Как это было. Газоразрядные лазеры.

4. Совершенствование, модернизация и улучшение параметров лазеров.

1971 – 1980 г.

Если в 1964 г. многие исследователи и разработчики систем хотели посмотреть и попробовать какой-нибудь газовый лазер, то к 1970 году любительская потребность в газовых лазерах в большинстве своем исчерпалась, а появилась необходимость в более надежных, долговечных и более стабильных по параметрам газовых лазерах.

Перед лазерным направлением института стояла задача увеличения количества конструкторско-технологических проектов, использующих современные достижения науки в области материаловедения, расширения количества и типов газовых лазеров, освоенных в серийном производстве, расширения числа работ по разработке устройств на основе лазеров, так как, прежде всего они являются индикаторами потребностей рынка и совершенствования, применяемых в устройствах приборов.

Решение этих задач при некотором насыщении главного корпуса людьми и оборудованием было возможно за счет не большого сокращения количества чисто физических поисковых НИР и переориентации разработчиков на смежные для них научно-технические проблемы на основе накопленного за 60-е годы экспериментального и конструкторско-технологического опыта.

4.1. Совершенствование структуры лазерного направления.

Увеличились разнообразие, объем и число работ, их сложность. Первые изменения структуры института произошли естественным образом уже в конце 60-х годов. Они продолжались и в начале 70-х. В 1971г. директором института назначен Косарев И.И., который оставался на этом посту до 1989г.

В 1973 г. технологическая группа преобразуется в технологическую лабораторию (начальник Киселева Л.И.).

Участки изготовления зеркал и обработки и полировки оптических изделий выводятся из лаборатории оптики и физики плазмы и лазеров, и образуется оптическая лаборатория (начальник Гурьев Т.Т.).

В 1976 г. в связи отъездом из Рязани Остапченко Е.П., переходом его на работу начальником ОКБ Львовского НПО «Полярон» и необходимостью более четкой координации разноплановых работ, улучшения оперативного управления ходом разработок и внедрения в институте создается отделение квантовой электроники. Начальником отделения назначается доктор физико-математических наук Степанов Вл. А. (бывший начальник лаборатории оптики и физики плазмы и лазеров). Образуется несколько отделов.

1978г. Руководители отделения квантовой электроники Красовский В.И., Доронин В.Г., Перебякин В.А., Пшеничников В.И., Ерофеев Ю.А., Дмитриев И.П., Назаров И.Д., Егоров А.Е., Губанов Г.Е., Степанов Вл.А.

Отдел 10. Разработки ионных лазеров на инертных газах и парах металлов и импульсных лазеров (начальник Москаленко В.Ф., а с 1983 года Ага В.И.);

Отдел 110. Разработки молекулярных и гелий неоновых лазеров непрерывного действия (сначала возглавлял Бельский Д.П., а с 1978 года Перебякин В.А.);

Отдел 40. Технологический отдел (начальник Назаров П.Д., а с 1983 года Дронов В.Н.);

Отдел 120. Применение лазеров и разработки источников питания и других средств обеспечения (начальник Алякишев С,А., с 1979 года Пшеничников В.И., а с 1982 года Ларшин А.С.). В 1982 году из состава отдела выделен

Отдел 220. Разработки источников питания и сред автоматического управления (начальник Полетаев Б.К.);

Отдел 160. Конструкторский отдел (начальник Ерофеев Ю.А.);

Отдел 170. Производственно-технологический (начальник Рыбин Ю.И.);

Отдел 210. Оптический отдел (начальник Гурьев Т.Т.)

В 1977 г. создаются дополнительно лаборатория измерительной техники (начальник Дмитриев И.П.), и лаборатория машинного проектирования газоразрядных лазеров (начальник Доронин В.Г.).

В 1980 г. в связи с переходом на другую работу, в Рязанский радиотехнический институт, Степанова Вл. А., начальником отдела квантовой электроники назначается ктн Самородов В.Г.

В 1983 году на базе отделения организован научно-производственный комплекс по разработке газовых лазеров во главе с Самородовым В.Г.

4.2. Гелий - неоновые лазеры.

Разработке и совершенствованию параметров гелий-неоновых лазеров способствовал комплекс проведенных в институте технологических работ.

Исследования эмиссионных свойств твердого тела обеспечили разработку в 1970 г. холодного катода (Беляев В.А.) на основе сплавов АМГ-6 с долговечностью 10 000 час., а в 1977 г. холодного катода (Ивлев А.М.) на основе сплава Д-16 с пленкой из окиси бериллия с долговечностью более 20 000 час.

В 1972 г. освоена технология лазерной заварки металлических поверхностей. В 1976 г. разработано оборудование и технология калибровки длинномерных капилляров (Кодылев А.М.). В 1976-77 г. начали использовать разработанные по нашему заданию, калиброванные длинномерные капилляры Саратовского стекольного завода.

В 1977 г. разработана высокопроизводительная технология откачки малогабаритных активных элементов с холодным катодом на карусельном полуавтомате (Кирсанов Н.Д., Шолина Т.С.) в 10 раз повышающая производительность труда откачников-вакуумщиков.

В 1977-80 г. разработана технология и оборудование для герметизации активных элементов с помощью лазерной заварки окон из оптического стекла ЛК-4 со стеклом С52-1 (Кодылев А.М., Трусов В.С., Косарев И.И.).

Наличие у разработчиков гелий-неоновых приборов холодного долговечного катода позволило осуществить модернизацию и замену гелий-неоновых лазеров с подогревными катодами на лазеры с холодными катодами и повысить их долговечность. Работы по повышению надежности, долговечности и сохраняемости этих лазеров возглавила Киселева Л.И.

В 1971 г. осуществляется модернизация, переход на холодные катоды, внешнюю цилиндрическую форму корпуса прибора и создается лазер ЛГ-75 (Седов Г.С., Базилев А.П.) с мощностью излучения 25 мВт и долговечностью 5000 часов взамен лазера ЛГ-34М.

В 1972 г. осуществляется замена малогабаритного лазера ЛГ-56 на лазер ЛГ-72 (Абрамов В.Я.) с мощностью излучения 2 мВт на длине волны 0,63 мк и долговечностью 5000 часов, разрабатываемого по заказу судостроителей для разметки посадочных мест валопроводов и при нивелировочных корпусных работах.

На базе активного элемента лазера ЛГ-72 в 1972 г. разрабатывается лазер ЛГН-108 (Абрамов В.Я.) для использования в качестве лазерной указки при чтении лекций в школах, вузах и других учебных заведениях.

Также на базе активного элемента лазера ЛГ-72 в 1973 г. разрабатывается лазер ЛГН-109 (Киселева Г.Г., Степанов Вл.А.) для использования в школьном курсе физики. Лазер был оснащен приспособлениями для проведения демонстрационного эксперимента, имел возможность создания при выходе из прибора двух параллельных лучей, вошел в перечень обязательного оборудования для школьных физических кабинетов, что послужило хорошей базой для переговоров с Дятьковским заводом электровакуумных приборов (г. Дятьково, Брянской области, директор Акулов Ю.И.) по внедрению в 1974 г. этого лазера в производство.

Для расширения возможностей гелий-неонового лазера в 1973 г. разработан лазер ЛГ-125 (Базилев А.П., Седов Г.С.) с холодным катодом и системой смены зеркал , обеспечивающий скачкообразный переход излучения за счет замены одного из зеркал резонатора, с длиной волны 0,6328, 1,15 и 3,3 мкм с мощностью излучения 10,5 и 5 мВт соответственно и долговечностью 5000 час.

Старые друзья. Дубовская А.П., Седов Г.С., Базилев А.П.

Освоение технологии лазерной сварки металлических поверхностей и холодных катодов позволили перейти на разработку нового принципа построения малогабаритных активных элементов и самих лазеров. Перейти на конструкцию, в которой стеклянный корпус трубки диаметром существенно большим, чем капилляр, в котором формируется разряд, являлся и держателем зеркал резонатора. Внешний легкий металлический корпус прибора является защитой стеклянного прибора. В 1973 году это заканчивается разработкой серии таких малогабаритных гелий-неоновых лазеров ИЛГН-201, ИЛГН-202, ИЛГН-203 (Тимофеев Б.А.) с мощностью излучения на длине волны 0,63 мкм от 1 до 2 мВт и долговечностью 10000 час.

В 1973 году в обеспечение гелий-неоновых лазеров конструкторский коллектив во главе с Гречищевым М.М. разработал унифицированные по схеме и конструкции источники накачки, имеющие хорошие объемно-весовые показатели, стабильные параметры, аттестованные государственным знаком Качества и вплоть до 1982 г. выпускаемые серийно.

Новые требования заказчиков по мощности излучения и поляризации гелий-неоновых лазеров определили необходимость расширения номенклатуры малогабаритных приборов за счет разработки в 1974 году гелий-неоновых лазеров ЛГН-207А, Б (Тимофеев Б.А.) с мощностью излучения 1,5 и 1,0 мВт при поляризации излучения на длине волны 0,6328 мкм 500:1; гелий-неоновых лазеров ЛГН-208 А, Б (Тимофеев Б.А.) с мощностью излучения 2,0 и 1,0 мВт при поляризации излучения на длине волны 0,6328 мкм 1:1 и в 1975 году гелий-неонового лазера ЛГН-303 (Власов А.Н.) с мощностью излучения 1 мВт. Долговечность на всех трех приборах составляла 10000 часов.

Все перечисленные, кроме ЛГ-109, лазеры были освоены в год разработки в производстве на опытном заводе.

Необходимость в расширении областей применения гелий-неоновых лазеров и апробации новых принципов построения приборов привели к разработке в 1973 - 1974 годах серии гелий-неоновых лазеров, крепление зеркал резонатора в которых осуществляется на основе уголковой конструкции из легкого алюминиевого профиля ЛГ-52, ЛГ-79, ЛГ-80 (Степанов Вяч. А., Васоленко Г.Д.) с излучением на длине волны 0,63 мкм и мощностью 10, 15 и 4 мВт соответственно, высокой стабильностью мощности излучения и долговечностью 10000 час.

Требования заказчиков по снижению напряжения горения разряда и созданию лазеров, работающих от источников с напряжением около 27 в, позволили вспомнить наши работы по возбуждению гелий-неоновой смеси газов в поперечном разряде постоянного (25 в) тока и работы 1969-1975 годах, проводимые совместно с Ташкентским государственным университетом (Мириноятов М.М.), по возбуждению этих газов в поперечном ВЧ разряде в отличие от продольного ВЧ разряда, используемого в первых газовых лазерах. В 1975-76 годах в результате НИР «Дзюдо» (Оськин В.Н., Степанов Вяч.А.) были выработаны физические и конструкторско-технологические рекомендации по достижению оптимальных режимов работы малогабаритных гелий-неоновых лазеров с поперечным ВЧ возбуждением разряда от источника 27 В.

Создание серии лазеров со стабильной мощностью излучения (ЛГ-52, ЛГ-79 и ЛГ-80) и научно-технической базы (НИР «Дзюдо») для продолжения творческих контактов позволили открыть для производства газовых лазеров еще один новый завод – Ровенский завод газоразрядных приборов НПО «Газотрон» (директор Щука В.П., начальник ОКБ Троян В.Г.), на котором лазеры ЛГ-52, ЛГ-70 и ЛГ-80 были освоены в производстве в 1975 и 1976 годах соответственно. Освоение шло также, как и во Львове, через постановку и развитие лазерного направления в ОКБ завода. Для укрепления предприятия лазерными кадрами из НИИ ГРП в Ровно переехало несколько сотрудников (Харитов Д.Н., Асеев В.Д. и др.), которые сразу же заняли на предприятии ведущие позиции и продолжили начатые в НИИ ГРП работы по созданию малогабаритных гелий-неоновых лазеров с ВЧ возбуждением. В 1978 г. в НПО «Газотрон» освоен в производстве гелий-неоновый лазер с ВЧ возбуждением разряда ЛГН-202 (Степанов Вяч.А., Асеев В.Д., Троян В.Г.), ставший первой совместной разработкой НИИ ГРП и НПО «Газотрон». Прибор выпускался в двух модификациях: в стеклянном исполнении с мощностью 1 мВт и в металлокерамическом исполнении 8 мВт.

Разработка технологии калибровки (Кодылев А.М.) и освоение в производстве на Саратовском стекольном заводе калиброванных капилляров позволило продолжить нам продвигать идеологию конструирования цельностеклянных гелий-неоновых лазеров и на большие размеры активных элементов, а следовательно и на большие мощности излучения лазеров. В 1976 г. исследования заканчиваются разработкой лазеров ИЛГН-205 и ИГГН-206 (Абрамов В.Я., Касельский В.А.) с мощностью излучения 15 мВт, нестабильностью мощности излучения 0,5% и долговечностью 10000 час.

Исследования по использованию длинномерных калиброванных капилляров в кооксиальной конструкции активного элемента с новым холодным катодом позволили также в 1977 г. разработать лазер ЛГН-215 (НПО «Полярон») с мощностью излучения 55 мВт, заменяющий во многих системах лазер ЛГ-36А, а в 1978 г. гелий-неоновый лазер ЛГН-220 (Борисовский С.П., Верейкин В.А.) с мощностью излучения 70мВт и долговечностью для обоих приборов 10000 час.

Работы по созданию гелий-неоновых лазеров для систем, работающих в жестких механо-климатических условиях, помимо решения большого количества конструкторско-технических задач потребовали проведения комплекса исследований колебательно-волновых процессов в тлеющем разряде, устойчивости зажигания и горения, влияние тепловых и других перегрузок (Степанов Вяч. А.). Было установлено, что разработка источников питания, особенно, для протяженных разрядных трубок с использованием традиционных радиотехнических приемов не дает хороших результатов. Необходимо понимание того, что активный элемент лазера представляет из себя длинную распределенную линию и его требуется рассматривать в виде радиотехнического контура с нелинейными элементами, параметры которых очень сильно зависят от окружающей его среды, в частности, корпуса прибора (Коненков Н.В., Степанов Вл.А.).

Результатом этих работ было успешное проведение в 1974-1976 г. работ (Степанов Вяч. А.) по разработке малошумящих гелий-неоновых лазеров с излучением по длине волны 1,15 мкм, разработка в 1975 г. гелий-неонового лазера ЛГ-45 (Седов Г.С.) с мощностью излучения 10 мВт в одномодовом режиме на длине волны 0,63 мкм и долговечностью 10 000 час, а также длившаяся в течение нескольких лет (с 1975 по 1982 г.) разработка гелий-неоновых лазеров «Амазонка» для систем посадки самолетов с мощностью излучения 60 мВт на длине волны 0,6328 мкм. Учитывая, необходимость большого количества лазеров для реализации систем посадки, испытуемых в разных природно-климатических условиях, уже на стадии НИР «Амазонка» к ней был подключен и Львовский НПО «Полярон», на котором в 1984 году будет внедрен и лазер ЛГ-45.

Более долговечные катоды и новые технологические возможности позволили осуществить в 1977 году модернизацию гелий-неонового лазера ЛГ-75 и разработать цельностеклянный лазер ЛГН-111 (Седов Г.С., Хилов С.И.) с мощностью излучения 25 мВт и долговечностью 20 000 час, а также модернизацию трехволнового лазера ЛГ-125 и разработать в 1978 г. лазер ЛГН-113 (Базилев А.П.) с излучением на длинах волн 0,63, 1,15 и 3,79 мкм с мощностью 15,3 и 3 мВт соответственно и долговечностью 20 000 час. Лазер ЛГ-111 будет внедрен в производство НПО «Полярон» в 1983 году и станет самым массовым из мощных гелий-неоновых приборов, а лазер ЛГ-125 выпускался опытным заводом.

Из одночастотных гелий-неоновых лазеров осуществлена модернизация лазера ЛГ-149, который заменен в 1974 году на лазер ЛГ-149-1 (Алякишев С.А.) с увеличением долговечности до 10 000 час и уменьшением в 3 раза габаритов и массы прибора и лазера ЛГ-159, который заменен на лазер ЛГ-159-1 (Борисовский С.Г.) также с увеличением долговечности до 10 000 г.

В 1977 году разработан и освоен в производстве на опытном заводе одночастотный малогабаритный гелий-неоновый лазер ЛГ-77 (Борисовский С.П.) с относительный нестабильностью частоты 2·10-9, мощностью излучения около 1 мВт и долговечностью 10 000 час, широко используемый в составе лазерных интерферометров, выпускаемых Новосибирским приборным заводом.

Применение технологии прямой лазерной заварки окон ЛК-4 с трубкой и более долговечных катодов позволили при модернизации лазера ЛГ-149-1 разработать в 1982 году одночастотный гелий-неоновый лазер ЛГ-302 (Борисовский С.П.) и повысить долговечность до 20 000 часов.

4.3. Лазеры на ионизированных инертных газах.

Низкая долговечность лазеров на ионизированном аргоне и криптоне, обусловленная совокупностью проблем, связанных с большими плотностями токов и низкими давлениями газа, определила необходимость в проведении многоплановых конструкторско-технологических работ с активным подключением к ним специалистов и базы технологического отдела (начальник отдела Назаров И.Д.).

В результате этих исследований в 1972 году были созданы первые металлокерамические активные элементы с использованием капилляра из бериллиевой керамики и специализированный участок для работы с изделиями из окиси бериллии;, в 1975 году разработана базовая унифицированная технология (Оглобина Л.Е.) изготовления металлокерамических разрядных каналов; в 1977 году создана технология изготовления длинномерных секционных разрядных каналов из бериллиевой керамики, соединяемых друг с другом через металлический переход с помощью лазерной сварки (Кузьмина В.А.). В 1975 году разработаны прямоканальные спиральные катоды (Палицын В.П., Ивлев А.М.) на токи 15, 25, 50, 100 А с долговечностью 10 000 час. В 1974 году впервые разработана технология бесклеевого соединения кварцевых окон с разрядной трубкой через стеклянно-кварцевый и металлокварцевый переход (Кодылев А.М.).

Результаты комплексных технологических исследований, особенно по замене очень ненадежного кварцевого капилляра на металлокерамический из теплопроводной (из окиси бериллия) керамики позволили осуществить модернизацию активных элементов и разработать лазеры на ионизированных инертных газов повышенной надежности и долговечности.

В 1972-1973 годах осуществлена модернизация лазера ЛГ-106М, в котором кварцевый капилляр заменен на металлокерамический. В разработанном ЛГ-106М-1 лазере на ионизированном аргоне (Мирецкий Б.П.) при мощности излучения 1 Вт в диапазоне 0,45-0,52 мкм долговечность повышена до 1000 часов. В лазере ЛГ-33, также заменен кварцевый капилляр на керамический. В разработанном лазере ЛГ-33М (Орешак О.Н.) при мощности излучения 0,5 Вт на длине волны 0,4880 мкм долговечность повышена также до 1000 часов.

Расширение областей применения определила необходимость в разработке в 1974 г. малогабаритных маломощных лазеров на ионизированном аргоне ЛГ-51 (Мирецкий Б.П.) с мощностью излучения 25мВт на длине волны 0,4880 мкм и ЛГ-69 (Дубцов Ю.А.), перестраиваемого по линиям излучения в диапазоне 0,45 – 0,51 мкм и долговечностью для обоих приборов 1000 часов.

Все перечисленные выше лазеры были освоены в производстве на опытном заводе в 1973 и 1974 годах соответственно.

Наличие более долговечного прямонакального катода на широкий ряд по токам разряда и более совершенной технологии изготовления металлокерамических активных элементов позволили провести разработку в 1976-77 годах лазеров на ионизированном аргоне ЛГН-402 (Базилева С.М.) с мощностью излучения 4 Вт в диапазоне 0,45-0,51 мкм; ЛГН-401 (Орешак О.Н.) взамен лазера ЛГ-33М; ЛГН-502 и ЛГН-503 (Базилева С.М.) с мощностью излучения 2 Вт в диапазоне 0,45-0,51 мкм и мощностью излучения 1 Вт на длине волны 0,4880 мкм; в 1978 году разработку лазера ЛГН-505 (Ага В.И.), имеющего два активных элемента, наполненных аргоном и криптоном, и обеспечивающего излучение в сине-зеленой (0,45-0,51 мкм), красной (0,64-0,68 мкм) и белой областях спектра. Это первый отечественный лазер, излучающий белый свет. Долговечность всех этих лазеров составляла 5000 часов, и они были освоены в производстве на опытном заводе.

Возможность иметь активные элементы лазеров на ионизированных аргоне и криптоне больших размеров определила разработку в 1979 году мощного аргонового лазера ЛГН-511 (Мирецкий Б.П.) с мощностью излучения 10 Вт в диапазоне 0,45-0,51 мкм.

На базе лазера ЛГН-511 был создан первый отечественный перестраиваемый одномодовый аргоновый лазер ультрафиолетового диапазона.(Фото №10.) Наличие длинномерных металлокерамических активных элементов и катодов до 100 А позволило в 1980 г. исследовать потенциальные возможности этих отпаянных приборов в НИР «Акварель» (Быковский В.Ф. - Фото №11.).

Так на ионизированном аргоне с излучением в диапазоне 0,42-0,52 мкм получена мощность 170 Вт, а с излучением в ультрафиолетовой области спектра мощность 3,5 Вт; на ионизированном криптоне с излучением в диапазоне 0,64-0,67 мкм получена мощность 20 Вт (Быковский В.Ф.).

Большое внимание весь данный период было уделено разработке лазеров на ионизированных аргоне и криптоне для специальных систем, работающих в жестких механо-климатических условиях и использующих синее, зеленое или красное излучение. Проведена огромная исследовательская и конструкторско-технологическая работа по изучению режимов охлаждения активных элементов с использованием различных хладоэлементов, и повышению их эффективности; применению различных способов и радиотехнических (электротехнических) решений по повышению КПД и надежности источников питания и др.

После первого нестабилизированного источника питания для лазера ЛГ-106 (Демидов М.Н) был создан ряд уникальных стабилизированных источников питания на отечественных транзисторах с высокими техническими характеристиками на уровне мировых (коэффициент пульсаций менее - 0,1%, нестабильность тока менее – 0,1%) для всего ряда мощных ионных лазеров с токами разряда от 10А до 60А и напряжением горения от 150В до 600В (Дросков А.С.).

Для одной системы лазеры на ионизированном аргоне ЛГ-33, ЛГ-33М и ЛГН-401 (Орешак О.Н.) разрабатывались в период с 1967 по 1976 год. Система представлена на соискание Государственной премии СССР.

Для другой системы «Алиби» лазер на ионизированном аргоне ЛГН-403 (Рязанцев А.А.) разрабатывался в течение 1976-1982 годов.

Для третьей системы «Амазонка» лазер на ионизированном криптоне разрабатывался в период с 1975 по 1982 год, пройдя все стадии НИР и ОКР, так же как и в «Алиби». Учитывая большое количество лазеров, необходимых для проведения испытаний системы в различных природно-климатических регионах, потребовалось большое число приборов уже на ранней стадии работы. Поэтому так же, как и по гелий-неоновым лазерам, к работе уже на стадии НИР был подключен Львовский НПО «Полярон», обеспечивающий все поставки создаваемых лазеров.

Приборы для систем специального назначения и их главные конструктора прошли успешно испытания и в воздухе и на море, на воде и под водой.

4.4. Импульсные газовые лазеры.

В 1971 году открываются новые направления работ по импульсным газовым лазерам, связанные с необходимостью обновления технической базы при производстве изделий микроэлектроники. Комплекс проведенных работ завершился созданием в 1972-1975 годах импульсных газоразрядных лазеров на смеси углекислого газа с гелием ЛГИ-50-1 и ЛГИ-50-2 (Кальвина И.Н.) с излучением на длине волны вращательного перехода молекулы СО2 в области 10,6 мкм с мощностью 200-300 Вт и частотой повторения 50-2000 Гц при среднем ресурсе 8 000-10 000 часов.

Лазеры ЛГИ-50-1 и ЛГИ-50-2 по совокупности параметров превышали зарубежные аналоги, вошли в состав нескольких лазерных полуавтоматических технологических установок для нарезки в номинал прецизионных транзисторов и гибридных интегральных схем, награждены серебряной медалью ВДНХ СССР.

Лазеры ЛГИ-50-1 и ЛГИ-50-2 освоены в производстве на Ровенском заводе газоразрядных приборов НПО «Газотрон».

Исследования по разработке импульсных газовых лазеров на углекислом газе продолжались в направлении изучения физико-химических процессов, условий зажигания и горения разряда, включая механизмы предионизации газа, процессов диссоциации и условий поддержания стабильного состава газовой смеси применительно к малогабаритным лазерам с поперечным возбуждением разряда и атмосферным давлением, т.е. к малогабаритным ТЕА-СО2-лазерам. Положительные результаты по созданию отпаянных малогабаритных ТЕА-СО2-лазеров будут получены из-за сложностей проблемы много лет спустя.

Потребности лазеров в метрологии определили направления исследований по созданию импульсных газовых лазеров для метрологии вначале на переходе неона с длиной волны 0,614 мкм, а затем на атомах ртути с излучением на длине волны 0,615 мкм. В 1976 году разработан импульсный лазер на парах ртути ЛГИ-53 (Киселев Б.В.) с излучением наносекундных импульсов на длине волны 0,615 мкм и средним ресурсом 10 000 часов. Лазер отличался высокой стабильностью временных характеристик.

Разработка в 1974 году технологии бесклеевого соединения кварцевых окон с разрядной трубкой через металло-кварцевый и стеклянно-кварцевый переход (Кодылев А.М.) определила возможность модернизации в 1976-77 годах импульсных газовых лазеров ЛГИ-53, ЛГИ-40, ЛГИ-37-2, выпускаемых на опытном заводе. Отказавшись от клеевых соединений кварцевых окон с трубкой в этих лазерах, существенно повышена надежность и долговечность.

Работы по изучению процессов возбуждения молекулярных газов в импульсном разряде завершились разработкой в 1979 году малогабаритного импульсного лазера на электронных переходах молекулы азота с поперечным возбуждением разряда и излучением на длине волны 0,337 мкм (Печурина С.В.). При небольших размерах активного элемента (230 мм) импульсная мощность лазера достигла 320 кВт при частоте повторения импульсов 10 Гц и 180 кВт при частоте повторения импульсов 100 Гц. Лазер по своим параметрам не уступал в то время лучшим зарубежным аналогам. Лазер освоен в производстве на опытном заводе.

В 1979 году для применения в технологических установка для ретуши фотошаблонов, подгонки тонко- и толстопленочных резисторов и БГИС, изготовления фотошаблонов и их маркировки разработан импульсный лазер на электронных переходах молекулы азота с излучением на длине волн 0,337 мкм с продольным возбуждением разряда ЛГИ-502 (Киселев Б.В.). Мощность излучения лазера 25 и 50 кВт при частоте повторения импульсов 250 Гц и 15 и 30 кВт при частоте повторения импульсов 1000 Гц. Активные элементы азотного лазера за счет использования холодных катодов из нитрида титана, металлокерамических разрядных каналов и цельносварных оптических окон обладают высокими эксплутационными характеристиками, и лазеры по всем параметрам превосходили лучшие зарубежные аналоги. Лазер освоен в производстве на опытном заводе.

4.5. Лазеры на парах металлов. (Гелий-кадмиевые лазеры).

Анализируя спектр излучения лазеров на парах кадмия, цинка и селена мы пришли к выводу, что наиболее интересным для практического использования является излучение ионов кадмия в фиолетовой (0,4416 мкм) и ультрафиолетовой (0,3250 мкм) областях спектра. Несмотря на всю привлекательность спектра излучения ионов селена (19 линий в видном диапазоне) пары селена оказались высокотоксичными и во много раз превосходящими токсичность паров мышьяка. Поэтому разработку гелий-селенового лазера мы предпочли не продолжать. А все усилия направили на разработку серии гелий-кадмиевых лазеров.

В дополнение созданному в 1970 году гелий-кадмиевого лазера ЛГ-31 в 1973-1975 годах разработан ряд гелий-кадмиевых лазеров ЛГ-63 (Куликов Ю.Н.) с мощностью излучения на длине волны 0,4416 мкм 8мВт, ЛГ-70 (Касьян В.Г.), ЛГ-61 и ЛГ-62 (Кюн В.В., Дятлов М.К.) с мощностью излучения 25, 50 и 100 мВт соответственно на этой же длине волны. В 1977 году к ним добавился первый отечественный гелий-кадмиевый лазер с излучением в ультрафиолетовой (0,3250 мкм) области спектра ЛГН-504 (Бондаренко А.В.). Долговечность всех этих гелий-кадмиевых лазеров составляет 10 000 часов.

Гелий-кадмиевые лазеры ЛГ-70, ЛГ-61 и ЛГ-69 освоены в производстве Львовского завода НПО «Полярон» в 1978 и 1979 годах, а ЛГН-504 в 1981 году.

Совместно с Львовским ОКБ и заводом осуществлена модернизация сначала гелий-кадмиевого лазера ЛГ-70, а затем гелий-кадмиевых лазеров ЛГ-61, ЛГ-69 и ЛГН-504. Активные элементы с внутренними зеркалами заменены на активные элементы с окнами под углом Брюстера. Герметизация окон и зеркал осуществляется с помощью пленки ПКС-171 (вместо клея К-400). В гелий-кадмиевых лазерах, излучающих в УФ области спектра, окна из плавленого кварца заменены на окна из кристаллического. Холодные катоды изготавливаются на основе тантала. При изготовлении несущей конструкции прибора используются прогрессивные формы образования, обеспечивающие ее упрощение, переход на новые конструкционные материалы и снижение материалоемкости. Долговечность всех приборов составляет 10 000 часов. Это является хорошим примером развивающегося научно-технологического сотрудничества между НИИ ГРП и НПО «Полярон» и его сотрудниками.

Благодаря короткой длине волны излучения, простоте и удобству эксплуатации, относительно высокой стабильности выходных параметров и надежности эти лазеры находят широкое применение в многих отраслях науки и техники: спектроскопии, фотохимии, медицине, в устройствах записи считывания и преобразования информации, является незаменимым инструментом при записи всех видов голограмм.

4.6. Лазеры на углекислом газе.

Отпаянные лазеры на углекислом газе на первом этапе своего развития испытывали серьезные проблемы сохранения стабильности газового состава, вывода энергии, герметизации, материалов окон и зеркал. Любые попытки разработать надежные приборы этого класса требовали проведения конструкторско-технологических работ по преодолению названных проблем.

В 1970 году, как отмечалось выше, был разработан стабилизатор газового состава (Авдонькин В.В.), обеспечивающий стабильность концентрации и оптимальное соотношение компонентов рабочей смеси в течение более 10 000 час, существенно превосходящий по эффективности отечественные и зарубежные аналоги.

1971-1973 годы. Оптический участок оснащается напылительным оборудованием с безмасляными средствами откачки. Это позволяет завершить исследования по повышению долговечности отражающих покрытий зеркал и их устойчивости к воздействию различных факторов, разработать технологию нанесения отражающих и просветляющих покрытий на оптические элементы для средней ИК-области спектра. Для отражающих поверхностей зеркал мощных СО2 –лазеров создана технология получения устойчивых покрытий из алюминия, серебра и золота (Дубовская А.П.).

В 1973 году разработана технология изготовления оптических элементов из различных монокристаллов для ИК-области спектра (Доронин В.П.).

В 1974 году создается источник питания СО2-лазеров (Остапец В.Н.), учитывающий изменения устойчивости разряда, обусловленные физико-химическими процессами в плазме.

В 1976 году разработана технология бесклеевого соединения окон из германия и арсенида галлия с коваром с помощью специального олово-германий-никелевого припоя (Рябинин В.С.).

В 1979-1980 годах с применением лазерно- и микроплазменной сварки разработана технология изготовления двухсекционных разрядных каналов из керамики 22ХС, а также конструкция и технология изготовления цельнопаяносварной металлокерамической оболочки активного элемента СО2-лазера (Рябин В.С., Куликова Т.А.).

На основе научно-технического задела и опыта, приобретенного в процессе разработки первых отпаянных СО2-лазеров непрерывного действия и воспользовавшись результатами данных технологических работ в 1973 году разработан СО2 –лазер ЛГ-43 (Горелик А.В.) с мощностью излучения 40 Вт на длине волны 10,6 мкм и долговечностью 500 часов.

Лазер ЛГ-43 в течение нескольких лет выпускался опытным заводом, а в 1976 г. был освоен в производстве Дятьковского завода электровакуумных приборов.

Лазер ЛГ-43 разрабатывался для хирургических отделений стационарных клиник, где применялся в установках «Лазерный хирургический нож», и также в терапевтических установках для облучения. Положительные результаты использования данного прибора получены при лечении рака кожи, проведения хирургических операций с одновременной коагуляцией ткани и минимальными кровопотерями. Для визуализации невидимого пучка инфракрасного излучения в корпус ЛГ-43 вмонтировался малогабаритный гелий-неоновый лазер с излучением на длине волны 0,6328 мкм.

Следующей разработкой в 1977 году в этом направлении являлся СО2-лазер ИЛГН-701 (Горелик А.В., Нистратов В.И.) с мощностью излучения 60 Вт на длине волны 10,6 мкм и долговечностью 2000 часов, создаваемый в обеспечение лазерного скальпеля «Саяны-МТ», аттестованного по высшей категории качества.

Лазер ИЛГН-701 в составе установки «Саяны-МТ» и независимо с 1978 года выпускается Дятьковским заводом электровакуумных приборов.

По договорам с Московским полиграфическим институтом (МПИ), длившимся в течение многих лет (1971-1981 г.) на базе лазера ЛГ-43 создан одномодовый с поляризованным излучением СО2 –лазер ЛГ-43-1 (Горелик А.В., Соколов Н.М.) для лазерной гравировальной и для изготовления печатных плат установки, разрабатываемой в МПИ. Реализованная с помощью разработанной установки технология изготовления печатных плат обеспечила высокое качество печати. В 1978 году лазерная гравировальная установка демонстрировалась на ВДНХ и Соколов Н.М., как один из ее создателей, был награжден бронзовой медалью выставки.

В 1977 году в рамках сотрудничества стран СЭВ была организована совместная разработка СО2 –лазера с мощностью излучения 60 Вт для медицинского оборудования. Источник питания разрабатывался в Народной Республике Болгарии, а излучатель лазера в НИИ ГРП на базе СО2 –лазеров ЛГ-43 и ИЛГН-701. Разработанный излучатель в результате проведенной работы удалось повысить до 5000 час.

Расширение областей технологического применения СО2-лазеров, в частности, для термообработки и резки конструкционных материалов, определило необходимость постановки работ по увеличению мощности излучения СО2-лазеров. В 1978 году в результате ОКР «Дагомыс-2» (Горелик А.В.) разработан 4-трубчатый излучатель СО2-лазера с некогерентным сложением излучения и получением мощности 120 Вт.

СО2-лазеры отличаются от других лазеров непрерывного действия не только большой мощностью излучения, которая обеспечивает их применение в различных технологических установках по резке, обработке и гравировке многих материалов; СО2-лазеры обладают и уникальными спектральными особенностями, что дает возможность широкого использования их в системах связи, лазерных лидарах, спектроскопии и т.д. Главной задачей при этом становится – обеспечение одночастотного стабильного режима их генерации.

Созданию таких приборов предшествовали ряд научно-исследовательских работ по изучению стабильности одночастотной генерации и ее зависимости от различных условий и факторов. Из них следует выделить НИР «Айвенго» (Горелик А.В.), в рамках которой были созданы СО2-лазеры, прошедшие успешные испытания с участием сотрудников института при исследовании атмосферных явлений и прохождении излучения лазера через атмосферу.

В 1978 году был разработан одномодовый одночастотный СО2-лазер для метрологии ЛГ-74 (Иванова Э.А.) с мощностью излучения 1 Вт, нестабильностью мощности 3% за 0,5 часа работы прибора, долговечностью 500 час. В то время эти показатели соответствовали уровню зарубежных аналогов. В этом же году прибор освоен в производстве опытного завода.

В период с 1975 по 1983 год разрабатывался одночастотный стабилизированный СО2-лазер для специальных гетеродинных линий связи «Плунжер», работающих в жестких механо-климатических условиях. Активный элемент лазера в процессе исследований и разработок прошел сложный длинный путь от кварцевой трубки с клееными окнами до цельнопаяносварной металлокерамической конструкции. Менялись главные конструктора: начинал Огарев Ю.Н., заканчивал Сипайло А.А. Созданный СО2-лазер ЛГН-901 с возбуждением разряда постоянным током имеет мощность излучения в одночастотном режиме 10 Вт, высокую стабильность мощности и долговечность 10 000 часов.

В 1976-1977 годах совместно с Ташкентским государственным университетом (Мириноятов М.М.) начались исследования одночастотных СО2-лазеров с поперечным ВЧ возбуждением, являющиеся приоритетными в мире (Степанов Вяч. А.). Эти исследования в период с 1976 по 1980 год прошли также стадию и кварцевых, и металлокерамических разрядных трубок различной длины и сечения, включая волноводные. В связи с успехами в разработке технологии создания металлокерамических приборов все основные достижения по одночастотным СО2-лазерам, включая CО2-лазеры с поперечным ВЧ возбуждением, начались, как и у «Плунжера», в начале 80-х годов. В 1981 г. появляется одночастотный СО2-лазер и с поперечным ВЧ возбуждением ЛГ-74 (Степанов Вяч.А) в металлостеклянном варианте прибора и ЛГ-76 (Степанов Вяч. А), в металлокерамическом варианте прибора, с мощностью излучения для обоих вариантов 2 Вт и долговечностью 10 000 часов.

4.7. Устройства на газовых лазерах.

В 1970 году разработано лазерно-контрольное устройство – лазерный интерферометрический измеритель линейных перемещений ИПЛ-1 (Катаев М.И.) для проверки штриховых мер и измерительных машин и для автоматического контроля ходовых винтов прецизионных станков.

С 1973 года контрольно-измерительное устройство ИПЛ-7 освоено в производстве опытного завода. В 1971-1972 годах проведен комплекс исследований по дальнейшему развитию лазерных интерферометров, и создаются функциональные преобразователи с фазовым принципом обработки информации, датчики ввода поправок на изменение параметров окружающей среды на базе стабилизированного одночастотного лазера ЛГ-77.

В 1974 году разработан лазерный измеритель вибраций ИВЛ-1 (Чуляев Б.С.), показавший высокую эффективность при опытно-промышленной эксплуатации его в СКБ «Виброприбор» (г. Таганрог).

В 1974 году разрабатывается установка для резки трубчатого электровакуумного стекла и декорирование сортовой посуды лучом СО2-лазера (Ларшин А.С.).

В 1976-1978 годах разрабатываются лазерные дилатометры ДЛ-1 (Кондратов В.А.) и ДЛ-2 (Жидовинов А.М.) для измерения коэффициентов линейного расширения слабо расширяющихся материалов и сплавов при температуре до 300°С.

В 1977 году разработана установка (Косарев И.И., Исайкин Л.В.) для лучевого фрезерования, скрайбирования и удаления пленок на базе азотных лазеров ЛГИ-502 и ЛГИ-505.

В 1977 году разработан лазерный указатель проектного уклона УКЛ-1 (Мармалев А.И.), предназначенный для управления экскаваторами-дреноукладчиками.

В 1981 году указатель проектного уклона УКЛ-1 освоен в производстве опытного завода. Внедрен в 16 областях нашей страны.

В 1978 году разработано универсальное лазерное нивелирующее устройство для строительства ПИЛ-1 (Исаев А.А.), освоенное в производстве в 1983 году.

Для расширения функциональных возможностей приборов УКЛ-1 и ПИЛ-1 при выполнении геодезических и разметочных работ созданы фотоприемные устройства УФП-1 и ряд оптических приставок и модулей.

В 1978 году после проведения исследований по применению лазеров в качестве опорного луча, являющегося проводником морских и речных судов создано лазерное устройство (Афанасьев В.М.) створного маяка, прошедшего успешные натурные испытания на трассе Северного морского пути и послужило основой для разработки круговых и секторных маяков Балтийским ЦПКБ (г. Ленинград). Разработаны образцы лазерных речных маяков для обеспечения безопасности движения судов на реках и шлюзах.

В 1977 году разработан аппарат электролазерной пунктуры АПЛ-1 (Мишков В.Л.), для лечения нервных, аллергических и других заболеваний методами рефлексотерапии. В 1982 году аппарат освоен в производстве на опытном заводе.

В 1978 году разработана лазерная физиотерапевтическая установка УФЛ-1 (под руководством Седова Г.С.) для стоматологии, дерматологии, гинекологии и других областей медицины. Установка нашла успешное применение.

В 1979 году на основе аргонового лазера разработана лазерная установка экстремальной остановки внутриполостных кровотечений (эндокоагулятор) (Алякишев С.А.).