Осветители с параллельным расположением ламп и стержня

Наиболее эффективным является осветитель в виде эллиптического цилиндра.Лампа и активный стержень расположены в центрах эллипса. Длина разрядного промежутка лампы должна быть не менее длины активной части стержня. На полированную эллиптическую поверхность цилиндра наносится зеркальное покрытие из серебра или алюминия. Эффективность передачи

Рисунок 4.16 - Осветитель в виде эллиптического цилиндра.

1 – активный элемент, 2 – лампа накачки, 3 – осветитель.

световой энергии увеличивается по мере уменьшения эксцентриситета элипса и увеличения диаметра активного элемента. Эллиптический отражатель обеспечивает сравнительно высокую эффективность (до 75%) и равномерность накачки. Причем высокая эффективность накачки достигается при условии, когда средний диаметр эллипса много больше длины отражателя при сравнительно малых диаметрах стержня и лампы. Отражатель такой формы является высокотехнологичной деталью. Эллиптические цилиндры можно изготовить обработкой резанием пальцевой фрезой или штамповкой из алюминия. Возможности разнесения лампы и стержня на расстояния упрощает фильтрацию вредных составляющих спектра лампы и конструкцию системы охлаждения. Частным случаем осветителя с элиптическим отражателем является цилиндрический отражатель . Такой осветитель по теории должен обладать 100% КПД. Однако поскольку лампа и активный стержень имеют конечные размеры, их нельзя разместить в центре осветителя. Это снижает эффективность устройства и существенно усложняет охлаждение лампы и активного элемента. Для решения последней проблемы компактные цилиндрические осветители изготавливают в виде кварцевого или стеклянного моноблока с двумя расположенными вблизи его геометрической оси полированными отверстиями – для лампы и активного стержня. По этим отверстиям пропускается охлаждающая жидкость. Внешняя поверхность такого осветителя покрывается серебряным, алюминиевым или диэлектрическим зеркалом. Для поглощения ультрафиолетовой составляющей моноблок легируют европием. Путем подбора слоев диэлектрического зеркала можно обеспечить требуемый спектральный состав энергии накачки. Это уменьшает нагрев лазерного стержня и замедляет его фотохимическое старение.

Рисунок 4.17 - Цилиндрический осветитель: 1- активный элемент, 2 - лампа накачки, 3 – осветитель.

Наиболее компактными осветителями являются системы, получившие название «тесной камеры» или плотной упаковки. Конструктивно такой осветитель может быть образован путем обертывания алюминиевой или серебряной фольгой сложенных вместе лампы накаливания и активного стержня (согласно рисунка 4.18). В первом приближении независимо от формы такой отражатель обладает высокой эффективностью

, (4.47)

где - средний радиус кривизны отражателя.

Высокая эффективность обеспечивается за счет многократного взаимодействия света накачки с веществом активного стержня. Однако в этом случае резко ухудшается тепловой режим работы лазера, затрудняется фильтрация излучения накачки.

Для повышения равномерности накачки и усиления возбуждения накачки в мощных лазерах используют многоламповые осветители. Число ламп может быть от 2 до 8. Системы накачки с двумя и четырьмя эллиптическими отражателями изображены на рис.4.19. Такие осветители эффективно работают только в случае, если . Существует оптимальное значение эксцентриситета эллипса, обеспечивающее оптимальную накачку. Преимуществом многолампового осветителя является симметрирование накачки и в конечном итоге структуры генерируемого пучка. Заметный же выигрыш в повышении плотности энергии накачки получается лишь только при использовании толстых (по сравнению со внутренним диаметром лампы накачки) стержней, что характерно для высокоэнергетических лазеров на неодимовом стекле.

Рисунок4.18 - Осветитель типа “Тесная камера”: 1 – активный элемент, 2 – лампа накачки, 3 – отражатель.

Рисунок 4.19 - Многоламповые осветители: 1 – активный элемент; 2 – лампа

накачки; 3 – отражатель.

4.11.3 Осветители с расположением лампы накачки вдоль оси активного стержня – обеспечивают строго симметричную накачку в поперечном сечении . Однако при этом увеличиваются габариты лазера вдоль оптической оси. Кроме того, по крайней мере, один электрод лампы накачки должен быть расположен под прямым углом к оси разряда. В осветителях такого типа из-за максимального разнесения лампы и стержня можно более рационально построить систему охлаждения: подавать хладоагент сначала к активной среде, а затем к лампе.

Эллипсоидный осветительсостоит обычно из двух штампованных и полированных алюминиевых пластинок. В них между фокусом и вершиной

Рисунок 4.20 - Эллипсоидный осветитель.

1 - стержень, 2 лампа.

расположены активный стержень и разрядный промежуток лампы-вспышки. Эффективность осветителя с растет при увеличении малой оси эллипсоида или при уменьшении диаметра разряда и эксцентриситета, что приводит к более технологичному сферическому осветителю.Сферический осветитель

Рисунок 4.21- Сферический осветитель.

обладает достаточно высокой эффективностью. Один и тот же сферический осветитель в зависимости от энергии накачки обеспечивает разную эффективность. Вблизи порога генерации (плазма лампы-вспышки почки прозрачна, в ней нет потерь на поглощение) и при максимальной мощности: порог генерации несколько ниже при параллельном расположении лампы и стержня в непосредственной близости друг от друга, а максимальная энергия излучения больше при соосном расположении лампы и стержня.