Осветители

Назначение осветителя – повышать эффективность оптической накачки путем концентрации излучаемой лампой энергии на активном элементе лазера. Для выполнения такой задачи необходим правильный выбор материала, конфигурации освети­теля и его расположения. Но осветитель любой конфигурации и самого лучшего качества принципиально не может обеспечить полного использования излучаемой лам­пой энергии, то есть той ее части, которая излучается в противоположную сторону от активного стержня. В лучшем случае потери света в нем составляют 25%, в остальных слу­чаях они возрастают до 70%.

Устройство и размеры осветителя, прежде всего, определяются формой и размерами активного элемента и ламп накачки. Наиболее распространены осветители, имеющие форму эллипсоидного цилиндра, в фокальных осях которого помещают лампу накачки и активный стержень. Схема простейшего однолампового осветителя показана на рис.3.6. Его эффективность достигает 75%. Но часто используются цилиндрические осветители кругового сечения, которые менее эффективны, но более просты в изготовлении.

Эффективностью осветителя называют произведение коэффициента отражения стенок на отношение боковой поверхности активного элемента к площади поверхности осветителя. В мощных твердотельных лазерах применяются активные стержни большого диаметра, значительно превышающего диаметр лампы накачки. Для на­качки таких элементов невозможно обойтись одной лампой, их количество на каждый стержень – от двух до четырех. Соответственно усложняется форма осветителя. На рис.3.7 схематично показан двухламповый осветитель. Он составлен совмещением двух эллипсоидных осветителей, в их общем фокусе помещен активный стержень, а ламы располагаются в противоположных фокусах. Соответственно четырехламповый осветитель составляется из четырех совмещенных эллиптических осветителей (на схеме рис.3.7 сверху и снизу добавляется еще по одному эллипсоидному освети­телю). По мере увеличения числа ламп накачки эффективность составных осветите­лей понижается, но световой поток на поверхность активного стержня возрастает.

Расчет осветителя – сложная светотехническая задача. Разработаны методы проведения подобных расчетов, и ими пользуются при конструировании лазерных уста­новок. С подробностями можно ознакомиться в специальной литературе. Но расчет задает лишь исходные данные для выбора оптимальной конструкции осветителя, окончательная же доводка системы накачки осуществляется экспериментальным путем на специально создаваемых макетах.

Важнейшая роль в создании надежной системы накачки принадлежит технологическим аспектам изготовления осветителей. Мощные потоки лучистой энергии, падающие на отражающие поверхности осветителя, требуют, чтобы эти поверхности в течение длительного времени не претерпевали разрушительных изменений и не снижали своей отражательной способности. Выделяющееся в осветителе тепло необходимо эффективно отводить с помощью системы принудительного охлаждения. Тем самым выдвигаются определенные требования к материалам, из которых изготавливается осветитель, и к конструкции всего блока оптической накачки лазера.

Первоначально при создании твердотельных лазеров осветители изготавливались из стеклянных или кварцевых пластин, на отражающие поверхности которых напылялись покрытия, обладающие высокой отражательной способностью. Как правило, материалом для напыления служило серебро. Но при плотностях лучистой энергии от 80 Дж/см² и выше, самые лучшие покрытия выходили из строя после примерно 100 вспышек. Даже интенсивное жидкостное охлаждение поверхностей не спо­собно было решить проблему заметного повышения лучевой стойкости. Тогда были разработаны технологии изготовления особых диэлектрических покрытий, наносимых на кварцевые подложки, которые обеспечили повышение лучевой стойкости и про­должительности работы отражателя. Но совершенствование технологий продолжа­ется и в наши дни.

Дата добавления: 2015-10-16