Устройство и принцип работы оптического квантового генератора.

Несмотря на низкий КПД оптических квантовых генераторов на рубине (~0,1%), генераторы этого типа находят практическое применение при сварке.

Сварочная установка представляет собой комплекс оптико-механических и электрических элементов, основным из которых является оптический кванто­вый генератор на рубиновом кристалле.

Установка состоит из генератора, блока питания, стола с конденсаторами и стереоскопического микроскопа.

Генератор предназначен для преобразования энергии, запасенной в блоке конденсаторов, в узконаправленный, монохроматический, когерентный световой пучок.

Основным узлом генератора является осветительная камера, внутри которой вставлен кристалл рубина. В камере параллельно кристаллу установлена импульсная лампа, на концы которой подводится высокое напря­жение. Внутренняя поверхность камеры отполирована и является отражателем света. В камеру подается сжатый воздух для охлаждения кристалла рубина. Использованный воздух уходит в атмосферу. Для формирования испускаемого кристаллом рубина излучения и направления его на место сварки служит форми­рующая оптическая система, состоящая из призмы, линзы и сменного объекти­ва. Формирующая система снабжена сменными объективами, которые фокуси­руют параллельный пучок света, испускаемый генератором, в пятно диаметром 0,05—0,25 мм. Для настройки генератора используют оптическое устройство, со­стоящее из осветителя, призмы и конденсорной линзы. Луч света от освети­теля проходит через рубин и оптическую систему генератора, имитируя прохож­дение излучения от кристалла. Для визуального наблюдения за местом сварки при наведении луча подсветки на место сварки и для осмотра сваренных элементов служит стереоскопический микроскоп. Для защиты глаз оператора, работающего на установке, от излучения генератора в момент вспыш­ки сварки предусмотрен затвор, приводимый в движение электромагнитом.

Электрическая схема установки состоит из блока питания импульсной лампы, стола с входящим в него затвором и трансформатором подсветки, генератора. На лампу вспышки подается напряжение, равное 18 кВ.

Для изменения времени разряда и, следовательно, времени горения лампы в цепи лампы установлены индуктивности, меняя величину которых, можно менять и время длительности импульса.

Для осуществления сварки необходимо, чтобы импульсы имели максималь­ную длительность при минимальных интервалах между ними. Однако вследствие низкого КПД квантовых генераторов на рубине большая часть энергии лампы накачки превращается в тепло, вследствие чего эти лампы не могут работать при высокой частоте повторения импульсов, а рубиновый стержень перегре­вается.

Для уменьшения перерывов между импульсами необходимо интенсивно отводить значительное количество тепла, выделяемого при оптической накачке лазера. Частота повторения импульсов и мощность квантового генератора таким образом ограничиваются охлаждающими системами, отводящими тепло, возни­кающее в квантовых генераторах. Существующие сварочные опти­ческие квантовые генераторы дают возможность получить частоту по­вторения импульсов от 1 до 100 в минуту. Диаметр площади проплавления, получающейся в ре­зультате действия одного импульса луча лазера, составляет десятые доли миллиметра. Поэтому сущест­вующие оптические квантовые ге­нераторы пока не могут быть ис­пользованы для сварки швов и ис­пользуются лишь при сварке соеди­нений типа точечной сварки