, что конструктивно является нереальным из-за габаритных размеров конструкции и невозможности надежной юстировки большого количества неустойчивых резонаторов на таком расстоянии.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является разработка химического лазера с непрерывной накачкой, состоящего из задающего генератора и усилителя мощности импульсов, в котором должно быть обеспечено формирование коротких импульсов излучения с требуемой длительностью и энергией. При этом в лазере должны быть подобраны условия, подавляющие развитие генерации в промежутках времени между соседними импульсами излучения и в котором энергия импульсов генерируемого излучения на выходе оптического резонатора задающего генератора должна быть как можно большей для обеспечения эффективного усиления в усилителе мощности и упрощения конструкции.

Эта задача решена за счет того, что в химическом импульсно-периодическом лазере с непрерывной накачкой и модуляцией добротности резонатора, содержащем генератор активной среды, оптический резонатор, образованный выходным и глухим плоскими зеркалами, и помещенный между ними на оптической оси резонатора оптический затвор, который включает в себя электрооптический затвор Поккельса, по обе стороны которого размещены поляризационные призмы, а выходящее из задающего генератора лазера излучение далее усиливается, проходя последовательно через оптически соединенные усилители - однопроходовый предусилитель и однопроходовый оконечный усилитель мощности, каждый из которых включает в себя генераторы активной среды, при этом для достижения дифракционной расходимости оптический резонатор содержит участок сжатия пучка L3, далее после выхода из плоского резонатора пучок расширяется до необходимых размеров и проходя через второй затвор Поккельса поступает на вход предварительного усилителя, оптическая связь предварительного усилителя со входом усилителя мощности осуществлена через сферические зеркала пространственных фильтров, снабженных диафрагмой, и зеркала цилиндрического расширяющегося телескопа.

Другими отличиями предлагаемого изобретения являются:

- для достижения компактности установки генератор активной среды предварительного усилителя совмещен с генератором активной среды задающего генератора;

- оконечный усилитель мощности выполнен на основе двух последовательно расположенных плоскоблочных генераторов активной среды, а оптическая связь этих генераторов осуществлена через сферические зеркала пространственных фильтров, снабженных диафрагмой;

- электрооптические затворы Поккельса вместе с поляризационными призмами установлены перед глухим и выходным зеркалами.

Технический результат состоит в получении более высоких энергий в коротком импульсе генерации излучения, чем в известных предложениях и в достижении высоких пиковых мощностей излучения при частоте повторения импульсов до десятков кГц.

Изобретение поясняется чертежами.

На Фиг.1 представлена оптическая схема плоскоблочного задающего генератора с устойчивым плоским однопроходовым резонатором, электрооптический затвор Поккельса находится перед глухим зеркалом резонатора.

На Фиг.2 представлена оптическая схема плоскоблочного задающего генератора с устойчивым плоским однопроходовым резонатором, электрооптический затвор Поккельса находится перед глухим и выходным зеркалами резонатора.

На Фиг.3 представлена оптическая схема однопроходового оконечного усилителя мощности на основе двух последовательно расположенных плоскоблочных генераторов активной среды.

Пример реализации изобретения

В состав лазера (Фиг.1) входит генератор активной среды 1, оптический резонатор, образованный выходным зеркалом 2 и глухим зеркалом 3, модулятор добротности, состоящий из электрооптического затвора Поккельса 4, который установлен на оптической оси внутри оптического резонатора между двумя поляризационными призмами 5 и 6 перед глухим зеркалом, предварительный усилитель 7 - плоскоблочный однопроходовый усилитель и оконечный усилитель мощности 8 (Фиг.3) - плоскоблочный однопроходный мощный усилитель. Предпочтительнее указанный затвор Поккельса устанавливать, как перед глухим зеркалом, так и перед выходным зеркалом 2. На Фиг.2 это затворы 4 и 9. Для дстиения дифракционной расходимости излучения в резонаторе задающего генератора используется участок L3,, который пучок проходит в сжатом состоянии. Далее сжатие осуществляется с помощью телескопа сжатия пучка, состоящего из сферических зеркал 10-11. Короткие импульсы излучения, формирующиеся в оптическом резонаторе (Фиг.1, Фиг.2), далее поступают на предварительный усилитель через выходное зеркало 2, плоское передающее зеркало 12, сферические зеркала телескопа 13-14 расширения пучка, дополнительный электрооптический затвор Поккельса 15 с поляризационными призмами 5 и 6 и сферические зеркала 16-17 телескопа дополнительного расширения пучка. Для снижения габаритов лазера предварительный усилитель коротких импульсов излучения предпочтительней выполнять на базе того же генератора активной среды, что и в задающем генераторе. С выхода предварительного усилителя импульсы излучения поступают на вход оконечного усилителя 8. Для получения высокой направленности лазерного пучка используются пространственные фильтры со сферическими зеркалами 21-22 и 18-19 с диафрагмами 23 и 20 соответственно. Для согласования поперечных размеров лазерных пучков на выходе предусилителя 7 и на входе в оконечный усилитель 8 осуществляется с помощью зеркал 24-25 цилиндрического телескопа. Оконечный усилитель мощности 8 выполнен на основе одного или двух последовательно расположенных генераторов активной среды.

Работа устройства

При включении генератора активной среды 1 в нем создается активная среда, и в результате протекания химической реакции фтора с водородом (дейтерием) образуются возбужденные молекулы фтористого водорода (или фтористого дейтерия). При этом, если затвор Поккельса (комбинация электрооптического затвора и пары поляризаторов) закрыт, то генерация коротких импульсов возникнуть не может, и инверсия населенности может достичь значения, которое намного превышает пороговое, имеющее место в отсутствии затвора. При включении электрооптического затвора проход для излучения в оптическом резонаторе задающего генератора к глухому зеркалу 3 будет открыт, и в резонаторе начнет формироваться короткий импульс излучения. После этого сформированный в задающем генераторе лазерный пучок расширяется в телескопе 13-14 и проходит через затвор Поккельса 15 с просветленными гранями. Он вводится, чтобы уменьшить коэффициент отражения для спонтанного излучения, зарождающегося в усилителе мощности 8, когда затвор закрыт, в результате чего интенсивность усиленного спонтанного излучения на выходе конечного усилителя должна существенно уменьшиться. Далее лазерный пучок расширяется в телескопе 16-17 до апертуры, равной апертуре предусилителя 7. Для уменьшения влияния аберраций пучок коротких импульсов перед поступлением на вход плоскоблочного оконечного усилителя 8 проходит через пространственный фильтр, представляющий собой систему из двух софокусных зеркал 21 и 22 и помещенной в их общем фокусе диафрагмы 23 с малым отверстием. Поскольку из предусилителя выходит пучок с размерами апертуры меньшей, чем размеры апертуры активной среды оконечного усилителя, то для полного заполнения выходной апертуры оконечного усилителя лазерный пучок расширяется в телескопе 24-25 и поступает на вход оконечного усилителя 8.

Промышленная применимость

Предложенный HF(DF)-HXJI при генерации импульсов HF-излучения с энергией ≥1 Дж и длительностью τимп≈(1…2)·10-8с может найти применение для очистки околоземного пространства от опасных фрагментов космического мусора, а импульсы DF-излучения с энергией ≥3 мДж на определенных колебательно-вращательных переходах и с той же длительностью - для определения надфоновых концентраций выбросов углеводородов в околоземной атмосфере с целью отыскания утечек из газопроводов и новых газовых и нефтяных месторождений.


ХИМИЧЕСКИЙ ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЛАЗЕР С НЕПРЕРЫВНОЙ НАКАЧКОЙ И МОДУЛЯЦИЕЙ ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАТОРА
ХИМИЧЕСКИЙ ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЛАЗЕР С НЕПРЕРЫВНОЙ НАКАЧКОЙ И МОДУЛЯЦИЕЙ ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАТОРА
ХИМИЧЕСКИЙ ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЛАЗЕР С НЕПРЕРЫВНОЙ НАКАЧКОЙ И МОДУЛЯЦИЕЙ ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАТОРА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 40.
27.09.2013
№216.012.709e

Ядерная энергетическая установка космического аппарата

Изобретение относится к источникам электроснабжения космического аппарата. Ядерная энергетическая установка (ЯЭУ) космического аппарата содержит энергетический блок, который включает газоохлаждаемый ядерный реактор, машинные преобразователи энергии, радиационную защиту, агрегаты системы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494481
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.10.2013
№216.012.7929

Способ формирования сигнала управления газогидравлическим рулевым приводом и устройство для его реализации

Изобретение относится к области ракетостроения, в частности к способам и устройствам формирования управления газогидравлическим рулевым приводом. Способ заключается в том, что формируют синусоидальный сигнал, определяют модуль сигнала разности заданного и текущего значений давления, определяют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496679
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.11.2013
№216.012.7d20

Рюкзак на опорах с колесами

Изобретение относится к устройствам по транспортировке грузов и предназначено для переноски и загрузки в летательные аппараты специальной техники, расширения физических возможностей военнослужащих при переносе тяжелых грузов, а также в качестве туристического и спортивного оборудования. Задачей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497705
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7d2e

Приводное устройство регулируемого элемента летательного аппарата

Изобретение относится к области авиационной и космической техники, в частности к приводам летательных аппаратов. Приводное устройство регулируемого элемента летательного аппарата содержит дублирующий элемент, камеру переменного объема и регулируемый насос, соединенный трубчатой линией...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497719
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.12.2013
№216.012.89be

Запорная арматура с автономной системой уплотнения

Изобретение относится к элементам гидро(пневмо)автоматики и может быть использовано в гидро(пневмо) системах авиационной техники, технологических стендах, заправочных станциях трубопроводных магистралей и тепловых линий. Запорная арматура с автономной системой уплотнения состоит из корпуса с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500944
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.12.2013
№216.012.8a80

Гаситель низкочастотных колебаний проводов, кабелей и тросов

Изобретение относится к областям электроэнергетики, связи, аэродромного обеспечения, а именно к гасителям низкочастотных колебаний (пляски) проводов воздушных линий электропередачи, кабелей воздушных линий связи, проводов и тросов антенно-фидерных устройств аэродромного обеспечения. Гаситель...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501138
Дата охранного документа: 10.12.2013
27.12.2013
№216.012.9151

Способ создания высоких и сверхвысоких давлений и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области создания высоких и сверхвысоких статических давлений в больших объемах и может быть использовано для испытания различных узлов и агрегатов перспективных авиационных гидросистем высокого давления, а также для исследования свойств новых конструкционных материалов и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502894
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.12.2013
№216.012.9153

Способ выполнения болтовых соединений с радиальным натягом

Изобретение относится к области механосборочного производства конструкций, к которым предъявляются высокие требования надежности и ресурса при воздействии циклических нагрузок, в частности к способам соединения металлических деталей авиационных конструкций. В способе выполнения болтовых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502896
Дата охранного документа: 27.12.2013
20.01.2014
№216.012.9859

Крепежное средство для запрессовки крепежных элементов в соединениях с радиальным натягом

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к крепежным средствам для запрессовки крепежных элементов, и направлено на повышение надежности соединения. Крепежное средство выполнено в виде корпуса с втулкой и наружной резьбой, по меньшей мере, тремя продольными вертикальными пазами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504700
Дата охранного документа: 20.01.2014
10.03.2014
№216.012.aaa4

Многолучевая антенная решетка системы спутниковой связи

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат - уменьшение амплитудно-фазовых ошибок поля в раскрыве многолучевой антенной решетки. Для этого многолучевая антенная система состоит из N многолучевых крупноапертурных излучателей (КАИ), каждый из которых обеспечивает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509399
Дата охранного документа: 10.03.2014
Показаны записи 1-10 из 39.
27.09.2013
№216.012.709e

Ядерная энергетическая установка космического аппарата

Изобретение относится к источникам электроснабжения космического аппарата. Ядерная энергетическая установка (ЯЭУ) космического аппарата содержит энергетический блок, который включает газоохлаждаемый ядерный реактор, машинные преобразователи энергии, радиационную защиту, агрегаты системы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494481
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.10.2013
№216.012.7929

Способ формирования сигнала управления газогидравлическим рулевым приводом и устройство для его реализации

Изобретение относится к области ракетостроения, в частности к способам и устройствам формирования управления газогидравлическим рулевым приводом. Способ заключается в том, что формируют синусоидальный сигнал, определяют модуль сигнала разности заданного и текущего значений давления, определяют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496679
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.11.2013
№216.012.7d20

Рюкзак на опорах с колесами

Изобретение относится к устройствам по транспортировке грузов и предназначено для переноски и загрузки в летательные аппараты специальной техники, расширения физических возможностей военнослужащих при переносе тяжелых грузов, а также в качестве туристического и спортивного оборудования. Задачей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497705
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.11.2013
№216.012.7d2e

Приводное устройство регулируемого элемента летательного аппарата

Изобретение относится к области авиационной и космической техники, в частности к приводам летательных аппаратов. Приводное устройство регулируемого элемента летательного аппарата содержит дублирующий элемент, камеру переменного объема и регулируемый насос, соединенный трубчатой линией...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497719
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.12.2013
№216.012.89be

Запорная арматура с автономной системой уплотнения

Изобретение относится к элементам гидро(пневмо)автоматики и может быть использовано в гидро(пневмо) системах авиационной техники, технологических стендах, заправочных станциях трубопроводных магистралей и тепловых линий. Запорная арматура с автономной системой уплотнения состоит из корпуса с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500944
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.12.2013
№216.012.8a80

Гаситель низкочастотных колебаний проводов, кабелей и тросов

Изобретение относится к областям электроэнергетики, связи, аэродромного обеспечения, а именно к гасителям низкочастотных колебаний (пляски) проводов воздушных линий электропередачи, кабелей воздушных линий связи, проводов и тросов антенно-фидерных устройств аэродромного обеспечения. Гаситель...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501138
Дата охранного документа: 10.12.2013
27.12.2013
№216.012.9151

Способ создания высоких и сверхвысоких давлений и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области создания высоких и сверхвысоких статических давлений в больших объемах и может быть использовано для испытания различных узлов и агрегатов перспективных авиационных гидросистем высокого давления, а также для исследования свойств новых конструкционных материалов и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502894
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.12.2013
№216.012.9153

Способ выполнения болтовых соединений с радиальным натягом

Изобретение относится к области механосборочного производства конструкций, к которым предъявляются высокие требования надежности и ресурса при воздействии циклических нагрузок, в частности к способам соединения металлических деталей авиационных конструкций. В способе выполнения болтовых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502896
Дата охранного документа: 27.12.2013
20.01.2014
№216.012.9859

Крепежное средство для запрессовки крепежных элементов в соединениях с радиальным натягом

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к крепежным средствам для запрессовки крепежных элементов, и направлено на повышение надежности соединения. Крепежное средство выполнено в виде корпуса с втулкой и наружной резьбой, по меньшей мере, тремя продольными вертикальными пазами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504700
Дата охранного документа: 20.01.2014
10.03.2014
№216.012.aaa4

Многолучевая антенная решетка системы спутниковой связи

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат - уменьшение амплитудно-фазовых ошибок поля в раскрыве многолучевой антенной решетки. Для этого многолучевая антенная система состоит из N многолучевых крупноапертурных излучателей (КАИ), каждый из которых обеспечивает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509399
Дата охранного документа: 10.03.2014

Похожие РИД в системе

+ добавить свой РИД