Самофильтрующий неустойчивый резонатор в технологических CO2-лазерах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.05, кандидат технических наук Шулятьев, Виктор Борисович

• Шулятьев, Виктор Борисович
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шулятьев, Виктор Борисович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПУЧКА СФР.

§ 1.1. Расходимость и качество лазерного излучения.

§ 1.2. Самофильтрующий резонатор - схема и основные свойства.

§1.3. Методы численного расчёта характеристик резонатора.

§ 1.4. Характеристики пучка СФР.

§ 1.5. Выбор размеров зеркал резонатора.

ГЛАВА 2. ОПТИМАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СФР В УСЛОВИЯХ

МОЩНОГО НЕПРЕРЫВНОГО С02-ЛАЗЕРА.

§ 2.1. Об эффективности преобразования энергии в лазерном резонаторе.

§ 2.2. Область рабочих параметров СФР.

ГЛАВА 3. СФР В МОЩНОМ НЕПРЕРЫВНОМ С02-ЛАЗЕРЕ.

§ 3.1. Устройство технологических СОг-лазеров ЛОК.

§ 3.2. Средства и методы измерений.

§ 3.3. Мощность излучения.

§ 3.4. Расходимость и качество излучения.

§ 3.5. Максимальная мощность непрерывных СОг-лазеров с СФР.

ГЛАВА 4. РЕЗКА МЕТАЛЛОВ ИЗЛУЧЕНИЕМ С02-ЛАЗЕРА С СФР.

§ 4.1. Особенности лазерной резки металлов.

§ 4.2. Технологические комплексы для резки на основе СОг-лазера с СФР.

§ 4.3.Скорость резки и качество реза.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Самофильтрующий неустойчивый резонатор в технологических CO2-лазерах»

Функциями оптического резонатора в лазере являются преобразование энергии активной среды в энергию когерентного излучения и формирование пространственной структуры лазерного пучка. Кроме того, в резонаторе могут находиться элементы, для управления спектральными, временными и поляризационными характеристиками излучения - дифракционные решетки, призмы, затворы, поглощающие ячейки, анизотропные элементы.

Идеи об использовании в лазерах открытого оптического резонатора впервые высказаны в работах A.M. Прохорова [121], а также Шавлова и Таунса [122]. В качестве резонатора предложено было использовать простейшую систему из двух расположенных друг напротив друга зеркал, причем, размер зеркал и расстояние между ними намного превышают длину волны излучения. Такой резонатор обладает на оптической частоте значительно лучшими селективными свойствами, чем объемный. В то же время, потери энергии, связанные с дифракцией излучения на зеркалах, имеют приемлемую величину. В работе Фокса и Ли [123] было показано существование в таком резонаторе устойчивых самовоспроизводящихся распределений поля - мод, рассчитаны характеристики мод. В шестидесятых годах двадцатого века была в основном построена: теория пустых идеальных резонаторов [4, 124]: В конце шестидесятых - начале семидесятых годов после выхода работы А. Сигмена [125] активно исследовались неустойчивые резонаторы, нашедшие применение в лазерах с большим поперечным сечением и сравнительно большим усилением активной среды. В настоящее время существуют десятки различных разновидностей лазерных резонаторов. Это связано, с одной стороны, с многообразием лазерных активных сред, с другой стороны - с многообразием применений лазеров и, соответственно, с разными требованиям к характеристикам лазерного излучения. Результаты теории и практики применения резонаторов изложены в [ 4, 6, 61, 95, 124].

Остановимся более подробно на мощных лазерах с большим объемом активной среды, к которым относятся и технологические лазеры, т.е., лазеры, применяемые для обработки материалов - резки, сварки, поверхностного термоупрочнения, наплавки, гравировки и т.д. Мощность технологических лазеров имеет величину от сотен ватт до десятков киловатт. Важнейшей характеристикой технологического лазера является и расходимость излучения.

Большинство среди технологических лазеров составляют СОг-лазеры с давлением газовой смеси до 100 мм.рт.ст. и непрерывной накачкой. Активная среда в этом случае является достаточно однородной, и расходимость излучения решающим образом зависит от типа и параметров оптического резонатора. При лазерной обработке на материал воздействуют сфокусированным пучком. Размер d фокального пятна при безаберрационной фокусировке определяется соотношением d = OF, 0 - расходимость излучения, F - фокусное расстояние линзы или зеркала. Расходимость определяет вместе с мощностью интенсивность излучения на поверхности материала - основной, параметр лазерной обработки. Важной является и форма распределения интенсивности в фокальном пятне, которая также зависит от модового состава резонатора.

Рассмотрим связь между модовым составом резонатора и технологическими возможностями лазера на примере ССЬ-лазеров, генерирующих в настоящее время максимальную мощность и составляющих большинство среди применяемых в промышленности: технологических лазеров. В появившихся г в семидесятых, годах СО2-лазерах мощностью — 1 кВт использовался простейший двухзеркальный устойчивый резонатор. В большинстве лазеров резонатор является многопроходным - содержит плоские зеркала для изменения направления луча, но промежуточные плоские зеркала не оказывают влияния на модовый состав резонатора. Как известно, модовыми конфигурациями устойчивого резонатора являются Эрмит-Гауссовы или Лагерр-гауссовы пучки [4]. В зависимости от числа Френеля N резонатора генерация происходит на низшей моде или на нескольких модах. Наименьшую расходимость при данном поперечном размере или наивысшее качество имеет гауссов пучок, соответствующий низшей ТЕМоо моде. С ростом поперечных индексов моды качество пучка ухудшается, следовательно, возрастает размер пятна, в которое может быть сфокусирован пучок при данном F/D, D - диаметр пучка на линзе. В зависимости от модового состава характеристики фокального пятна будут различными, соответственно, разными будут и условия нагрева материала.

Наиболее жесткие требования к качеству пучка предъявляет и лазерная резка [136, 140-141]- плотность мощности в фокальном пятне должна иметь величину 106. .107 Вт/см2 в непрерывном режиме, диаметр пятна должен быть 0,1.0,2 мм. Как показали эксперименты и практика лазерной резки, высокое качество реза может быть достигнуто в том случае, если генерация происходит на ТЕМоо или TEMoi* модах. При генерации на модах более высокого порядка качество и скорость резки существенно ухудшаются, и многомодовые лазеры для резки практически не используются. Важной является и форма распределения интенсивности в поперечном сечении сфокусированного пучка, распределение должно быть «компактным» - содержание энергии в периферийной области с низкой интенсивностью должно быт небольшим. По этой причине в лазерах для резки не используется неустойчивый резонатор из полностью отражающих зеркал. В дальней зоне пучок лазера с неустойчивым резонатором имеет характерную дифракционную структуру с побочными максимумами, содержащими значительную долю мощности пучка. Поверхностная обработка (термоупрочнение, наплавка) ведется при плотности мощности 104.105 Вт/см2, для этих технологий подходящим является многомодовый пучок. Распределение интенсивности в многомодовом пучке более равномерно по сравнению с гауссовым, это способствует созданию однородной закаленной зоны. Условия сварки близки к условиям резки, но являются менее жесткими: с / Л плотность мощности - 5*10 .5*10 Вт/см , форма распределения интенсивности имеет меньшее значение. Важным параметром для всех трех технологий является скорость обработки, которая прямо связана с мощностью излучения. Кроме того, при повышении мощности растет максимальная толщина разрезаемых листов при резке и максимальная глубина проплавления при сварке.

Наибольшая потребность существовала и продолжает существовать в мощных лазерах с высоким качеством излучения. Во-первых, наиболее распространенным видом лазерной обработки является резка, требующая излучение высокого качества. Во-вторых, лазер с качеством излучения на уровне ТЕМоо моды универсален - он обеспечивает качественную резку и сварку, в то же время, распределение интенсивности в фокальном пятне может быть преобразовано внешними устройствами в более равномерное для поверхностной обработки. Таким образом, при получении уже первого опыта практического применения технологических лазеров сформировалось основное направление их совершенствования - повышение мощности при сохранении высокого качества пучка.

Присущее устойчивому резонатору ограничение хорошо известно [4] - для дискриминации высших мод по потерям и поддержания генерации только на ТЕМоо моде число Френеля N резонатора не должно превышать величины приблизительно равной 1. л

Это ограничивает объем V моды и мощность излучения, поскольку V ~ NA.L , L -расстояние между концевыми зеркалами резонатора. Например,. при длине резонатора 8.05 м СС>2-лазер фирмы Spectra Physics модель 820 [1] имел при генерации на ТЕМоо моде мощность 1,5 кВт. Многомодовое же излучение, генерируемое при больших числах Френеля, непригодно для многих операций лазерной обработки. Существенно понизить расходимость излучения по сравнению с многомодовым устойчивым резонатором позволило применение в мощных СОг-лазерах неустойчивого резонатора [125, 4]. В неустойчивом резонаторе луч, запущенный в резонатор под малым углом к оси, при последовательных отражениях выходит за пределы апертуры зеркал. Оба зеркала резонатора могут быть полностью отражающими, излучение выводится из резонатора по периферии одного из зеркал. На практике наибольшее распространение получил телескопический резонатор, составленный из выпуклого и вогнутого сферических зеркал с общей фокальной точкой. В неустойчивом резонаторе эффективно подавляются высшие моды, выходной пучок имеет близкий к плоскому или сферическому волновой фронт даже при больших числах Френеля. На лазерах с неустойчивым резонатором были показаны хорошие результаты по сварке [127]. Однако, для резки качество пучка оказалось недостаточно высоким. Во-первых, выходной пучок имеет в поперечном сечении форму кольца, и в дальней зоне (в фокальной плоскости линзы) наблюдается дифракционная картина с побочными максимумами, имеющими значительную интенсивность. Это искажает структуру, фокального пятна и увеличивает его эффективный размер. Кроме того, распределение интенсивности в поперечном сечении пучка внутри резонатора существенно отличается от гауссова, обладающего минимальной расходимостью. Поэтому выходной пучок имеет худшее по сравнению с ТЕМоо модой качество даже при больших увеличениях резонатора, когда относительный размер отверстия связи в выходном зеркале мал и эффекты дифракции на отверстии не велики [6]. По этой причине неустойчивый резонатор не нашел применения в лазерах для резки.

В настоящее время в абсолютном большинстве технологических лазеров всех ведущих мировых производителей, таких, как Trumpf, Rofin Sinar, PRC Laser, используется обычный устойчивый резонатор. При генерации на ТЕМоо моде (К ~ 0,6.0.9) мощность излучения не превышает 3.4 кВт [130, 131, 5], при мощности 8.10 кВт параметр качества имеет величину ~ 0.25 [129, 130], при мощности 30 кВт — 0,13 [120] - расходимость излучения уже на порядок больше предельной дифракционной.

В течении последних 10-15 лет было предложено несколько решений для повышения качества излучения мощных СОг-лазеров. Большинство из них основано на применении резонаторов с неоднородным полупрозрачным зеркалом. Исследовалось несколько разновидностей неустойчивых резонаторов с полупрозрачным зеркалом. Если отражение выходного зеркала имеет максимум в центре и уменьшается к краю,-а неотраженная часть излучения составляет выходной пучок, то при соответствующем выборе величины отражения в центре, закона его изменения и коэффициента увеличения резонатора генерируется пучок без пустой центральной области с гладким профилем интенсивности и с расходимостью, близкой к предельной дифракционной. Существует несколько разновидностей зеркал с неоднородным отражением. Зеркала с гауссовым или супергауссовым профилем имеют на прозрачной подложке диэлектрическое покрытие с толщиной, уменьшающейся от центра к краю зеркала [7-8, 10]. Об экспериментах по применению таких зеркал в технологических С02-лазерах сообщалось в [11, 119, 149]. Известно зеркало с неоднородным отражением, представляющее собой интерферометр Фабри - Перо с изменяющимися по радиусу зазором [12]. В непрерывных С02-лазерах мощностью более 1 кВт применялось зеркало, в котором коэффициент отражения меняется ступенчато - отражение имеет постоянную величину в центральной части и просветленную кольцевую область [13]. В [13] подбором толщин покрытия и подложки обеспечивалось выравнивание фазы в выходном пучке.

В [128] сообщается об использовании в мощном С02-лазере устойчивого резонатора с неоднородным полупрозрачным зеркалом - выходное зеркало имеет заданный коэффициент отражения в центральной части, а остальная часть зеркала просветлена. В лазере с таким резонатором достигнута мощность излучения 6,2 кВт, однако, в эксперименте наблюдалось ухудшение качества пучка при мощности излучения более 2 кВт, что авторы связывают с искажением в выходном зеркале.

В [14] в условиях непрерывкого С02-лазера мощностью около 1 кВт исследовался неустойчивый резонатор с однородным полупрозрачным зеркалом, что позволило повысить качество пучка по сравнению с неустойчивым резонатором с полностью отражающими зеркалами. Для уменьшения вредных дифракционных потерь резонатор имел увеличение, близкое к единице. Резонатор с малым увеличением имеет, как известно [4], высокую чувствительность к аберрациям, кроме того, остается возможность искажений пучка в полупрозрачном зеркале.

В настоящее время в промышленных технологических С02-лазерах применяется резонатор с неосевым выводом излучения-из полностью отражающих зеркал, устойчивый по одной поперечной координате и неустойчивый по другой, т.н. устойчиво-неустойчивый резонатор [131, 138]. В [129] устойчиво-неустойчивый резонатор применен в т.н. слэб лазерах с диффузионным охлаждением активной среды, лазеры генерируют мощность до 6 кВт при величине параметра качества 0,9. Устойчиво-неустойчивый резонатор применен также в С02-лазере с конвективным охлаждением активной среды и с поперечным потоком газа, где достигнута мощность излучения 6 кВт [131] Однако, эта схема также имеет свои ограничения. Резонатор плохо согласуется с активной средой, имеющей осевую симметрию. Выходной луч имеет в поперечном сечении форму прямоугольника, что не всегда приемлемо без дополнительных преобразований пучка. Для обеспечения неосевого вывода применяются цилиндрические зеркала, более сложные в изготовлении и дорогостоящие по сравнению со сферическими. . В слэб лазерах для обеспечения круговой симметрии пучка применяется внерезонаторная пространственная фильтрация. При фильтрации теряется мощность излучения. Кроме того, надежная техническая реализация пространственной фильтрации на высокой мощности является сложной задачей и при мощности ~ 10 кВт, как минимум, значительно усложнит лазерную установку. Достоинством устойчиво-неустойчивого резонатора является отсутствие проходных оптических элементов. В то же время, из-за перечисленных особенностей применение устойчиво-неустойчивого резонатора нельзя считать универсальным решением генерации излучения с высоким качеством в мощных лазерах.

Цель работы - разработать оптический резонатор технологического СОг-лазера для генерации излучения с высоким качеством при уровне мощности 5 и более кВт.

Требование к резонатору мощного технологического лазера можно сформулировать следующим образом:

- высокое качество пучка при числе Френеля значительно превышающем 1; высокая эффективность преобразования энергии; простота конструкции;

- высокая лучевая стойкость оптических элементов

- низкая чувствительность к аберрациям.

В качестве объекта исследования выбран самофильтрующий резонатор [3]. Схема была предложена авторами P.G. Gobbi и G. Reali в 1984 году - за два года до начала настоящей работы. Резонатор отличается простотой конструкции, в нем отсутствуют проходные оптические элементы. К началу работы были опубликованы результаты экспериментов с самофильтрующим резонатором (СФР) в импульсных Nd:YAG [16], XeCl [18 ,37] и СОг-лазерах [17]. Сообщалось о высокой стабильности характеристик излучения. Была продемонстрирована возможность генерации пучка с высоким качеством и большей по сравнению с устойчивым резонатором мощности в лазерах с большим усилением активной среды. Возможность же эффективного использования СФР в лазерах с умеренным усилением, к которым принадлежат непрерывные СОг-лазеры, была неизвестной. Имевшихся теоретических и экспериментальных результатов было недостаточно для определения такой возможности и, тем более, для обоснованного выбора параметров при разработках. В выходном пучке СФР распределение поля низшей моды близко к гауссову за исключением приосевой области, которая не заполнена излучением. По этой причине распределение интенсивности в дальней зоне имеет характерную дифракционную структуру, детали которой определяются параметрами резонатора. Применимость такого пучка для резки также была неизвестна. Задачи работы формулируются следующим образом.

• Исследование возможности использования в непрерывном СОг-лазере самофильтрующего резонатора для повышения мощности излучения по отношению к устойчивому резонатору при сохранении качества пучка на уровне

ТЕМоо моды.

• Определение оптимальной области рабочих параметров СФР в условиях мощного

СОг-лазера

• Экспериментальное определение характеристики излучения СО2-лазеров с СФР.

Оценка диапазона мощности излучения, в котором СФР может эффективно использоваться.

Исследование характеристик реза металлических листов излучением СОг-лазера с

СФНР.

В работе получены следующие новые результаты.

1. Впервые в технологическом СОг-лазере применен самофильтрующий резонатор для повышения качества пучка. . Разработана конструкция и определена область рабочих параметров резонатора в условиях непрерывного СОг-лазера мощностью 1. 8 кВт при качестве пучка близком к ТЕМоо моде.

2. Экспериментально определены энергетические характеристики и качество излучения технологических СОг-лазеров с СФР. На основе полученных удельных характеристик сделаны оценки мощности, которая может быть достигнута в проточных электроразрядных лазерах с СФР.

3. Определена перспективность применения СОг-лазера с самофильтрующим резонатором в технологиях обработки материалов на примере лазерной резки. Впервые экспериментально продемонстрирована возможность качественной резки стальных листов толщиной до 20 мм излучением лазера с СФР.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Самофильтрующий неустойчивый резонатор позволяет генерировать в непрерывном электроразрядном СОг-лазере мощностью 1.8 кВт излучение, близкое по качеству к ТЕМоо моде устойчивого резонатора при эффективности преобразования энергии на уровне неустойчивого телескопического резонатора.

2. СФР может обеспечивать в непрерывном электроразрядном проточном СОг-лазере мощность излучения с единицы длины резонатора приблизительно в три раза большую, чем устойчивый резонатор при генерации на ТЕМоо моде и при близких параметрах системы возбуждения.

3. СОг-лазер с самофильтрующим резонатором позволяет производить резку сталей с основными показателями качества реза и с удельными энергозатратами не хуже, чем лазер с устойчивым резонатором при генерации на низших модах.

Материалы диссертации опубликованы в работах [68-72, 74, 78 , 132-134, 145-148]. Основные результаты работы докладывались на Всесоюзной конференции «Применение лазеров в народном хозяйстве», Шатура, 1989 г.; Российской национальной конференции «Технологические лазеры и лазерная обработка материалов», Шатура, 1993 г; VII Международной конференции «Лазерные и лазерно-информационные технологии: фундаментальные проблемы и приложения», Владимир, 2001 г.; XIII International Symposium on Gas Flow and Chemical Lasers and High Power Laser Conference, Florence, Italy, 2000; XI International Conference on Laser Optics, S-Petersburg, 30 June-4 July, 2003; XV International Symposium on Gas Flow and Chemical Lasers and High Power Laser Conference, Prague, 30 August - 3 September 2004; XII International Conference on the Method of Aerophysical Research. , Novosibirsk, Russia, 23 June-3 July 2004; на 5 международной конференции «Лазерные технологии и средства их реализации», Санкт-Петербург, 2003; V Международном семинаре «Применение лазеров в науке и технике», Новосибирск, 1992; Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов ИТПМ, Новосибирск, 1988.

Личный вклад автора в получение представленных в работе результатов является определяющим, включая выбор способа достижения сформулированной в работе цели, планирование и проведение расчетов и экспериментов или непосредственное в них участие, разработку принципиальных технических решений конструкций резонаторов. Автор принимал непосредственное участие в создании экспериментальных установок и в формулировке целей и задач работы.

Результаты позволяют создавать мощные СОг-лазеры с высоким качеством излучения на основе простых по конструкции резонаторов из полностью отражающих зеркал. Результаты использованы при создании в ИТПМ СО РАН технологических СО2-лазеров мощностью от 1,5 до 8 кВт и на их основе автоматизированных комплексов для резки листовых материалов. Комплекс на основе лазера мощностью 1,5 кВт для резки электротехнической стали установлен в НПО «ЭЛСИБ» в 2001 году. В 2002 году в ОАО «Новосибирский завод химконцентратов» установлен комплекс мощностью 5 кВт для вырезки деталей из коррозионно-стойких сталей для атомной промышленности. На комплексе производится, также, резка углеродистых и низколегированных сталей, диэлектриков, композиционных материалов. Комплекс на основе лазера мощностью до 8 кВт создан для «ОКБ лазерной техники» при СО РАН. На комплексе ведутся исследования и разработки по лазерной технологии, в частности, произведена резка титановых пластин толщиной 30 мм. На предприятии «СибЛазер» СОг-лазеры мощностью

1.3 кВт с СФР входят в состав комплексов, использующихся для резки широкого круга металлических и неметаллических материалов.

Выполнение настоящей работы было бы невозможно без существующей в ИТПМ СО РАН экспериментальной базы — мощных СОг-лазеров и технологических комплексов на их основе. Автор глубоко благодарен их создателям — А.И Иванченко и А.М Оришичу. Автор благодарит соавторов научных публикаций и весь коллектив лаборатории №3 «Лазерные технологии» ИТПМ СО РАН за сотрудничество.

Заключение диссертации по теме «Оптика», Шулятьев, Виктор Борисович

Основные результаты и выводы.

1. Расчетным путем определены пространственные характеристики выходного пучка самофильтрующего резонатора.

2. Определены увеличение резонатора и поперечные размеры зеркал, оптимальные для генерации излучениях высоким качеством в мощном непрерывном СОг-лазере.

3. Разработаны и применены в технологических СОг-лазерах с поперечным потоком резонаторы на основе СФР. Измеренный параметр качества пучка равен 0,66 при числе Френеля 6,1.

4. Впервые произведена генерация пучка с качеством ТЕМоо моды при мощности излучения 8 кВт.

5. Показано, что возможным является создание непрерывных СОг-лазеров с СФР уровня мощности до 15 кВт при значениях параметров резонатора, обеспечивающих высокое качество излучения.

6. Впервые произведена резка стальных листов толщиной до 20 мм излучением лазера с СФР. Показано, что по основным показателям качества реза и удельной энергии резки СФР близок к устойчивому резонатору. Произведена резка титановых пластин толщиной 30 мм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шулятьев, Виктор Борисович, 2005 год

1. Технологические лазеры. Справочник. Ред. Г.А. Абильсиитов. Т. 1. М.: Машиностроение, 1991.

2. Дж. Реди. Промышленные применения лазеров. М.: Мир, 1981.

3. P.G. Gobbi, G. Reali. Stable telescopic resonators, unstable resonators and new cavity designs applied to high energy laser engineering // Proc. SPIE.- 1984.- V. 492.- P. 68.

4. Ю.А. Ананьев. Оптические резонаторы и проблема расходимости лазерного излучения. М.: Наука, 1979.

5. К. Yasui, И. Kuzumoto, S. Ogawa, V. Tanaka, S. Yagi. Silent-discharge exited TEMoo 2,5 kW C02 laser // IEEE J. Quant Electron.- 1989.- V: 25,- N 4,- P. 836.

6. N. Hodgson, H. Weber. Optische resonatoren. Springer-Verlag, 1991.

7. D.V. Willets, И. R. Harris. Output characteristics of a compact 1 J C02-laser with a gaussian reflectivity resonator // IEEE J. Quant, electron.- 1988,- V. 24,- N 6.- P.-849.

8. K.J. Snell, N. McCarthy, M. Piche, P. Lavigne. Single transverse mode oscillations from an unstable resonator Nd:YAG laser using a variable reflectivity mirror // Optics comms.-1988.- V. 65.- N 5,- P. 377.

9. S. De Silvestri, P. Laporta, V. Magni, O. Svelto. Unstable laser resonators with super-Gaussian mirrors // Opt. lett.-1988.- V. 13.- N 3.- P. 201.

10. P. Lavigne, N. McCarthy, A. Parent, K.J. Snell. Laser mode control with variable reflectivity mirrors. Canadian J. Phys.-1988.- V. 66.- N 10.- P. 888.

11. P. Sona, P. Muys, C. Sherman, Ch. Leys. High-power fast-axial-flow СОг-laser with a variable-reflectivity output coupler //Opt.lett,- 1990,- V.15.- N 24,- P. 1452.

12. S. De Silvestri, P. Laporta, V. Magni. Laser output coupler based on a radially variable interferometer // J. Opt. Soc. Am. A. 1987.- V. 4.- N 8,- P. 143.

13. K. Yasui, S. Tanaka, S. Yagi. Unstable resonator with phase-unifying coupler for high power lasers // Appl. Phys. Lett.- 1988.- V.52.- N. 7,- P. 530.

14. П.А. Михеев, В.Д. Николаев, А.А. Шепеленко. Неустойчивый резонатор о полупрозрачным выходным зеркалом для быстропроточного С02-лазера // Квант, электроника,- 1992.-Т. 12,- N 5.- С. 456.

15. P.O. Gobbi, G.C. Reali. A novel unstable resonator configuration with a self filtering aperture // Opt. comms.-1964.- V. 52.- N 3.- P. 195.

16. A. Luches, V. Nassisi, M.R. Perrone. Experimental characterisation of a self-filtering unstable resonator applied to a short pulse XeCl laser // Appl. Opt.-1989,- V. 28.-N 11.- P. 2047.

17. B.K. Голов, А.И. Иванченко, B.B. Крашенинников, А.Г. Пономаренко, А.А.1.'

18. Шепеленко, В.Б. Шулятьев. Технологический СОг-лазер мощностью 2,5 кВт // Изв. СО АН СССР, сер. техн.-1986,- N 10,- вып. 2.- С. 87.

19. Г. Хирд. Измерение лазерных параметров. М.: Мир, 1970.

20. А.А. Шепеленко, В.Б. Шулятьев. Измерение расходимости излучения СОг-лазеров//ПТЭ,-N 5.- С. 157.-1985.

21. S. De Silvestri, V. Magni, 0. Svelto, G. Valentini. Lasers with super gaussian mirrors // IEEE J. Quant. Electron.-1990.- V. 26,- N 9.- P. 1500.

22. А.И. Иванченко, В.В. Крашенинников, А.А. Шепеленко, В.Б. Шулятьев. ^ Калориметрический преобразователь средней мощности лазерногоизлучения. Авторское свидетельство N 1226969

23. Г.В. Креопалова, Н.А. Лазарева, Д.Т. Пуряев. Оптические измерения. М.: Машиностроение, 1987.

24. А.Н. Громов, В.Б. Шулятьев. Измеритель радиусов кривизны отражающих поверхностей // ПТЭ.- 1987.- N 2.- С. 212.

25. Н. Kogelnik, Т. Li. Laser beams and resonators // Proc. IEEE.-1966.- V. 54.- N 10,- P. 1312.

26. A.E. Siegman. Unstable optical resonators for laser applications // Proc. 1ЕЕЕ,-1965.- V. 53.- P. 277.

27. A.E. Siegman, R. Arrathoon. Modes in unstable optical resonators and lens waveguides // IEEE J. quant, electron.-1967.- V. QE-З,- N 4.- P. 156.

28. Ю.А. Ананьев, В.E. Шерстобитов. Влияние краевых эффектов на свойства неустойчивых резонаторов // В об.: Квантовая электроника, ред. Н.Г. Басов,-1971.-N 3,-С. 82.

29. Т. Takhasaki, К. Kakisaki, N. Sasaki, J. Sakuma. 10 kW СОг-laser for material processing // Proc. SPIE.- 1986,- V. 610.-P. 50.

30. R. Hauok, N. Hodgson, H. Weber. Losses and mode structure of unstable resonators with spherical mirrors // J. Appl. Phys.-1988,- V. 63.- N 3.- P. 628.

31. P.G. Gobbi, G.C. Reali. Numerical study of a self filtering unstable resonator // Proc. SPIE.- 1985,- V. 540,- P. 119.

32. P.G. Gobbi, G.G. Reali. Mode analysis of a gaussian transmission aperture // Opt. comms.- 1986.- V. 57.- N 5,- P. 355.

33. P. Di Lazzaro, T. Hermsen, T. Letardi, G.E. Zheng. Self-filtering unstable resonator: an approximate analytical model with comparison to computed and XeCl laser experimental results // Opt. comms.- 1987,- V. 61.- N 6.- P. 393.

34. A. Parent, N. McCarthy, P. Lavigne. Effects of hard apertures on mode properties of resonators with gaussian reflectivity mirrors // IEEE J. quant, electron.- 1987.- V. QE-23.- N 2.-P. 222.

35. A. Grekelberger. New developments of C02-high power lasers in multi-kilowatt range and their industrial production // Proc. SPIE,- 1986.- V. 610,- P. 24.

36. A.G. Fox, T. Li. Resonant modes In maser interferometer // Bell syst. techn. J.-1961,- V. 40.- 453.

37. D.B. Rench, A.N. Chester. Iterative diffraction calculations of transverse mode distributions In confocal unstable laser resonators // Appl. Opt.- 1973.- V. 12.- N 15,-P. 997.

38. A.B. Siegman, Е.А. Szikals. Mode calculations in unstable resonators with flowing saturable gain. 1: Hermite-Gaussian expansion// Appl. Opt.- 1974.- V. 13.- N 12.-P. 2775; 2: Fast fourier transform method // Appl. Opt.- 1975,- V. 14.- P. 1875.

39. Г.В. Гадияк, A.JI. Добривокий, K.A. Насыров. Математическое моделирование и оптимизация проточных газоразрядных С02 лазеров.-Новосибирск, 1988.- 48 с,- (Препринт/АН СССР, Сиб. отд-ние, Ин-т теорет. и прикл. механики; N 24-88).

40. М. Борн, Э. Вольф. Основы оптики,- М.: Наука, 1970.

41. А. Мейтленд, М. Дан. Введение в физику лазеров. М.: Наука, 1978.

42. А.Е. Siegman, H.Y. Miller. Unstable optical resonator loss calculations using the Prony method // Appl. Opt.- 1970,- V. 9.- N 12.- P. 2729.

43. А.Е. Булышев, Ю.А. Ведерников, Н.Г. Преображенский. К расчётухарактеристик лазерного резонатора // Квант, электрон.- 1980.-Т. 7.- N 5.- С. 1093.

44. Г.И. Марчук. Методы вычислительной физики. Новосибирск.: Наука, 1973.

45. Ю.А. Ананьев, С.Г. Аникичев, А.В. Горланов. Эффекты краевой дифракции и насыщения усиления в линейном неустойчивом резонаторе с пространственной фильтрацией излучения // Опт. и спектр.- 1988.- Т. 64,- В. 4.- С. 957.

46. Справочник по специальным функциям. Ред. М. Абрамович, И. Стиган. М.: Наука, 1979.

47. К.Е. Oughstun. Unstable resonator modes // Progress in Optics .- Elsever science publishers B.V., 1987,- V. 24,- P. 165.

48. E. Armandillo, A.S. Kay. Modelling of transverse-flow CW C02-lasers: theory and experiment//J. phys. D: Appl. phys.-1980.- V. 13.- P. 321.

49. Г.В. Гадияк, А.Л. Добривский, K.A. Насыров. Численный расчёт выходного излучения проточного газоразрядного СОг- лазера по измеренному полю ненасыщенного коэффициента усиления. Квант, электрон.- 1989,-Т. 16.- N 6.-С. 1149.

50. В.А. Шангин, A.M. Райцин, И.И. Шангина. Измерение энергетической расходимости лазерных пучков // Измерит, техника,- 1983.- N 3.- С. 38.

51. A.S. Кауе, A. Delph, Е. Hanly, С. Nicholson. A new 10 kW industrial carbon dioxide laser // Gas flow and chemicallasers, 4th Int. symp., Stresa, 1982.

52. Ю.А. Ананьев. О выборе лазерного резонатора // Квант, электрон.- 1989.- Т. 16,- С. 2107.

53. W.F. Rrupke, W.R. Sooy. Properties of an unstable confocal resonator СОг-laser system // IEEE J. Quant. Electron.- 1969.-V. QE-5.- P. 575.

54. A.H. Ораевский. Гауссовы пучки и оптические резонаторы // Труды ФИАН.-М.: Наука, 1988.-т. 184.-С. 3.

55. В.И. Купренюк, С.И. Клементьев, Н.В. Марусяк и др. Исследование активной среды и характеристик излучения СОг- лазера замкнутого цикла // Опт,- мех. пром-ть.- 1984.- N 2.-С. 8.

56. J.P. Sercel. Matrix overview of medium-to high-power СОг-lasers // Proc. SPIE.-1987.- V. 737,- P. 59.

57. W. Triebel, E. Ose, G. Michel, A. Petrioh. Experimental and theoretical investigation of a transverse flow cw СОг-laser // Proc. SPIE.- 1968.- V. 1031.- G. 41.

58. И.А. Турыгин. Прикладная оптика. M.:% Машиностроение, 1966.

59. М.Г. Галушкин, B.C. Голубев, A.M. Забелин, В.Я. Панченко. Светоиндуцированные мелкомасштабные оптические неоднородности активной среды непрерывных СОг- лазеров // Изв. АН СССР. Сер. физ.-1992.- Т. 56,- N8,- С. 199.

60. B.C. Голубев, М.Г. Галушкин, A.M. Забелин, В.Я. Панченко. Сильная нелинейность в усиливающей среде и особенности её проявления в технологических СОг- лазерах // Изв. АН СССР. Сер. физ.- 1989,- Т. 53,- N 6,-С. 1136.

61. A.JI, Смирнов, В.Б. Шулятьев. Численное и экспериментальное исследование самофильтрующего неустойчивого резонатора применительно к проточному

62. С02 лазеру // Моделирование в механике. Сб. науч. трудов. ИТПМ СО АН СССР.- 1988,- Т. 2,- N 6,- С. 115.

63. А.И. Иванченко, В.В. Крашенинников, А.Г. Пономаренко, В.Б. Шулятьев. Самюфильтрующий резонатор в С02- лазере непрерывного действия // Квант, электроника.- 1989,- Т. 16,- N 2,- С. 305.

64. Г.Н. Грачёв, А.И. Иванченко, A.JI. Смирнов, В.Б. Шулятьев. Неустойчивый резонатор с пространственной фильтрацией излучения в технологическом С02 лазере // Квант, электроника.- 1991,- Т. 18.- N I.- С. 131.

65. А.И. Иванченко, В.В. Крашенинников, А.Г. Пономаренко, В.Б. Шулятьев. Самофильтрующий неустойчивый резонатор для С02- лазера // Тезисы докл. НГВсесоюз. конф. "Применение лазеров в народном хозяйстве", г. Шатура,-1989,-С. 23.

66. А.И. Иванченко, В.В. Крашенинников, АЛ. Смирнов, В.Б. Шулятьев. Технологический С02- лазер мощностью 3 кВт с высоким качеством излучения // Материалы V Международ, семинара "Применение лазеров в науке и технике", г. Новосибирск.-1992.- С. 153.

67. G.N. Grachev, A.I. Ivanchenko, A.G. Ponomarenko, V.B. Shuljat'ev. 3 kW high, quality beam CW C02- laser with line tuning and Q-switched pulsing capabilities // Proceedings of the SPIE. V 2257.- P. 106.

68. А.И. Иванченко, В.В. Крашенинников, A.JI. Смирнов, В.Б. Шулятьев. Технологический С02- лазер мощностью 3 кВт с высоким качеством излучения // Квантовая электроника. 1994.- Т. 21.- N 7,- С. 643.

69. А. А. Шепеленко, В. Б. Шулятьев. Измерение расходимости излучения С02-лазеров // Приборы и техника эксперимента,-1985,- N Б.- С. 157.

70. А.Н. Громов, В.Б. Шулятьев. Измеритель радиусов кривизны отражающих поверхностей // Приборы и техника эксперимента.- 1987.- N 2,- С. 66.

71. А.И. Иванченко, А.А. Шепеленко. Устройство для измерения распределения интенсивности излучения // Авторское свидетельство СССР № 646774.- 1977.

72. Патент РФ N 1702842. Проточный газовый лазер А.И Иванченко, В.Б. Шулятьев.

73. G.V. Gadiyak, A.L. Dobrivskii, К.А. Nasirov. An application of multlpassed self-filtering unstable resonator in high power gas-discharge C02-laser // "Lasers and their applications", IV National conference, Plovdiv, Bulgaria. Abstracts.- 1990.- P. 26.

74. Ю.П. Райзер. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987.

75. D.C. Smith, М.С. Fowler. Ignition and maintenance of a CW plasma in atmospheric-pressure air with C02 laser radiation // Appl. Phys. Lett.- 1973.- V. 22,-N 10,- P. 500.

76. И.О. Fowler, D.C. Smith. Ignition and maintenance of subsonic plasma waves in atmospheric pressure air by CW C02-laser radiatin and their effect on laser propagation// J. Appl. Phys.- 1975.- V. 46.- N.I.- P. 138.

77. C.C. Воронцов, Г.Н. Грачёв, А.Г. Пономаренко, В.Б. Шулятьев. Мощный непрерывный СОг- лазер с быстрой перестройкой частоты для зондирования атмосферы // Тезисы докл. V Совещания по атмосферной оптике, г. Томок,-1991.- С. 112.

78. Г.Н. Грачёв, А.И. Иванченко, В.В. Лебедев, А.Г. Пономаренко, С.А. Стоянов,

79. B.Б. Шулятьев. Одночастотный непрерывный СОг- лазер мощностью 2,5 кВт // Тезисы докл. конф. Оптика лазеров 98, 21-25 июня, г. С,- Петербург.- 1993.-Часть1.-С. 132.

80. А.В. Елецкий, Б.М. Смирнов. Физические процессы в газовых лазерах. М.: Энергоатомиздат, 1985.

81. А. А. Веденов. Физика электроразрядных СОг- лазеров. М.: Энергоатомиздат, 1982.

82. C.Г. Аникичев, Е.Н. Котляков, В.Н. Прокашев. Зеркала со ступенчатым коэффициентом отражения для технологических лазеров // Тезисы докл.конф. Оптика лазеров 93, 21-25 июня, г. С,- Петербург.- 1993.- Часть I,- С. 258.

83. Н:А. Генералов, В,П. Зимаков, Н.Г. Соловьёв, М.Ю. Якимов. Применение аподизированных зеркал в резонаторах мощных технологических лазеров // Тезисы докл. конф. Оптика лазеров 93, 21-25 июня, г. С.- Петербург,- 1993,-Часть. I.-С. 277.

84. D.R. Akitt, H.J.J. Seguin, M.R. Gervenan, S.K. Nikumb. Electronic mode and power control of a high-power СОг- laser // IEEE j Quant. Electron.- 1990.- V. 26.-N8.-P. 1413.

85. J. Spalding, A.C. Selden, И. Hill, J. H. P. C. Megaw, B. A. Ward. High power C02- lasers//Proc. SPIE,- 1988,- V. 1031.-P.16.

86. Заявка N 4869735/10-098375, решение о выдаче патента от 31.01.92. Устройство юстировки зеркала лазерного резонатора / А.П. Голышев, В.Б. Шулятьев.

87. Ю.А. Ананьев, В.Е. Шерстобитов. Расчёт эффективности ОКГ с большими потерями на излучение // Квант, электроника. Сб. статей под ред. Н.Г.1. Басова.-1971.-N1.-С. 91.

88. D.P. Chernin. Optical extraction efficiency in lasers with high Fresnel number confocal unstable resonators // Applied Optics.- Vol. 18,- No. 21,- P. 3562.

89. Заявка на изобретение N 4869735/10-098375. Устройство юстировки зеркала лазерного резонатора. А.П. Голышев, В.Б. Шулятьев

90. Ананьев Ю.А., Егорова В.Ф., Мак А.А., Прилежаев Д.С., Седов Б.Mr О работе четырёхуровневого оптического квантового генератора. ЖЭТФ.- 1963,- Т. 44,- С. 1884.

91. Криксунов Л.З. Справочник по основам инфракрасной техники. М.: Советское радио, 1978.

92. Rigrod W. Gain saturation and output power of optical masers // J. Appl. Phys.-1963.-V.34.-P.2602.

93. G. Sliwinskl at al. Investigation of a high-power transverse-flow СОг-laser II Proc. SPIE.- 1988.- V.1031.-P.216.

94. K. Yasuoka at al. Characteristics and applications of new electrode system for high power C02-laser // Pros. SPIE.-1987.- V.737,- P.52.

95. Ананьев Ю.А., Ковальчук Л.В., Трусов В.П. Методика расчёта эффективности лазеров с неустойчивыми резонаторами //Квантовая электроника,- 1974,- T.I.-С. 1201.

96. Виттеман В. С02- лазер. М.: Мир, 1990, С. 79.

97. Новосибирск, 1987.- 125 с.

98. N.A. Generalov, M.I. Gorbulenko, N.G. Solov'yov, M.Yu. Yakimov, V.P. Zimakov. High-power industrial СОг-lasers excited by a nonself-sustained glow discharge/

99. A.M. Прохоров. О молекулярном усилителе и генераторе на субмиллиметровых волнах.// ЖЭТФ.- 1958,- т. 34.- с. 1658.

100. A.L. Shawlow, C.N. Townes. Infrared and optical masers//Phys. Rev.- 1958.- V. 112.- P. 1940.

101. A.G. Fox, T. Li. Resonant modes in a maser interferometer//Bell Syst. Techn. J.-1961.-V.40:-P. 453.

102. H. Kogelnik, T. Li. Laser Beams and Resonators// Proc. IEEE.- 1966.- V. 54.- P. 1312.

103. A.E. Siegman. Unstable optical resonators for laser application. Proc// IEEE.-m 1965.-V.53.-P.277.

104. В.П. Быков, O.O. Силичев Лазерные резонаторы. М.: Физматлит, 2003

105. W. М. Steen. Laser Material Processing. Springer Verlag, 1991.

106. Y. Takenaka, J. Nishimae, M. Tanaka, Y. Motoki. Gauss-core resonator for high speed cutting of thin metal sheets // Optics Letters, 1997, V. 22,- N 1.- P. 37.

107. Технические данные лазеров Rofin-Sinar, http://www.rofin.com/home-e.htm.

108. Технические данные лазеров Trumpf, http://www.us.trumpf.com.

109. Galushkin M.G., Golubev V.S., Korotchenko A.V., Zabelin A.M. Physical and technical factors determining beam quality of high-power fast-transverse-flowш industrial lasers// Proc. SPIE.- 1996,- V. 3092.- P. 134.

110. А.Р. Golishev, A.I. Ivanchenko, A.M. Orishich, V.B. Shulyat'ev. Industrial C02lasers of power up to 10 kW with high quality radiation// Proc. SPIE.- 2001,- V. 4184.-P.414.

111. Ю.В. Афонин, А.П. Голышев, А.И. Иванченко, А.Н. Малов, A.M. Оришич, В.А. Печурин, В.Ф. Филев, В.Б. Шулятьев. Генерация излучения с качеством ТЕМоо моды в непрерывном С02- лазере мощностью 8 кВт// Квантовая электроника.- 2004,- Т. 31.- N 4. С.307-310.

112. Стандарт ISO/TS 172/SC 9/WG1

113. W. М. Steen. Laser Material Processing. Springer Verlag, 1991.

114. Г.А. Абильсиитов, Е.П. Велихов, B.C. Голубев, Ф.В. Лебедев. Перспективные схемы и методы накачки мощных С02- лазеров для технологии (обзор)//Квант. Электроника.- 1981,- Т. 8.- № 12,- С. 2517.

115. К. Du, J. Biesenbach, D. Ehrlichmann. Lasers for material processibg: specifications and trends// Optical and Quant. Electronics.- 1995.- V.27.- P. 1089.

116. J. Powell. C02- laser cutting. Springer-Verlag, 1998.

117. A.M. Оришич. Технология лазерной обработки материалов. В кн. Высокоэнергетические процессы обработки материалов, серия Низкотемпературная плазма, Новосибирск, Наука, 2000, С. 7 62.

118. A.M. Оришич и др. Лазерные технологии машиностроения. Новосибирск, Новосиб. Гос. Ун-т., 2004.

119. Н. Jorgenson, F.O. Olsen. Experimental Investigation of Relations Between Adjustable Process Parameters and Quality Parameters in C02-laser Cutting. Lasers in Engineering. Laser 91. Ed. W.W. Waidelich. Springer-Verlag, 1991.

120. Рекомендации по выбору фокусирующей ZnSe линзы фирмы II-VI, http://www.ii-vi.com/pages/res-determining.html144. http://prclaser.com/calculator.html.

121. V.M. Fomin, V.F. Folev, V.A. Pechurin, A.M. Orishich, A.P. Golyshev, A.N. Malov, Yu. V. Afonin, V.B. Shulyatiev. High power high beam quality industrial

122. C02-lasers and material processing systems. //XII International Conference on the

123. Method of Aerophysical Research. , Novosibirsk, Russia, 23 June-3 July 2004, Proceedings, Part III, Novosibirsk, Russia, 2004, P. 65-70.

124. A.P. Golyshev, A.N. Malov, A.M. Orishich, V.B. Shulyat'ev, V.A. Pechurin, V.F. Filev. Application of the high-power continuous-wave СОг-laser with self-filtering resonator to cutting of metal plates // Proc. SPIE Vol. 5777.

125. Yu.V. Afonin, V.F. Filev, A.I. Ivanchenko, A.P. Golyshev, A.N. Malov, A.M. Orishich, V.A. Pechurin, V.B. Shulyat'ev, E.G. Shikhalev. Automated laser technological complex for cutting with irradiation power of 8 kWt. Proc SPIE, V. 5479, P.164-169,2004.

126. M.B. Иващенко, А.И. Карапузиков, И.В. Шерстов. Формирование коротких импульсов излучения TEA СО2 лазера при использовании газовой смеси СО2-N2-H2 // Квантовая электроника. 2001.- Т. 31.- № 11.- С. 965-969.