RU2108899C1 - Installation for laser treatment - Google Patents
Installation for laser treatment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2108899C1 RU2108899C1 RU96115602A RU96115602A RU2108899C1 RU 2108899 C1 RU2108899 C1 RU 2108899C1 RU 96115602 A RU96115602 A RU 96115602A RU 96115602 A RU96115602 A RU 96115602A RU 2108899 C1 RU2108899 C1 RU 2108899C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- telescope
- plane
- radiation
- installation according
- output
- Prior art date
Links
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 title abstract 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 44
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 11
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 9
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 4
- 239000003518 caustics Substances 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 2
- 210000000988 bone and bone Anatomy 0.000 claims 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 2
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 2
- 206010010071 Coma Diseases 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003698 laser cutting Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к лазерной технике. The invention relates to laser technology.
Известна установка для лазерной обработки, включающая мощный газовый лазер с поперечной прокачкой, согласующий телескоп, систему зеркал для транспортировки и фокусировки излучения [1]. Согласующий телескоп преобразовывает излучение одного размера в другое и бывает необходим для согласования размера луча, удобного для использования при транспортировке и фокусировке излучения с излучением на выходе лазера, размер которого определяется параметрами активной среды и резонатора лазера. A known installation for laser processing, including a powerful gas laser with transverse pumping, matching telescope, a system of mirrors for transporting and focusing radiation [1]. A matching telescope converts radiation of one size into another and is necessary for matching the beam size, which is convenient for use in transporting and focusing radiation with radiation at the laser output, the size of which is determined by the parameters of the active medium and the laser cavity.
Высокомощные газовые лазеры с поперечной прокачкой имеют, как правило, широкоапектурную камеру возбуждения [2], поэтому излучение, выходящее из такого лазера имеет большой диаметр, неудобный для транспортировки и фокусировки излучения. С увеличением диаметра выходного пучка лазера пропорционально растут габариты зеркал и квадратично растет их вес. High-power gas lasers with transverse pumping, as a rule, have a wide-angle excitation chamber [2]; therefore, the radiation emitted from such a laser has a large diameter, which is inconvenient for transporting and focusing radiation. As the diameter of the output laser beam increases, the dimensions of the mirrors grow proportionally and their weight increases quadratically.
Для того, чтобы уменьшить размер выходного излучения приходится использовать уменьшающий телескоп, как правило, состоящий из сферических зеркал. In order to reduce the size of the output radiation, it is necessary to use a reducing telescope, usually consisting of spherical mirrors.
Недостатком известного устройства является то, что такой телескоп должен иметь достаточно большую длину для того, чтобы уменьшить аберрации сферических зеркал из-за косого падения излучения на каждое из составляющих телескоп зеркал, что приводит к увеличению габаритных размеров всей установки. A disadvantage of the known device is that such a telescope must have a sufficiently large length in order to reduce aberrations of spherical mirrors due to the oblique incidence of radiation on each of the mirrors that make up the telescope, which leads to an increase in the overall dimensions of the entire installation.
Задачей изобретения является уменьшение габаритных размеров установки за счет уменьшения размера трансформирующего телескопа, при сохранении высокой мощности и КПД быстропроточного газового лазера с большой апертурой камеры возбуждения
На фиг. 1-5 показана предлагаемая установка.The objective of the invention is to reduce the overall dimensions of the installation by reducing the size of the transforming telescope, while maintaining high power and efficiency of a high-speed gas laser with a large aperture of the excitation chamber
In FIG. 1-5 shows the proposed installation.
На фиг. 1 изображена установка для лазерной обработки, включающая мощный газовый лазер с поперечной прокачкой, согласующий телескоп систему транспортировки и фокусировки излучения 30. In FIG. 1 shows a laser processing apparatus including a powerful gas laser with transverse pumping, a telescope matching radiation transportation and focusing system 30.
Задача изобретения решается тем, что согласующий телескоп 20 выполняется цилиндрическим, т.е. он трансформирует излучение только в одной плоскости и состоит из двух цилиндрических зеркал 21 и 22, а выходное излучение 17 лазера 10 формируется в виде эллипса, ось которого совпадает с плоскостью сжатия (увеличения) телескопа (фиг. 1 и 2). Фокусировка и дефокусировка зеркалами такого телескопа происходит в плоскости, перпендикулярной плоскости падения излучения на цилиндрические зеркала 21 и 22, совпадающей с плоскостью, образованной осями цилиндрических поверхностей, поэтому в такой оптической системе нет аберраций, обусловленных косым падением на зеркала (комы). Вследствие этого углы падения на цилиндрические зеркала могут быть большими настолько, насколько это необходимо из конструктивных соображений. The objective of the invention is solved in that the matching telescope 20 is cylindrical, i.e. it transforms the radiation in only one plane and consists of two
Длина телескопа, а значит и всей установки при этом уменьшается. Возможен, например, вариант, когда угол падения на оба зеркала составит 245o в этом случае реализуется минимальная длина телескопа (фиг. 3). На выходе из телескопа 20 реализуется излучение круглого сечения необходимого размера 2б (фиг. 2).The length of the telescope, and therefore the entire installation, is reduced. It is possible, for example, when the angle of incidence on both mirrors is 245 °, in this case the minimum length of the telescope is realized (Fig. 3). At the exit from the telescope 20, radiation of a circular cross section of the required size 2b is realized (Fig. 2).
В случае лазера с поперечной прокачкой с неустойчивым резонатором 10, образованным концевыми зеркалами 13 и 14, промежуточными зеркалами 15 и выводным зеркалом 16 излучение эллиптического сечения легко осуществляется практически без потери выходной мощности и КПД. Для этого изготавливается либо меньшее зеркало 14, либо отверстие связи выводного зеркала 16 эллиптическим по форме и в М раз, где М - коэффициент увеличения неустойчивого резонатора, меньшим по размеру, чем выходное излучение. При этом размер 2а выходного излучения в плоскости, перпендикулярной потоку 12 активной среды, в камере возбуждения 12 выбирается таким, чтобы полностью обеспечить съем инверсии, запасенной в потоке, а размер выходного излучения в перпендикулярной плоскости 2б равен требуемому диаметру излучения на выходе трансформирующего телескопа 20. Многопроходность неустойчивого резонатора обеспечит высокий КПД при условии, что расстояние между каустиками резонатора будет недостаточно большим для того, чтобы при путешествии с потоком между ними инверсия успела бы срелаксировать. In the case of a transverse-pumping laser with an unstable resonator 10 formed by end mirrors 13 and 14, intermediate mirrors 15, and
В случае использования в быстротечном газовом лазере устойчивого резонатора, например, плосковогнутого устойчивого резонатора, в котором размер выходного излучения определяется размером ограничивающей диафрагмы, удобно выполнить диафрагму эллиптической формы таким образом, что размер диафрагмы 2а в плоскости потока активной среды 12 в камере возбуждения 11 был бы равен приблизительно 1,5 диаметра размера основной моды устойчивого резонатора, а размер диафрагмы в плоскости, перпендикулярной газовому потоку 2б должен быть несколько меньше размера камеры возбуждения поперек потока. In the case of using a stable resonator in a high-speed gas laser, for example, a plane-concave stable resonator, in which the size of the output radiation is determined by the size of the limiting diaphragm, it is convenient to make the diaphragm elliptical in such a way that the size of the
В этом случае на выходе из лазера имеется пучок эллиптического сечения высокой мощности, определяемой всей запасенной в потоке энергией, причем в плоскости потока активной среды реализуется одномодовое излучение с гауссовым профилем интенсивности, а в ортогональной плоскости существенно многомодовое излучение. Дальнейшая трансформация такого излучения цилиндрическим телескопом 20 приведет к пучку круглого сечения с существенно различным качеством излучения в двух перпендикулярных плоскостях. Такое излучение возможно применять для лазерной резки и сварки, где требуется высокомощное излучение лишь в одной плоскости. In this case, at the exit from the laser, there is a beam of high power elliptical cross section determined by all the energy stored in the flow, moreover, single-mode radiation with a Gaussian intensity profile is realized in the plane of the active medium flow, and multimode radiation is essentially in the orthogonal plane. Further transformation of such radiation with a cylindrical telescope 20 will lead to a beam of circular cross section with substantially different radiation quality in two perpendicular planes. Such radiation can be used for laser cutting and welding, where high-power radiation is required in only one plane.
Возможно также использование устойчиво-неустойчивого резонатора, в котором плоскость устойчивости расположена вдоль потока активной среды 12 в камере возбуждения 11. В этой плоскости с помощью выводного зеркала 16, играющего роль диафрагмы, реализуется одномодовый устойчивый резонатор, а в плоскости поперек потока реализуется неустойчивый резонатор. It is also possible to use a stably-unstable resonator, in which the stability plane is located along the flow of the active medium 12 in the excitation chamber 11. In this plane, a single-mode stable resonator is realized using an
Устойчиво-неустойчивый резонатор такого типа возможен в двух вариантах. Первый с односторонним выводом излучения, второй - с двусторонним выводом излучения. В первом варианте реализуется излучение с компактным выходом. Из условий оптимальности коэффициента связи резонатора излучение может иметь вытянутое сечение и привести его в излучение с симметричным круглым сечением можно, также применяя цилиндрический телескоп. A stable-unstable resonator of this type is possible in two versions. The first with a one-way output of radiation, the second - with a two-way output of radiation. In the first embodiment, radiation with a compact output is realized. From the conditions of optimality of the coupling coefficient of the resonator, the radiation can have an elongated cross section and it can be brought into radiation with a symmetric circular cross section, also using a cylindrical telescope.
В устойчиво-неустойчивом резонаторе с двухлучевым выходом реализуется излучение c с гауссовским профилем в плоскости потока активной среды и гауссоподобное излучение с провалом в перпендикулярной плоскости. Дальнейшая трансформация с помощью цилиндрического телескопа преобразует выходное излучение в излучение с круглым сечением весьма близкое, особенно после пространственной фильтрации в плоскости неустойчивости к гауссовому профилю излучения. Все три разобранных случая реализуются с высоким КПД преобразования накопленной в потоке активной среды энергии в световую благодаря полному заполнению камеры возбуждения поперек потока излучением. In a stably unstable cavity with a two-beam output, radiation c is realized with a Gaussian profile in the plane of the active medium flow and a Gaussian-like radiation with a dip in the perpendicular plane. Further transformation with the help of a cylindrical telescope converts the output radiation into radiation with a circular cross section very close, especially after spatial filtering in the instability plane to the Gaussian radiation profile. All three cases examined are realized with a high efficiency of converting the energy accumulated in the active medium stream into light due to the complete filling of the excitation chamber across the stream with radiation.
Возможна и обратная ситуация, особенно в случае высокомощных лазеров, когда требуется максимально полное заполнение излучением камеры возбуждения, или (и) максимально возможное снижение интенсивности излучения, падающего на зеркала резонатора, в результате чего на выходе из лазера получается пучок чрезмерно большого размера в плоскости потока. В обоих этих случаях трансформация размера с помощью цилиндрического телескопа малой длины дает необходимый результат. The opposite situation is also possible, especially in the case of high-power lasers, when it is necessary to fill the excitation chamber with radiation as completely as possible, or (and) reduce the intensity of radiation incident on the cavity mirrors as much as possible, resulting in an excessively large beam at the exit from the laser in the flow plane . In both of these cases, the transformation of size using a cylindrical telescope of small length gives the desired result.
Если цилиндрический телескоп (фиг. 5) состоит из двух вогнутых зеркал 21 и 22, то около линии общих фокусов удобно расположить щелевой пространственный фильтр 23 для фильтрации излучения. Из-за одномерности фокусировки плотность мощности, которая получается в фокусе цилиндрического телескопа, не достигает таких больших значений, как в фокусе сферического телескопа, т. е. предотвращается опасность оптического пробоя в фокусе, а значит повышаются надежность такого пространственного фильтра и более тонкая пространственная фильтрация (фиг. 5)о If the cylindrical telescope (Fig. 5) consists of two
Claims (9)
10. Установка по любому из пп.1 - 4 и 6 - 9, отличающаяся тем, что цилиндрический телескоп выполнен с внутренним фокусом и состоит из двух вогнутых цилиндрических зеркал и щелевого пространственного фильтра, установленного вблизи внутреннего фокуса.9. The installation according to claim 6, characterized in that the stably unstable resonator is made with a one-way output radiation
10. Installation according to any one of claims 1 to 4 and 6 to 9, characterized in that the cylindrical telescope is made with an internal focus and consists of two concave cylindrical mirrors and a slotted spatial filter mounted near the internal focus.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96115602A RU2108899C1 (en) | 1996-07-24 | 1996-07-24 | Installation for laser treatment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96115602A RU2108899C1 (en) | 1996-07-24 | 1996-07-24 | Installation for laser treatment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2108899C1 true RU2108899C1 (en) | 1998-04-20 |
RU96115602A RU96115602A (en) | 1998-08-27 |
Family
ID=20183946
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96115602A RU2108899C1 (en) | 1996-07-24 | 1996-07-24 | Installation for laser treatment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2108899C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2196032C1 (en) * | 2001-08-13 | 2003-01-10 | Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение | Method for preparing for welding edges of sheet blanks of titanium alloys |
RU2516216C2 (en) * | 2008-07-25 | 2014-05-20 | Р.Т.М. С.П.А. | Laser scribing installation for surface treatment of magnetic sheets with spots with elliptic shape |
WO2022076799A1 (en) * | 2020-10-09 | 2022-04-14 | Ipg Photonics Corporation | Beam shaping system in the process of laser welding |
RU2824770C1 (en) * | 2023-09-20 | 2024-08-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Plant for selective laser melting of metal powder |
-
1996
- 1996-07-24 RU RU96115602A patent/RU2108899C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Лазерная техника и технология. Под ред.А.Г.Григорьянца. Кн. 2 "Инженерные основы создания технологических лазеров". - М.: Высшая школа, 1988, с. 136-138. 2. Технологические лазеры. Справочник под общ. ред. Г.А.Абильсиитова. Т.1. - М.: Машиностроение, 1991, с. 128-172. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2196032C1 (en) * | 2001-08-13 | 2003-01-10 | Комсомольское-на-Амуре авиационное производственное объединение | Method for preparing for welding edges of sheet blanks of titanium alloys |
RU2516216C2 (en) * | 2008-07-25 | 2014-05-20 | Р.Т.М. С.П.А. | Laser scribing installation for surface treatment of magnetic sheets with spots with elliptic shape |
WO2022076799A1 (en) * | 2020-10-09 | 2022-04-14 | Ipg Photonics Corporation | Beam shaping system in the process of laser welding |
RU2824770C1 (en) * | 2023-09-20 | 2024-08-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Plant for selective laser melting of metal powder |
RU2824771C1 (en) * | 2023-09-20 | 2024-08-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") | Plant for selective laser melting of metal powder |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4016504A (en) | Optical beam expander for dye laser | |
US6442186B1 (en) | Stable multi-fold telescopic laser resonator | |
US5249196A (en) | Internally folded scalable laser | |
US5260964A (en) | Graded reflectivity mirror resonators for lasers with a gain medium having a non-circular cross-section | |
US6160934A (en) | Hollow lensing duct | |
ES2080592T3 (en) | RAMAN INTRACAVITARY SELF-ALIGNING LASER. | |
US5557630A (en) | Unstable laser resonator | |
US3660779A (en) | Athermalization of laser rods | |
CN217360461U (en) | Ultrafast laser broadening compressor based on single transmission grating | |
RU2108899C1 (en) | Installation for laser treatment | |
JPH0530312B2 (en) | ||
US5379147A (en) | Dye laser amplifiers | |
US4947402A (en) | Two-mirror shaping of a non-circular optical pumping beam and lasers using same | |
US7869469B1 (en) | Raman cell for high power applications | |
US4941147A (en) | Ring resonators with intracavity grazing incidence telescopes | |
US5764680A (en) | Folded internal beam path for gas stable/unstable resonator laser | |
CN112260050A (en) | High-order transverse mode green light solid laser | |
US4168473A (en) | Internal arrester beam clipper | |
RU2140694C1 (en) | Optically pumped laser device | |
JPH10113354A (en) | Laser system, and beam divergence reducing method in this system | |
CA2195828C (en) | Miniature stimulated raman shifting cell | |
Bisson et al. | Near-field diffractive optical pumping of a laser medium | |
RU96124789A (en) | INSTALLATION FOR LASER PROCESSING | |
Scharpf et al. | An eyesafe KTA OPO with an unstable resonator | |
RU96115602A (en) | INSTALLATION FOR LASER PROCESSING |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090725 |