15.3. Оптические детали лазеров
Характеристика лазеров. Известно, что в лазерах активным веществом может быть твердое тело или газ.
Лазеры с активным телом из неодимового стекла или кристалла рубина выпускаются в серийном производстве и используются в научных и технологических целях.
Лазеры на стеклянных активных телах применяются для работы в стационарных режимах.
А
Рис. 15.6. Активное тело лазера
ктивные тела служат для возбуждения атомов и генерации световой энергии лампы-вспышки на различных длинах волн. По изготовлению они аналогичны плоскопараллельным пластинам, которые имеют отношение D/ℓ = 1 : 20 и более, что делает их недостаточно жесткими при обработке цилиндрической поверхности неустойчивыми при обработке торцевых поверхностей (рис. 15.6)Свойства материала, характер эксплуатации, размеры, технологические свойства и способы обработки стержней из неодимового стекла и рубина несколько различны.
Основные преимущества изготовления активных тел лазеров и неодимового стекла следующие: практически неограниченные размеры, низкая стоимость материала, простота серийного изготовления активных тел; активатор Nd+3, вводимый в необходимых концентрациях, равномерно распределяется по объему стержня, оптические и технологические свойства материала изотропны, возможны изменения показателя преломления nλ = 1,5 – 2 для λ = 1060 нм путем изменения химического состава стекла, высокая оптическая однородность до Δn = ±0,8∙10-6.
Активные тела лазеров. Неодимовые генераторные лазерные стекла для изготовления активных тел лазеров варятся в горшковых печах и разливаются в блоки, которые разделываются алмазными кругами АДК на бруски – дроты. Если неодимовое стекло варится в высокочастотных электрических печах в платиновых тиглях малого объема, то выпускаются сразу дроты. По обрабатываемости неодимовые стекла близки к стеклу К19.
Блочное и дротевое стекло проходит отжиг в электрических печах, который начинается при температуре ~600°С и длится 2 – 3 недели. После отжига дроты отбраковывают по внутренним напряжениям.
При шлифовании и полировании обоих торцев для устойчивости дроты блокируются по нескольку штук, при этом достигается параллельность. Через полированные торцы дроты просвечивают ртутной лампой СВДШ-250 и по изображению на экране или фотопленке контролируют бессвильность.
Заготовки активных тел из дротов получают продольным распиливанием алмазными отрезными кругами АДК или высверливанием стержней алмазным трубчатым инструментом, заготовки по диаметру круглят на металлообрабатывающих круглошлифовальных станках алмазными кругами АПП, при этом достигается шероховатость поверхности Ra = 1,25 мкм.
П
оследующей
обработкой цилиндрическую поверхность
стержня делают блестящей, гладкополированной,
хорошо пропускающей энергию накачки,
с шероховатостью такой же, как после
шлифования алмазным порошком АСМ
зернистостью 7/5. На концах стержня
оставляют шлифованные полоски, которые
служат в дальнейшем для герметизации
его в приборе.
П
Рис.15.7. Шлифование и полирование торцев активного тела
оследующими операциями – шлифованием абразивными порошками и глубоким полированием на станках ШП – при обычных режимах и приемах обработки доводят торцы стержней в соответствии с чертежом. Для поштучной обработки стержней можно применить конструкцию приспособления, которая показана на рис. 15.7. Стержень 1, зажатый текстолитовыми вкладышами 2, с помощью юстировочных винтов 3 устанавливают в корпусе 4 приспособления перпендикулярно поверхности обработки. Приспособление перемещается с помощью шарового шарнира поводка 5. Стержень 1 внизу укреплен наклеечной смолой 6 и находится в центре между дополнительными кусками 7 стекла той же марки. Полировочная смола 8 наклеена на корпус инструмента 9.При установке стержень с помощью юстировочных винтов базируется по сплошному точному диску стекла. Вспомогательные куски стекла располагают так, чтобы достигалось равномерное изнашивание инструмента при соответственно подобранной настройке станка.
К
Рис. 15.8. Контроль торца активного тела
онтроль отклонения от плоскостности обработанной торцевой поверхности стержня выполняют накладным интерферометром (рис. 15.8). Интерференция происходит между поверхностью торца и измерительной (нижней) поверхностью эталонной пластины 4. Свет от ртутной лампы отражается от параболического отражателя 2 и проходит разделительную 3 и эталонную 4 пластинки. Фольга 5 разделяет контролируемый торец активного тела 6 и дополнительные куски 7 стекла. При этом достигается следующая точность контроля качества обработки поверхностей торцев:
и
на диаметре 10 мм.