Излучатель твердотельного лазера
Изобретение относится к области квантойой электроники и лазерной техники и может быть использовано при разработке твердотельных лазеров . Цель - повышение однородности распределения поля излучения лазера при сохранении его КПД. Сущность изобретения заключается в том, что лазериьп1 стержень имеет неоднородную по периметру поперечного сечения величину светорассеяния боковой поверхности и установлен в осветителе таким образом, что продольные части боковой поверх.ности с большей величиной светорассеяния обращены к более интенсииным потокам излучения накачки , формируемым на его поверхности осветителем, а остальные части боковой поверхности с меньщей величиной светорассеяния обращены к менее интенсивным потокам излучения накачки . Изобретение позволяет повысить однородность распределения поля лазерного излучения на 20-100%. 3 э.п. Л-лы, 4 ил. i (Л
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУ БЛИН (51) 5 Н О1 8 3/05
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К A BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
llPH ГКНТ СССР (46) 15.0?.93. Бюл. P- 6 (21) 4238124/25 (22) 29.04.87 (72) Н.Д.Белоусов, Б,И.Минков, В.П.Токмакова и А.P.Øoëêèí (56) Патент Великобритании
11 1120673, кл. Н 1 С, 1968.
Заявка Франции Р 22 12659, кл. Н 01 Б 3/05, 1974. (54) ИЗЛУЧАТЕЛЬ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ЛАЗЕРА (57) Изобретение относится к области квантовой электроники и лазерной техники и может быть использовано при разработке твердотельных лазеров. Цель — повышение однородности распределения поля излучения лазера при сохранении его КПД. Сущность
Изобретение относится к области квантовой электроники и лазерной техники и может быть использовано при разработке твердотельных лазеров.
Целью изобретения является повышение однородности распределения поля излучения лазера при сохранении его КПД и упрощение изготовления лазерного стержня.
На фиг.1 показан излучатель, общий вид на фиг.2 — диаграмма распределения интенсивности первичных световых потоков излучения накачки по периметру поперечного сечения лазерного стержня в осветителе онального сечения; на фиг.3 — осветитель излучателя, поперечное сечение, на фиг.4 диаграмма азнмчтан > own распреде„„SU„„149834) Д1 изобретения заключается в том, что лазерный стержень имеет неоднородную по периметру поперечного сечения величину светорассеяния боковой поверхности и установлен в осветителе таким образом, что продольные части боковой поверхности с большей величиной светорассеяния обращены к более интенсивным потокам излучения накачки, формируемым на его поверхности осветителем, а остальные части боковой поверхности с меньшей величиной светорассеяния обращены к менее интенсивным потокам излучения накачки. Изобретение позволяет повысить однородность распределения поля лазерного излучения на 20-1007, 3 э.п. А-лы, 4 ил. ления угловой силы лазерного излуIaeaL чения. 4
Излучатель твердотельного лазе- Щ ра содержит вьмодное 1 (фиг. 1) и гл лое 2 зеркала резонатора и осветитель 3 цилиндрической формы с зеркально отражающим излучение лампы на- > качки покрытием 4 и прямой трубчатой лампой накачки 5. Лазерный стержень
6 установлен s осветитель 3 таким образом, что его продольная ось параллельна оси лампы накачки 5 и образующей осветителя. Для однолампового осветителя типичное распределение интенсивности первичных светова потоков излучения накачки по периметру поперечного сечения лазерного стержня показано на фиг.2, Интенсивность! /3983/л1 с }}е } nи}}х It Оток nн } пpe Рь)шаюп}а н ур n— вень 0,6 rе максимальной неличи}}ь, образует лне дуги 7 с длиной, не
I}pe н} }ша)Още11 0 ° 3 пара}}ет рУгол о/. между нормалями 8, проходящими через середину дуг 7, составляет 150 3 . Относительное распределение интенсивности первичных потоков излучения накачки по периметру поперечного сечения лазерного стержня не меняется вдоЛь его длины, и, такии образом, интенсивность, превышающая уровень 0,6 ее максимальной величины по периметру попереч- 15 ного сечения лазерного стержня, распределена на его боковой поверхности в виде двух продольных полос с площадью каждой, не превышающей 0,3 площади всей боковой поверхности, 20
Распределение интенсивности оптического излучения накачки на боковой поверхности лазерного стержня определяется фотометричеСким методом. На фиг.2 приведена диаграмма распреде25 пения интенсивности первичных световых потоков излучения накачки на боконой поверхности лазерного ст ржня (по периметру его поперечного сечения).
Две продольные полосы 9 (фиг.3) боковой поверхности лазерного стержня 6, направленные вдоль образующей, шлифованны микропорошком карбида бора И ?О (размер зерна 20/14 мкм). 35 !
Угол М. составляет 150>5 . Площадь ! каждой иэ этих полос составляет }} = 0,26 площщи боковой поверхности.
Остальная часть боковой поверхности полирована. 40
Положительный эффект (понышение однородности распределения поля лазерного излучения) наблюдается в случаях, когда части боковой поверхности лазерного излучения выполнены 45 в виде полос вдоль его образующей с шириной индикатрисы рассеяния по уровню двухкратного ослабления больше ширины индикатрисы рассеяния остальной части боковой поверх}}ости на
20-70 и обращены к потокам иэлучео ния накачки, интенсивность которых
Ю составляет не менее 0,6-0,8 ее максимальной по периметру поперечного сечения стержня величины. 55
Для использованных при испытаниях цилиндрических одноламповых осветителей овапьного и кругового сечения величина интенсивности световых потоков иэлучейия накачки íà поверхности лазерного стержня распределена зеркаль}}o симметрично относительно плоскости, н которой расположены продольные оси лазерного стержня н лампы накачки (фиг.2), причем средний угол к направлению от оси лазерного стержня к оси лампы накачки, при котором интенсивность потоков излучения накачки на поверхности стержня составляет не менее 0,6-0,8 ее максимального по периметру поперечного сечения значения, равен
70+7 . (Для осветителя овального сечения с размерами большой и малой осей 30 ми и 28 мм,соответственно, и диаметром лампы 5 ми этот угол составляет 73+4, а для осветителя кругового сечения диаметром 30 ми и диаметром лампы 5 мм — 67}.3 )..
Вследствие такого распределения потоков излучения накачки, для достижения положительного эффекта две зеркально симметричные части боковой поверхности лазерного стержня с повышенным светорассеяиием выполнены в виде полос вдоль его образующей, середина которых по периметру поперечного сечения расположена под углом 7043" (фиг.3) к направлению от оси стержня к оси лампы накачки.
При этом площадь каждой полосы с повышенным енеторассеянием составляет
0,2-0,3 площади всей боковой поверхности лазерного стержня, что соответствует потокам излучения накачки, фор}}ируе}аь}и на поверхности стержня осветителем, интенсивность которь}х по периметру его поперечного сечения составляет, соответственно, не менее 0,6-0,8 ее максимального значения.
В соответствии с таким распределением интенсивности первичных световых потоков излучения накачки, две продольные части 9 (фиг.3) боковой поверхности лазерного стержня 6, при использовании его с данной конфигурацией осветителя, выполнены в виде полос вдоль его обр,"зукщей с удельной площадью 0,2-0,3 каждая и шириной индикатрисы рассеяния по уровню двухкратного ослабления больше п}ирины индикатрисы рассеяния остальной части боковой поверхности на 20-70 таким образом, что угол между нормалями к
el О бок »3ol t) 015 (t j>3((7!((",Ти р 111» (»>О> (771 и!)и через середину I!yr, ОГ рл:! Ot«,"н><ь х на периметре попереч(ОГО ГРчеп (л лазерного стержпл п< з(РГЛ<>1 9 (<1 r! г. 8), рЛВЕ (усду <>, (;,>)l! 2) ..11Л:>(Р)с.:и С.TC рже> ь 6 ((>) 10.8) у(f ë f10:! »и )1 -. <»Гв(:.т(7— тель 3 так<к! OC(р;1 за)1;то;г»з( l. между !(optfi1!:Ью 10 I(с гс бО(;< (>0)1
ПОВЕРХНОСТИ, ПРОХ(>Д>if(!; (ЧС РС.Л с О!>(— дину дуги ((>роекци>(lio.((>сы 9}, напрлвле(шсм,1 1 01 Осп JI;lзс рп<»г» стержня 6 к осп з)(п(пы плк;и: ;11 > составляет 704 7
Работа излучлтслл твер)(»тел)я(ого лазера о)и(слил Е! сз((.з(у(7<(Г.! 1<р>,(<ер(..
Излучатель тн ердотельп ог О ((C I! ре рыл»ного лаэерл сод -j)KHT <)сне)ч! Гоп» (фиг.1), преJ(cTal>J!!tf(>(7()ff(собой ):(5;)рцевь(й цил>и(при tcc)(lt. Отрлжлтс л), !10ноблочной >(онс .Тру!(ц)(п <п<лз(п!!Oãñ> сечения с покр rT)rr?! с, 30p«ct!!7 по o>рлжл>о(ги?! изпуч(ппс ллм(! f ) наклч>((1 и прлмой трубчлтГ»й лл((пы !1)кл (7;и > типа ДИП э/88(>, i! которсй у "T .Hñ)5лен лазерный с:тержснь (п.3 .зп 770- иттРиев ого ГРлплтл р лктиппР015(п(нс го ион л) <и нс.о;(пмл (Л!1Г: )1<1 ) п(п;i
П1 <с > 6 э (I 0 с»х 6 э), 1 33?I! . (>О((7>7>(Г»Й
И МЛЛОI(OCeif 01 Р;>ж»1ТС> (Ч ОГ ПОТ)< 1 0т7; <т(твенно, Рлс<:таяние >7(я;,1(у 5<рс доль)!i ..«.
ОСЯМИ JII?t 7111 ПЛК<1 !7(lf ti IЛ 5!>1>i!01 стеря(нл 11, ) и?!. Ре )опл-с р t!- (óH тс.ля образован з(ухи) 0<>сзр(<() Р<-. Кп. I 3 ерк алом 2 paJ(E»scoff кривизны 0.8 и с (-.о-. эффициептом отражен()л 0,99 и» j(пппР. волны генеРиРО)зл>71(я 7(= 1>06>с (н(hf и ВыхОдн(:>м плоГКI(м:5(j>KЛПО?! 1 Г КО эффици< н<о?! Отражен((я О, () ) )(л дл:!Не волны геперированиз!. р;)O<.тал»ис ду зеркалами саста()пнет 1;0« > (Для охллждепи>(лазер. Ого стс1.:=.;— нн, лампы накачки и Отрлжлтсзля филь Tpe!;»Il ультрскз>!Оз(етuf! 03 о Itçë;— че)и?я лампы нлк "
Измерение ?!0(((Пост!(и злу е :!п про:50 дится с помо(((пи измер>гге(»1 Гре,(ii и
?(0(((Н Ос Г И If Э Н Е !Э Г i I it I 1 3 (t P H (! 1 O >13! ( ченин !>г10-2И. Прострлпстнспно 0 .(ергетические харсп(терпстикir >13; учен!)л
0ITP e+ÅÃ>>3)ОТ С >(13, (Л. 1Ь Н ЕЙ 3 n 1 i
: (!,Най )
t! 1з>»зч;1 тeз)я ) и t>T(.! f (1:>р((p(и >7 л l!1(T(!1».и!> Н»(:111 иззlуче)l)re E>j> oLt)r Et()e гo > чс рс дплфрлгму прll Гка.!Hðс влнии ее
П»!((РГ it(О?! (Р 11л ф>(г. Jt прп!!Рд(пл;!!<лгрлммл лзи1> 1 " < ) < .»Н„ I,:<, учеl(п>7 () = с<, 7, р где I <) II I>(— 1;) 7 Ilt) <мал(НОГ и . !Лкс)1, t1.(ь>(Р< значения V;,<)ОГOI! Г II!117 )1 )З)Ъ ")ЕП>1>1 ° ГOOT)) РТС Г ;; t1 >it(O ° ;!чл срлппеппл проведены измерения !.50, 1« (т(1 ): рлспределГ)п(е )!злуче>)ия f >,З(\:» ()P;1 r.: IIOJI»>Ч(IТЕЛ .: р 3!3 ГOTOI)Jle HllblM Гоот<)Рт(ТЕ!1;31 с прототипам, содер,>„t1t", ;>7 < t t » <5 Г(1 ГГЗ(Ь O>J IJI »1(01 О СЕЧ С>НИЯ ° ;(": piii1Й (.терже>)ь т)(па Г11 j»65 в соотвстс ((!: 7! с протот>(пс м имеет опти70 «ec .кп ПРО?(породную боковую поверки< сть,,в(>!3(х к 1 <>8((о(и (м поверхностям, на рлсстоя5<п< д 1 > мм от пих, матиронлны -> 2.> (ю:(.(
Ito15epJ(>fo(5T3f полирОI)лил > ((оэффици с х .(1 г)1>7 рлспределенил угловой си.: ы >75з!1(Р(п!я 9 = О р 38 (см. поз . 12, .1 .) ф()Г. с ) . 11306;><» сппс. поз)зоз(г(Рт ПОП> lсHTE> и:1 (220-10(!, oj))ioj)oj) i ость распрсдез.с. (ilii !(с и .<. ?зерпогA из>(у»" 1)пя, C! > П О!! ° ) р (!>5 (° <З ), ПР)3 ПС.113 >?ЧИТ (!>i f0! 7 )! >1 Гif C :(1131 (.1 О ..IO!I)II »0 TH <1> р м; л а и 1 п б р е т Р и и я 1.1гзз(у >лт ль твердотсльп? О лазера, ! j0 151(з(гз»! л! t(!!É 1 e .)>!(лчл рР 3 0!it) г эра и Ос 110 <1(1 c;i!, <.-(>З)е Р> 0< till пи!(и((и!>!)чески>3 Отр;:„, Teл(с эе((лз)ьпы(i покрытием, зп) три кот рого плрлллс"rf НО друг другу установя(с()ь(и!)л(!л>! лампа наE(c((ки 1< лаз е1)1!! (Й стРрже н>> Г Опт>3 ю иовьг()Рпиз(од)(ород1 ООTI! рлспределс(п!л полл излучения «0 л 13cj; при co;:р liierii)t егo 1,"П>!1, продал>>ные части бокопсй 11< >-ерхностп Ji:1 3 е, )НОГ(! Стс)):?;Н>1» o(ipлг oн), (е 1(310T« : l!< и лученил нлкзч (1! 1)птенГ>)вност(> кото!)!»Г>(сост;11)з!НРТ He . h(cf((e 0,6-0,8 =e максимальi!000 по перим !Tp.. 3(оиерс>Ч НОГО ce lепи
5i!Лчепил, выпал)неп(I с зэ(р>п Ой ипдиК Л Т i l С Ы, Р»\ Г C e > I f 3 I SE П О %>P O ) t t 3 > 1 Г >".( к:>,1! <ого ос:.плбления бал(1!)< (57:.<" >() ! 1498341 индикатрисы рассеяния остальной . части боковой поверхности на 2070 . 2. Излучатель по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что две продольные части боковой поверхности лазернбго стержня выполнены в виде полос вдоль его образующей с удельной площадью 0,20,3 каждая и расположены симметрично относительно плоскости зеркальной симметрии осветителя, причем середина каждой из lstx по периметру поперечного сечения стержня расположена нод углом 70й7 к направлению от оси стержня е к оси лампы накачки. 3. Излучатель по п.1, о т л ич а ю щ к и с я тем, что, с целью упрощения изготовления лазерного стержня, диаметрально противоположные .части его боковой поверхности выполнены в виде полос вдоль образующей с удельной площадью 0,20-0,23 каждая и расположены симметрично относительно плоскости зеркальной сНМ метрии осветителя. 10 4. Излучатель по пп.1-3, о т л и-ч а ю шийся тем, что продольные части боковой поверхности лазерного стержня из АИГ Nd обращенные к э+ потокам излучения накачки, интенсив15 ность которых составляет не менее 0,6-0,8 ее максимального по периметру поперечного сечения стержня значения, шлифованы абразивным материалом sep нистостью 20/14-28/20, а остальная часть боковой поверхности полированф. 1498 3÷ 1 Составитель Г.Кузнецов Техред М.Ходанич Редактор Н.Коляда Корректор Т.Малец В Заказ 1097 Тирам Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретенинн к открцтинн ври ГЕНТ СССР 113035, Москва, В"35, Рауаскан наб., д. 4/$ Производственно-издательский комбинат "Патент" ° г. Умтород, ул. Гагарина, 10!
