НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ СИЛОВЫХ ОПТИЧЕСКИХ БЛОКОВ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Рассматриваются вопросы конструирования оптического блока для передачи силового лазерного излучения по оптическому волокну. Целью работы является разработка простого в изготовлении блока с минимизацией потерь на переотражения. Источником лазерного излучения в описываемом блоке служит ультрафиолетовый твердотельный лазер с диодной накачкой. Представлены общая функциональная схема блока и особенности проектирования трех основных модулей: системы отклонения лазерного луча, ловушки лазерного луча и системы контроля параметров лазерного блока. Описываемая система отклонения лазерного луча состоит из подвижного призматического зеркала и сферического рассеивающего зеркала. Проведен сравнительный анализ материалов и технологий изготовления подобных лазерных силовых зеркал, по результатам которого принято решение изготавливать оба зеркала из химически чистого молибдена без покрытия. Подвижное зеркало либо пропускает излучение от источника в волокно, либо отклоняет его на сферическое зеркало и в оптическую ловушку, причем переключение происходит практически мгновенно. Показано, что рассеивающее зеркало необходимо, так как в противном случае поглощающая поверхность оптической ловушки изнашивается неравномерно. Ловушка представляет собой открытый цилиндр с конической полостью, в которой располагается конический элемент, обращенный своим острием наружу в сторону подводимого излучения. Для улучшения эффекта поглощения предлагается специальная форма микрогеометрии всей внутренней поверхности ловушки. Система контроля параметров лазерного блока состоит из датчика наличия лазерного луча, датчика температуры лазера, датчика температуры электромагнита системы отклонения, датчика положения отклоняющего зеркала. Приведен алгоритм обработки сигналов с датчиков контроллером управления блока. Блок будет использован в составе специализированного технологического оборудования.

1. Tsoukantas G., Salonitis K., Stournaras A., Stavropoulos P., Chryssolouris G. On optical design limitations of generalized two-mirror remote beam delivery laser systems: the case of remote welding // International Jour-nal of Advanced Manufacturing Technology. 2007. V. 32. N 9–10. P. 932–941. doi: 10.1007/s00170-005-0400-7
2. Ussing T., Petersen L.V., Nielsen C.B., Helbo B., Hojslet, L. Micro laser welding of polymer microstructures using low power laser diodes // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2007. V. 33. N 1–2. P. 198–205. doi: 10.1007/s00170-007-0969-0
3. Kuhn A., Blewett I.J., Hand D.P., French P., Richmond M., Jones J.D.C. Optical fiber beam delivery of high-energy laser pulses: beam quality preservation and fiber end-preparation // Optics and Lasers in Engineering. 2000. V. 34. N 4–6. P. 273–288. doi: 10.1016/S0143-8166(00)00082-8
4. Вычислительная оптика. Справочник / Под ред. М. М. Русинова, А.П. Грамматина, П.Д. Иванова и др. Л.: Машиностроение, 1984. 423 c.
5. Запрягаева Л.А., Свешникова И.С. Расчет и проектирование оптических систем. Учебник для вузов. М.: Логос, 2000. 584 c.
6. Ройх И.Л. Нанесение защитных покрытий в вакууме. Покрытия [Электронный ресурс]. Режим досту-па: http://de.ifmo.ru/bk_netra/page.php?tutindex=46&index=28&layer=1, свободный, Яз. рус. (дата обращения 10.02.2016).
7. Galyautdinov R.T., Kashapov N.F., Luchkin G.S. Formation of protective coatings for aluminium mirrors by magnetron sputtering // Welding International. 2003. V. 17. N 8. P. 655–658. doi: 10.1533/wint.2003.3184
8. Температурный коэффициент линейного расширения [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://temperatures.ru/pages/temperaturnyi_koefficient_lineinogo_rasshireniya, свободный, Яз. рус. (дата обращения 15.02.2016).
9. Солк С.В. Разработка и исследование технологических методов изготовления, контроля и юстировки оптических элементов и устройств инфракрасных приборов: дис. … докт. техн. наук. Санкт-Петербург, Университет ИТМО, 2015. 287 с.
10. Наумов М.Б. Лазерные силовые зеркала. М.: МИРЭА, 2008. 171 с.
11. Лахтин Ю.M., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведе-ний. 3-е изд. М.: Машиностроение, 1990. 528 с.
12. Характеристики материала БрХ. Марочник стали и сплавов [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.splav-kharkov.com/mat_start.php?name_id=1189, свободный, Яз. рус. (дата обращения 16.02.2016).
13. Yoshida K., Takeuchi K., Kato Y., Fujiwara E., Yamashita K., Kurosawa K., Sasaki W., Okamoto H. Superpolished single crystal molybdenum mirror for x-ray ultraviolet to x-ray radiation // Applied Physics. 1988. V. 52. N 14. P. 1111–1113. doi: 10.1063/1.99177
14. Leontyev A., Semerok A., Farcage D., Thro P.-Y., Grisolia C., Widdowson A., Coad P., Rubel M. Theoretical and experimental studies on molybdenum and stainless steel mirrors cleaning by high repetition rate laser beam // Fusion Engineering and Design. 2011. V. 86. N 9–11. P. 1728–1731. doi: 10.1016/j.fusengdes.2010.12.068
15. Sherwood B.J. Molybdenum laser mirrors // Metal Finishing. 2008. V. 106. N 4. P. 87–88.
16. Mizusawa M., Sakurai K. Specular and non-specular X-ray reflection from a single-crystal molybdenum mir-ror surface // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 2003. V. 199. P. 139–142. doi: 10.1016/S0168-583X(02)01621-X
17. Алюминий Д16 дуралюмин Д16, дюраль Д16 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/alu/D16, свободный, Яз. рус. (дата обращения 14.02.2016).
18. Gonzalez F., Barrera E.C., Rosas R.C. Photothermal selective coatings of black molybdenum // Revista Mex-icana de Ingeniera Qumica. 2010. V. 9. N 1. P. 79–83.
 

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License