НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o062.pdf (2357.89Кб)

Исследована структура, пространственные, временные и энергетические характеристики излучения лазера на парах меди (ЛПМ) с оптическими резонаторами, обладающими высокой пространственной селективностью: с нестабильным резонатором (НР) с двумя выпуклыми зеркалами и телескопическим НР, и определены условия формирования однопучкового излучения с дифракционной расходимостью и высокой стабильностью положения оси диаграммы направленности.
Самым весомым и перспективным применением ЛПМ с НР с двумя выпуклыми зеркалами является использование его в качестве задающего генератора (ЗГ) в лазерных системах на парах меди (ЛСПМ) типа задающий генератор – усилитель мощности (ЗГ – УМ), когда мощность дифракционного пучка излучения и плотность мощности в сфокусированном пятне диаметром 10-20 мкм увеличивается на 1-2 порядка. С применением в качестве УМ промышленных отпаянных активных элементов (АЭ) серии «Кулон» со средней мощностью излучения 15-25 Вт плотность пиковой мощности возрастает до 1011 Вт/см2, АЭ «Кристалл» мощностью 30-50 Вт до 1012 Вт/см², что достаточно для производительной и качественной микрообработки материалов толщиной до 1…2 мм. Такая ЛСПМ явилась основой для создания современных автоматизированных лазерных технологических установок (АЛТУ) типа «Каравелла-1» и «Каравелла-1М» для изготовления прецизионных деталей изделий электронной техники (ИЭТ) металлических толщиной до 0,5 мм и неметаллические до 1,5…1,8 мм.
ЛПМ с телескопическим НР со средней мощностью дифракционного пучка излучения 5-6 Вт стал основой для создания промышленных АЛТУ «Каравелла-2» и «Каравелла-2М» для изготовления прецизионных деталей ИЭТ металлических толщиной до 0,3 мм и неметаллических до 0,5-0,7 мм.
Практическая работа на всех типах АЛТУ «Каравелла»» показал ряд существенных преимуществ лазерного способа импульсной микрообработки перед традиционными способами, включая и электроэрозионную обработку: широкая номенклатура обрабатываемых конструкционных металлических и неметаллических материалов; уменьшение количества операций и переходов в несколько раз; экономия материалов при изготовлении и раскрое заготовки из листа; высокая производительность изготовления деталей, как простой, так и сложной конфигураций (на порядок и более); эффективная обработка в атмосфере воздуха (без поддува технологического газа); высокая точность изготовления деталей (4-10 мкм); малая шероховатость поверхности реза (≤ 1…2 мкм); малая зона термического влияния (≤ 3…5 мкм); отсутствие расслоения и микротрещин металла (молибдена, вольфрама); высокий процент выхода годных деталей (до 100%); невысокая трудоемкость изготовления и универсальность технологической оснастки.
Основные выводы, сделанные в настоящей работе по результатам исследований ЛПМ, справедливы и для других импульсных лазеров, обладающих короткой длительностью существования инверсии населенностей.

1. Walter W.T., Piltch M., Solimene N., Gould G. Pulsed laser action in atomic copper vapor // Bull. Amer. Phys. Soc. 1966. Vol. 11, no. 1. Р . 113.
2. Исаев А.А., Казарян М.А., Петраш Г.Г. Эффективный импульсный лазер на парах меди с высокой средней мощностью генерации // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1972. Т. 16, № 1. С. 40-42.
3. Эффективные газоразрядные лазеры на парах металлов: сб. статей / под pед. П.А. Бохана. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 1978. 209 с.
4. Солдатов А.И., Соломонов В.И. Газоразрядные лазеры на самоограниченных переходах в парах металлов. Hовосибирск: Hаука, 1985. 152 с.
5. Григорьянц А. Г., Казарян М. А., Лябин Н. А. Лазеры на парах меди: конструкция, характеристики и применения. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. 312 с.
6. Лазеры на самоограниченных переходах атомов металлов / В.М. Батенин, В.В. Бучанов, М.А. Казаpян [и др.]. М.: Научная книга, 1998. 544 с.
7. Лазеры на самоограниченных переходах атомов металлов - 2. В 2 т. Т.1 / В.М. Батенин, А.М. Бойченко, В.В. Бучанов [и др.]; Под ред. В.М. Батенина. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. 544 с.
8. Лазеры на самоограниченных переходах атомов металлов - 2. В 2 т. Т. 2 / В.М. Батенин, П.А. Бохан, А.М. Бойченко [и др.]; Под ред. В.М. Батенина. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. 616 с.
9. Little C.E. Metal Vapour Lasers: Physics, Engineering and Applicaitions. Chichester ( UK ): J . Wiley and Sons Ltd ., 1999. 620  p .
10. Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки: учеб. пособие для вузов / Под ред. А.Г. Григорьянца. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 664 с .
11. Chimenti R., Walter W.T. Coherence properties of the pulsed copper vapor laser // Bull. Am. Phys. Soc. 1971. Vol.16. Р . 41-42.
12. Земсков Л.И., Исаев А.А., Казарян М.А., Петраш Г.Г., Раутиан С.Г. Применение неус-тойчивых резонаторов для получения дифракционной расходимости излучения им-пульсных газовых лазеров с большим усилением // Квантовая электроника. 1974. Т. 1, № 4. С. 863-869.
13. Получение дифракционной расходимости с импульсными лазерами, обладающими малым временем существования инверсии / К.И. Земсков, А.А. Исаев, М.А. Казарян [и др.] // 2-й Всесоюзный симпозиум по физике газовых лазеров (Новосибирск, 16–18 июня 1975 г.): тез. докл. Новосибирск, 1974. С. 141.
14. Сжимающиеся пучки в телескопических резонаторах / А.А. Исаев, М.А. Казарян, Г.Г. Петраш. С.Г. Раутиан // Квантовая электроника. 1974. Т. 1, №   6. С. 1379-1388.
15. Эволюция гауссовых пучков и импульсная генерация в лазерах с неустойчивыми резонаторами / А.А. Исаев, М.А. Казарян, Г.Г. Петраш, С.Г.Раутиан, А.М.Шалагин // Квантовая электроника. 1975. Т. 2, №   6. С. 1125-1137.
16. Пространственные, временные и энергетические характеристики излучения лазера на парах меди / В.П. Беляев, В.В. Зубов, А.А. Исаев, Н.А. Лябин, Ю.Ф. Соболев, А.Д. Чурсин // Квантовая электроника. 1985. Т. 12, № 1. С. 74-79.
17. Лябин Н.А. Характеристика излучения лазера на парах меди // II отраслевая научно-техническая конференция «Газовые лазеры - перспективы разработки, производства и применения» (г. Рязань, 28-29 октября 1986 г.): тез. докл. Сер. 11. Лазерная техника и оптоэлектроника. Вып. 3 (237). Импульсные газовые лазеры. М.: ЦНИИ «Электроника», 1986. С. 15-16.
18. Зубов В.В., Лябин Н.А., Чурсин А.Д. Эффективная система генератор-усилитель на основе лазерных активных элементов на парах меди // Квантовая электроника. 1986. Т. 13, № 12. С. 2431-2436.
19. Зубов В.В., Лябин Н.А., Чурсин А.Д. Лазер на парах меди с высокостабильным однопучковым излучением и управляемой расходимостью // Квантовая электроника. 1988. Т. 15, № 10. С. 1947-1954.
20. Лябин Н.А. Безрезонаторный лазер на парах меди с высоким качеством излучения // Квантовая электроника. 1989. Т. 16, № 4. С. 652-657.
21. Лепехин Н.М., Присеко Ю.С., Филиппов В.Г., Лябин Н.А., Чурсин А.Д., Колоколов И.С. Генератор наносекундных импульсов для возбуждения лазеров на самоограниченных переходах атомов металлов: пат. 2226022 РФ. 2004. Бюл. № 8.
22. Промышленные лазеры на парах металлов серии KULON / Н.М. Лепехин, Ю.С. Присеко, В.Г. Филиппов, Н.А. Лябин, А.Д. Чурсин, М.А. Казарян // Прикладная физика. 2005. №   1. С. 110-115.
23. Лябин Н.А., Иполлитова З.К., Чурсин А.Д., Колоколов И.С. Импульсный лазер: пат. 2432652 РФ. 2010. Бюл. №   30.
24. Лазеры на парах меди и их применение в технологии прецизионной обработки / Н.А. Лябин, В.М. Жариков, В.И. Клименко, И.С. Колоколов, М.Е. Королева, В.И. Кондрашов, В.С. Парамонов, Г.М. Парамонова, Ю.Ф. Соболев, С.А. Угольников, В.Д. Чибирев, А.Д. Чурсин // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. 2003. Вып. 2 (482). С. 17-35.
25. Лябин Н.А. Лазеры на парах меди: от индустриальных до медицинских приложений // Фотоника. 2012. Т. 32, № 2. С. 66-69 .
26. Импульсные лазеры на парах меди, технологическое и медицинское оборудование на их основе / Н.А. Лябин, А.Н. Королев, Е.Н. Покровский, В.Н. Батыгин, П.С. Мелешкевич, А.Д. Чурсин, В.И. Клименко, В.С. Парамонов, Е.А. Котюргин, И.С. Колоколов, Г.М. Парамонова, Л.Л. Бетина, М.Е. Королева, И.В. Каморин // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ-техника. 2013. Вып. 3 (518). С. 211-220.
27. Исследование структуры и свойств зоны термического воздействия (ЗВТ) после лазерной обработки тонколистовых тугоплавких и теплопроводных материалов / Д.К. Фигуровский, Г.Я. Дальская, Е.И. Тронза, Г.А. Юдин, Н.А. Лябин // XIV Международная научно-практическая конф еренция «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения и информатики» (Сочи, 3-7 октября 2011 г.) : сб. науч. тр. М.: МГУПИ, 2011. С. 221-227.