203171. lajstromszámú szabadalom • Stabilizált lézer fényforrás
1 HU 203 171 A 2 szabályozó- elektronikával is rendelkezik, amely egy különbségi erősítőt, és ennek kimenetére kapcsolva egy beavatkozóegységet tartalmaz, és a beavatkozóegység kimenete, amely egyben a szabályozó- elektronika kimenete is, a lézer fűtésére csatlakozik. A találmány szerint a lézeren legalább egy hőmérő,_ előnyösen platina ellenálláshőmérő van elhelyezve, amelynek kimenete a szabályozó-elektronika bemenetén át a különbségi erősítő egyik bemenetére van kapcsolva. A szabályozó-elektronika egy referenciafeszültség-adót is tartalmaz, amelynek kimenete a különbségi erősítő másik bemenetére csatlakozik. A fűtéssel és hőmérővel ellátott lézer, valamint a szabályozó-elektronika egy jó hővezető anyagból, célszerűen rézből készült, a fényforrás többi elemeihez képest nagy hőkapacitású, közös hőkiegyenlítőben van elhelyezve. A találmányt a továbbiakban kiviteli példa és rajzok alapján ismertetjük. A rajzokon az 1. ábra a találmány szerinti stabilizált lézerfényforrás egy célszerű kiviteli alakjának vázlata, 2. ábra a szabályozó-elektronika hatásvázlata. Az 1. ábra szerinti lézerfényforrás egy stabilizált tápforrással ellátott 1 lézert, előnyösen folyamatos üzemű gáz- vagy szilárdtestlézert tartalmaz. Az 1 lézeren a rezonátor tükörtávolságát változtató 3 fűtés, célszerűen egyenletes menetsűrűséggel a lézerre tekercselt fűtőszál van elhelyezve, amelynek egyik kivezetése az Ut tápfeszültségre csatlakozik. A lézerfényforrás az 5 szabályozó-elektronikával is rendelkezik, amely az 5.1 referenciafeszültség-adót, az 5.2 különbségi erősítőt és az 5.3 beavatkozóegységet tartalmazza. Az 1 lézeren egy 4 hőmérő, jelen esetben egy platina ellenálláshőmérő van elhelyezve. A 4 hőmérő kimenete az 5 szabályozó-elektronika B bemenetén át az Rl, R.2 ellenállásokkal és az A műveleti erősítővel kialakított 5.2 különbségi erősítő egyik bemenetére van kapcsolva. Ugyanez a pont az Rí ellenálláson át az Ut tápfeszültséggel van összekötve, azaz az Rí ellenállásból és a 4 hőmérő ellenállásából álló feszültségosztó osztáspontját képezi, amely az A műveleti erősítő egyik bemenetére csatalkozik. Az 5.2 különbségi erősítő másik bemenetére a Z zéner diódát tartalmazó 5.1 referenciafeszültség-adó kimenete van kapcsolva. Ez a pont egyrészt az R2 ellenálláson át az Ut tápfeszültséggel, másrészt az A műveleti erősítő másik bemenetével van összekötve. Az 5.2 különbségi erősítő kimenete a T tranzisztorral és az R3 ellenállással megvalósított 5.3 beavatkozóegység bemenetére csatlakozik. Az 5.3 beavatkozóegység kimenete, amely egyben az 5 szabályozó-elektronika K kimenete is, az 1 lézer 3 fűtésének másik kivezetésére van kapcsolva. A 3 fűtéssel és a 4 hőmérővel ellátott 1 lézer, valamint az 5 szabályozó-elektronika egy jó hővezető anyagból, célszerűen rézből készült, a fényforrás többi elemeihez képest nagy hőkapacitású, közös 2 hőkiegyenlítőben van elhelyezve. Nagyobb terjedelmű lézercsövek esetén - a homogén hőmérséklet- eloszlás biztosítása érdekében - célszerű több 4 hőmérő elhelyezése, és a 3 fűtés szakaszos vezérlése. Működése során az 5 szabályozó-elektronika folyamatosan összehasonlítja a 4 hőmérőről a B bemeneten át kapott Uv visszacsatolt feszültséget az 5,1 referenciafeszültség-adó által előállított Urtf referenciafeszültséggel. A két jel különbségét az 5.2 különbségi erősítő és az 5.3 beavatkozóegység felerősíti, és úgy változtatja a K kimeneten át a fűtésre adott áram erősségét, hogy az 1 lézer hőmérséklete az előre meghatározott értékre álljon be. Mint azt már a bevezetőben említettük, a lézerek, ezek közül is különös tekintettel az egy- vagy kétmódusú lézerek teljesítményét és frekvenciáját stabilizált tápforrás alkalmazása esetén az aktuális tükörtávolság határozza meg. A tükörtávolság változtatásával az erősítési görbe különböző pontjaihoz különböző teljesítmény és frekvencia tartozik. A tükörtávolság viszont a lézert érő környezeti hőhatások függvényeként változik. Jelen esetben eltekintünk a mechanikus rezgéseknek a tükörtávolságra gyakorolt hatásától. A hőfokstabilizálás megvalósításánál ismemi kell a lézercsőnek az L tükörtávolságra vonatkoztatott lineáris hőtágulási együtthatóját. Ez általában gyártmányonként változik, és még egy adott konstrukción belül is bizonyos nem elhanyagolható szórása van. Az általunk használt UNIPHASE 1107P típusú He-Ne gázlézerben a relatív lineáris hőtágulási együttható értéke a - AL/L - 7*10‘6 fC'1) volt, ahol AL az 1 °C-hoz tartozó abszolút rezonátorhosszváltozás. Ezen adat ismeretében, valamint a gyárilag közölt 1070 MHz-es módustávolságból, melyhez adott konstrukcióban 0,32 pm tükörtávolságváltozás tartozik, meghatározó, hogy a kívánt 50 MHz-es frekvenciatartás elérése érdekében, mely a módustávolságból adódik, a teljes szabályzási tartományban a lézercső hőmérsékletét T - 0,014 °C-on belül kell tartani. Ennek érdekében az 1. ábrán feltüntetett 3 fűtés és a 4 hőmérő szorosan az 1 lézer burkolatára van szerelve. Az ezeket körülvevő 2 hőkiegyenlítő szoros hőcsatolásban van az 1 lézerrel, továbbá egyenletessé teszi a külső zavaró hatásokat. Az 1. ábra szerinti 1 lézer és a rászerelt hőkiegyenlítő hőtehetetlenségét figyelembe vevő időállandó mellett a rendszer összes többi időállandója elhanyagolható. így a rendszer többi eleme energiatároló-mentes, tisztán arányos taggal vehető figyelembe. A szabályozás ún. értéktartó „0” típusú szabályozás. A szabályozás működését a 2. ábrán látható elvi hatásvázlat alapján tovább részletezzük. A 4 hőmérőről származó Uv visszacsatolt feszültség és az 5.1 referenciafeszültség-adóval előállított Uref referenciafeszültség különbségét az 5.2 különbségi erősítő és az 5.3 beavatkozóegység az Ae arányossági tényezővel a P kimenő teljesítménnyé alakítja át, ami á 3 fűtésre kerül. A P kimenő teljesítményhez hozzáadódik az 1 lézerben felszabaduló Pl belső teljesítmény, amelyek összege okozza az 1 lézer 0 hőmérsékletváltozását. A két teljesítmény összegéből az adott konstukcióra önmagában ismert módon meghatározható az 1 lézer 0 hőmérsékletváltozása: 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3
