Световодный лазер с накачкой солнечным излучением

 

Изобретение относится к квантовой электронике, более конкретно к твердотельным лазерам с оптической накачкой солнечным излучением, и может быть использовано в энергетических лазерных установках. Цель изобретения - повышение КПД и упрощение системы охлаждения лазера. Лазер включает гелиоконцентратор, выполненный из параболоцилиндрических зеркал (входного, формирующего) и фоклина, активный элемент, выполненный в виде набора лазерных световодов, помещенных в отражающую цилиндрическую оболочку, размещенную в теневой стороне входного зеркала и снабженную панелями радиационного охлаждения. Входное зеркало гелиоконцентратора имеет по всей длине центральное отверстие при вершине, размеры которого совпадают с размерами выходного окна фоклина, расположенного с теневой стороны входного зеркала и скрепленного по периметру выходного окна с входным окном отражающей цилиндрической оболочки. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 01 S 3/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР г

Гг T ;,"лру 31гр, ° г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4181032/63 (22) 16.01.87 (46) 07.08.91. Бюл. М 29 (71) Институт высоких температур АН СССР (72) А.Л.Голгер и И,И,Климовский (53) 621.375.8 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 904053, . H 01 S 3/09, 1974. (54) СВЕТОВОДНЫЙ ЛАЗЕР С НАКАЧКОЙ

СОЛНЕЧНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ (57) Изобретение относится к квантовой электронике, более конкретно к твердотельным лазерам с оптической накачкой солнечным излучением, и может быть использовано в энергетических лазерных установках. Цель изобретения — повышение

КПД и упрощение системы охлаждения лаИзобретение относится к квантовой электронике, конкретнее к твердотельным лазерам с оптической накачкой солнечным излучением, и может быть использовано в энергетических лазерных установках.

Цель изобретения — повышение КПД и упрощение системы охлаждения лазера.

На фиг. 1 изображено устройство лазера; на фиг. 2 — схема прохождения лучей в поперечном сечении.

Лазер содержит входное параболоци, линдрическое зеркало 1, формирующее параболоцилиндрическое зеркало 2, параболоцилиндрический фоклин 3 (зеркало 1, зеркало 2 и фоклин 3 оптически связаны и представляют собой гелиоконцентратор), активный элемент 4, „„ Ы „„1669024 A1 зера, Лазер включает гелиоконцентратор, выполненный иэ параболоцилиндрических зеркал (входного, формирующего) и фоклина, активный элемент, выполненный в виде набора лазерных световодов, помещенных в отражающую цилиндрическую оболочку, размещенную в теневой стороне входного зеркала и снабженную панелями радиационного охлаждения, Входное зеркало гелиоконцентратора имеет по всей длине центральное отверстие при вершине, размеры которого совпадают с размерами выходного окна фоклина, расположенного с теневой стороны входного зеркала и скрепленного по периметру выходного окна с входным окном отражающей цилиндрической оболочки. 2 ил. выполненный в виде набора лазерных световодов, отражающую цилиндрическую оболочку 5 активного элемента 4 и панель 6 Q радиационного охлаждения лазера. Вход- С1 ное зеркало 2 имеет по всей длине центральное отверстие 7, размеры которого, ф, обеспечивают оптическое сопряжение зеркала 1, софокусного с ним каркала 2 и фоклина 3. Входное окно фоклина 3 совпадает

° аг ° по размерам с отверстием 7 и скреплено с ним по периметру. Цилиндрическая оболочка 5 имеет по всей длине входную щель 8, расположенную в плоскости совпадающего с ней по размерам меньшего (выходного) окна фоклина 3, а внешняя поверхность цилиндрической оболочки 5 соединена с панелями 6 радиационного охлаждения и задней

1669024 (незеркальной) стороной параболоцилинд рического зеркала 1.

Устройство активного элемента 4 лазера выполнено из протяженного жгута лазерных световодов на основе известных лазерных сред (например, Nd:YAG, неодимовое стекло, полимерные среды, активированные лазерными красителями), На одном из торцов световодов могут быть расположены полностью отражающие лазерное излучение зеркала 9, Лазерное излучение 10 выходит через свободные (не закрытые зеркалами 9) концы лазерных световодов, собранных в выходной цилиндрической световодный жгут 11, Световодный лазер с накачкой солнечным излучением работает следующим о6разом.

Параболоцилиндрическое зеркало 1 направляет(фиг,2) поток падающего на него солнечного излучения 12 на зеркальную поверхность сопряженного с ни второго параболоцилиндрического:еркала 2.

Благодаря софокусности зеркал и 2 зеркало 2 формирует практически параллельный (с точностью до углового размера

Солнца а, = 0,5О) пучок солнечных лучеи, направленный на входное окно фоклина 3.

Фоклин 3 фокусирует падающее на его входное окно солнечное излучение 12 в полость его выходного окна — на входную щель 8 цилиндрической оболочки 5, проходя которую, солнечное излучение направляется на боковую поверхность активного элемента 4. Поглощаясь в лазерных световодах активного элемента 4, солнечное излучение инвертирует в них населенность

+3ъ активных центров (например, ионов Nd ) и индицирует в них лазерное иэлучен«е 10.

Распространяясь в две стороны вдоль световодов активного элемента 4, лазерное излучение либо вы .одит из с=ободных от зеркал 9 торцов световодов, либо проходит в них двойной путь, отражаясь от зеркал 9 на другом конце световода, Для более полного использован ля потока излучения 12 активной средой лазера час ь излучения 12, не поглощенная при поперечном проходе активного элемента 4, отражается оболочкой 5, имеющей зеркальную внутреннюю поверхность, и вновь направляется ею на активный элемент 4, 5

Лазерные световоды располагают либо по образующей цилиндрической оболочки

5, либо во всем объеме, ограниченном оболочкой 5.

Расчет предлагаемого световодного лазера с накачкой солнечным излучением, выполненный согласно описываемому устройству, доказывает, что предлагаемый лазер позволяет преобразовывать солнечную энергию в лазерное излучение с КПД, определяемым КПД твердотельных лазерных световодов и, например, для неодимовых световодов КПД лазера vari 3 — 4 .

Выходная мощность лазерного излучения

15 составляет в этом случае 30 — 40 Вт с 1 м площади раскрыва большего параболоцилиндрического зеркала.

Предлагаемая конструкция лазера с солнечной накачкой позволяет получать не20 прерывную генерацию на протяжении 5-6 ч в день без слежения гелиоконцентратора за солнцем, если гелиоконцентратор лазера установлен таким образом, что его продольная плоскость симметрии совпадает со

"5 средней плоскостью движения Солнца.

Благодаря новому конструктивному решению предлагаемый лазер является полностью автономным устройством на активном элементе и с общим КПД, близ30 ким к предельному КПД солнечно-лазерно го преобразования в активной среде лазера.

Формула изобретения

Световодный лазер с накачкой солнечным излучением, включающий вогнутое

35 входное зеркало, формирующее вогнутое зеркало, рефлектор с внутренними отражающи ли стенками, оптически сопряженный с формирующим вогнутым зеркалом, систему охлаждения и активный элемент. о т л и ч а40 ю шийся тем, что, r, целью повышения

КПД и упрощения систе лы охлаждения, зеркала выполнены пара 5олоцилиндрическими, входное вогнутое зеркало имеет щелевидное отверстие, рефлектор выпол45 нен в виде параболоцилиндрического фоклина, расположенного с теневой стороны входного зеркала и сопряженного со щелевым отверстием своим входным отверстием, при этом активный элемент расположен

50 в выходном отверстии фоклина, а система охлаждения выполнена в виде радиатора и расположена с теневой стороны входного зеркала.

1669024

1669024

Составитель А. Семин

Редактор Л. Гратилло Техред М.Моргентал Корректор М. Демчик

Заказ 2657 Тираж 297 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

А . Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101