Фоконный полупроводниковый электроразрядный лазер

Использование: для создания лазеров пикосекундного диапазона (от УФ до ИК области спектра) в устройствах оптоэлектроники, оптической связи, при исследовании быстропротекающих процессов в биологических тканях и в регистрирующих приборах. Сущность изобретения заключается в том, что фоконный полупроводниковый электроразрядный лазер (ФПЭЛ) содержит генератор наносекундных импульсов высокого напряжения, передающую линию, камеру с электродами и лазерной мишенью, камера состоит из двух отсеков, разделенных перегородкой из диэлектрического материала с отверстием в центре и заполнена газом (воздух, азот, гелий и др.), давление которого устанавливается в пределах 0,1-5 Торр, лазерная мишень состоит из конического волоконного световода (фокона) и плоскопараллельной полупроводниковой пластины, закрепленной на вершине конуса. Технический результат: обеспечение возможности улучшения направленности лазерного излучения, увеличения изображения ближней зоны излучения. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к устройствам квантовой электроники и электрофизики, а более конкретно, к полупроводниковым электроразрядным лазерам (ПЭЛ), возбуждаемым импульсами высокого напряжения, и может быть использовано в устройствах оптоэлектроники, оптической связи, при исследовании быстропротекающих процессов в биологических тканях и регистрирующих приборах.

Известны полупроводниковые лазеры, возбуждаемые электронным пучком [О.В. Богданкевич «Полупроводниковые лазеры», Из-во «Наука», (1976). Н.Г. Басов и др. Авт. свид. №270100, бюл. изобретений, 1970 г., №16, стр.57), и стримерные, возбуждаемые наносекундными (10-7-10-8 с) импульсами высокого напряжения [А.С. Насибов и др. Авт. Свид. №807962, от 12.02. 1980. Н.Г. Басов др. Письма в ЖЭТФ, 19, 650, (1974)].

Принцип работы таких лазеров состоит в следующем. В результате ударной ионизации под действием электронного пучка или электрического поля в полупроводнике образуется плотная электронно-дырочная плазма, в которой возникают условия для усиления и генерации лазерного излучения. Существенным недостатком таких лазеров при возбуждении генерации электронным пучком является малый объем активной области, ограниченный глубиной проникновения электронного пучка (единицы - десятки микрон), а в случае стримерных лазеров - возникновение генерации лазерного излучения вдоль определенных кристаллографических направлений и малый диаметр генерирующей области (до десятка микрон), что связанно с распределением электрических полей в кристалле, ограничивает мощность и увеличивает расходимость излучения. Перечисленные недостатки в значительной мере устраняются изменением конструкции ПЭЛ и применением пикосекундных импульсов высокого напряжения [Г.А. Месяц и др., ЖЭТФ 133(6), 1162, (2008)]. Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является ПЭЛ, описание которого приведено в патенте на изобретение [Бережной К.В. и др. Патент РФ на изобретение №2393602 (2010)]. Устройство такого ПЭЛ показано на фиг 1.

Устройство содержит генератор высоковольтных импульсов (на фиг.1 не показан), передающую линию 1, камеру 2, катодный электрод 3 напротив полупроводниковой пластины 6 лазерной мишени (ЛМ) и электрод 4 напротив подложки 5. ЛМ состоит из плоскопараллельной полупроводниковой пластины 6 и подложки 5, соединенных между собой тонкой диэлектрической прослойкой 7. Полупроводниковая пластина изготавливается из двойного или тройного прямозонного полупроводникового соединения А2В6 (ZnS, ZnSe. CdS, CdSe, ZnSSe, ZnCdS, CdSSe) или А3В5 (GaAs. GaN, GaAlN, GaAlAs, A1N, InN и т.п.). Подложка 5 изготавливается из диэлектрического материала с высокой электрической прочностью и диэлектрической проницаемостью, меньшей или равной величине диэлектрической проницаемости полупроводниковой мишени (оргстекло, тефлон, и т.п.). На подложке с целью концентрации электрического поля в заданном месте сделано одно или несколько отверстий заданной конфигурации (щель, овал, окружность и т.п.). Принцип работы ЛМ в этом случае заключается в следующем. Наибольшая напряженность электрического поля возникает в воздушном промежутке отверстия диэлектрической подложки 5 между полупроводниковой пластиной 6 и краями отверстия в заземленном электроде 4. После достижения пробивного напряжения происходит закорачивание воздушного промежутка и соответственно все напряжение прикладывается к полупроводниковой пластине, что приводит в свою очередь к возникновению каналов разряда в полупроводниковой пластине по периметру отверстия и при превышении пороговой напряженности электрического поля к генерации лазерного излучения. Меняя расстояние от плоскости заземленного экрана 4 до плоскости подложки 5 можно менять параметры (интенсивность, мощность) излучения.

К основным недостаткам данного устройства ПЭЛ можно отнести:

1. Наличие высокого напряжения 100-200 кВ в промежутке катод 3 - полупроводниковая пластина 6, что создает технические трудности при выводе излучения непосредственно с плоскости полупроводниковой пластины ЛМ.

2. Необходимость перемещения анодного кольцевого электрода вдоль оси анод - катод для регулировки интенсивности и мощности излучения.

3. Нарушение стабильности положения генерирующей области с уменьшением напряжения до нескольких десятков кВ.

Задачей, решаемой изобретением, является улучшение излучательных характеристик (КПД и направленность излучения), устранение технических трудностей при выводе излучения и перемещения анодного кольцевого электрода вдоль оси анод - катод, улучшение стабильности положения генерирующей области.

Устройство предлагаемого изобретения (фиг.2) содержит генератор наносекундных импульсов высокого напряжения (не показан), передающую линию 1, газонаполненную камеру 2 со штуцером для откачки и заполнения камеры газом, фланец с отверстием для выхода излучения 5. В камере размещены: диэлектрическая перегородка с отверстием по центру 3, катодный электрод с наконечником 7, фоконная лазерная мишень (ФЛМ), состоящая из конического волоконного световода с изменяющимся диаметром (фокона) 4 и полупроводниковой пластины 6, закрепленной на вершине конуса фокона.

Приведенное устройство обеспечивает получение следующих технических результатов:

- стабилизирует положение канала разряда, увеличивает объем активной области лазера, снижает порог генерации и соответственно увеличивает мощность и эффективность работы лазера;

- развязывает от высокого напряжения выходную оптику; увеличивает изображение ближней зоны излучения; облегчает ввод излучения в волоконные кабели и улучшает диаграмму направленности лазерного излучения.

Технический результат достигается тем, что:

- камера с электродами и лазерной мишенью состоит из двух отсеков, разделенных перегородкой из диэлектрического материала с отверстием в центре, и заполнена газом (воздух, Не, Ne, Ar, N2), давление которого можно менять в пределах от 0,1 Торр до атмосферного;

- наконечник катодного электрода, на который подается импульс отрицательной полярности, установлен напротив отверстия в перегородке из диэлектрического материала и изготовлен в виде конуса из материала, обычно используемого в катодах со взрывной эмиссией ЭП (сталь, графит, вольфрам и др.);

- лазерная мишень состоит из конусообразного волоконного световода с усеченной вершиной (фокона) и плоскопараллельной полупроводниковой пластины, закрепленной на вершине конуса;

- плоскопараллельная полупроводниковая пластина лазерной мишени изготовлена из высокоомного ≥108 Ом·см соединения А2В6, причем плоскости пластины сориентированы под углом 90° к одному из направлений распространения стримерного разряда;

- диаметр отдельного конусообразного волокна фокона со стороны вершины выбирается с учетом диаметра канала разряда и обычно не превышает din~100-300 мкм, а диаметр выходной плоскости dou и длина фокона выбираются с учетом требований к углу расходимости излучения на выходе из фокона, электрической прочности и оптических потерь;

- на плоскость полупроводниковой пластины лазерной мишени со стороны катодного электрода нанесено отражающее покрытие с коэффициентом отражения R1=100%, а на противоположную покрытие с коэффициентом отражения R2, определенным экспериментально и соответствующим максимальному значению функции выхода излучения;

- отражающее покрытие, нанесенное на плоскость полупроводниковой пластины со стороны катодного электрода, является металлическим и выполняет функцию электрода, через который происходит возбуждение лазерной мишени электронным пучком и разрядом.

Рассмотрим подробнее требования к элементам конструкции, обеспечивающим достижение качественно нового эффекта.

Генератор импульсов высокого напряжения (ГИН). Параметры ГИН - амплитуда А=50-100 кВ, длительность τ=1-3 нс и крутизна нарастания напряжения импульса dU/dt≥*1013 B/c, выбираются из соображений достижения высокой степени ударной ионизации и энергии ЭП, при которой не возникают радиационные дефекты и разрушение образца при переходе из стадии стримерного разряда в стадию пробоя.

Передающая линия 1. Волновое сопротивление коаксиальной передающей линии согласованно с волновым сопротивлением ГИН и обычно не превышает ρ=50-100 Ом.

Газонаполненная камера (камера) 2 предназначена для размещения в ней основных элементов ПЭЛ. Для выхода излучения во фланце камеры 5 имеется отверстие, диаметр которого согласован с диаметром основания конуса фокона 4. Основным отличием камеры является то, что она заполнена газом (воздух, Не, Ne, Ar, N2), в котором в сильном электрическом поле на первой стадии разряда образуются ускоренные электроны, которые принято называть убегающими [Месяц и др. Письма в ЖТФ, 32, №1,35 (2006), Тарасенко В.Ф., Яковленко С.И. УФН, 176 (7), 793 (2006)]. Откачка и заполнение камеры газом выполняется через штуцер.

При изменении давления газа длительность, энергия и ток ЭП могут меняться в широких приделах от десятков до сотен пс. В работе [А.С. Насибов и др., Краткие сообщения по физике ФИАН, №4, стр.17-22, (2011)] показано, что плотность тока УЭ при изменении давления от 0.1 Торр до атмосферного может быть достаточна для возбуждения в широкозонном полупроводнике суперлюминесценциии и генерации лазерного излучения длительностью в десятки-сотни пикосекунд. Данное явление использовано в предлагаемом изобретении для последовательной накачки ПЭЛ электронным пучком и затем разрядом. Меняя давление газа от атмосферного (760 Торр) до 0,1-0,5 Торр можно менять длительность и интенсивность лазерного излучения в широком диапазоне (10-11-10-9 с, 106-108 Вт/см2).

Катодный электрод (КЭ) 7 предназначен для формирования ЭП и последующего газового разряда в промежутке между КЭ и плоскостью полупроводниковой пластины 6. Наконечник КЭ в виде конуса с радиусом закругления вершины 0,5-1 мм выполнен из материала, обычно используемого в катодах со взрывной эмиссией ЭП (сталь, графит, вольфрам и др.). Вершина конуса установлена напротив отверстия в перегородке 3. Зазор между вершиной конуса и плоскостью лазерной мишени выбирается в процессе настройки устройства и обычно составляет 0.1-1 мм. На катод по передающей линии 1 от ГИН подается импульс высокого напряжения отрицательной полярности.

Диэлектрическая перегородка с отверстием 3 изготовлена из диэлектрика с высокой электрической прочностью (полистирол, оргстекло, тефлон др.) и выполняет функции подложки ФЛМ и концентратора электрического поля. Диаметр отверстия обычно равен нескольким мм.

Фоконная лазерная мишень (ФЛМ) состоит из пассивной части - фокона 4, представляющего собой объединенные конусообразные стеклянные волокона, диаметр которых расширяется по ходу светового луча и активной части - плоскопараллельной полупроводниковой пластины 6, которая закреплена на усеченной вершине фоконного конуса.

Применение фокона позволило: развязать от высокого напряжения выходную оптику, увеличить изображение ближней зоны излучения, обеспечить ввод излучения в волоконные кабели и улучшить диаграмму направленности лазерного излучения. В случае отсутствия фокона возникает опасность высоковольтного пробоя на оптические элементы, которые обычно размещаются в газовой камере, в непосредственной близости от полупроводниковой пластины (линзы, зеркала, волоконные кабели). Применение фокона исключает эти трудности, перенося изображение ближней зоны генерации, возникающей в полупроводниковой пластине, на уровень фланца камеры ПЭЛ (Фиг.2).

Параметры фокона выбираются из следующих соображений:

1. Материал из которого изготовлены волокна фокона должен обеспечить максимальную прозрачность в области лазерного излучения и высокую электрическую прочность.

2. Коэффициент увеличения фокона Kf=Dou/Din (где Dou/Din - отношение выходного диаметра фокона к входному) должен обеспечить нужный для ввода в оптическое волокно диаметр излучения на выходной плоскости фокона. Диаметр отдельного волокна на входной плоскости фокона обычно не превышает din≈300 мкм, а на выходной dou≈600 мкм при длине фокона Lf=2-2.5 см. Применение фокона позволяет также улучшить направленность лазерного излучения. Оценить уменьшение угла расходимости Θ лазерного излучения ФЛМ можно пользуясь формулой:

SinΘou=SinΘin/Kf,

Θou и Θin - углы расходимости излучения на входе и выходе фокона. При малых углах Θin≤15°, угол расходимости излучения на выходе из фокона можно оценить по упрощенной формуле:

Θou≈Θin/Kf.

Плоскопараллельная полупроводниковая пластина 6 ФЛМ выполняется из прямозонных соединений А2В6 (ZnS, ZnSe. CdS, CdSe, ZnSSe, ZnCdS, CdSSe) или А3В5 (GaAs. GaN, GaAIN, GaAlAs, AlN, InN и т.п.). Перечисленные соединения позволяют получить генерацию лазерного излучения в диапазоне от УФ до ИК области спектра. Существенным требованием к материалу пластины является то, что он должен быть высокоомным ≥108 Ом·см. В случае низкоомного материала уменьшается длина стримера в полупроводнике и падает эффективность излучения. Вторым требованием, выполнение которого увеличивает эффективность работы лазера, является выполнение условия ортогональности направления развития стримера к плоскостям пластины. Для определения этого направления к монокристаллу, из которого вырезается пластина, прикладывается импульс высокого напряжения и фиксируется направление распространения стримера. Толщина пластины h выбирается из условия h≤1/2L, где L - полная длина стримера, соответствующая рабочему напряжению ГИН. Обычно при амплитуде ГИН 50-100 кВ толщина пластины выбирается в пределах от 0,1 до 0,5 см. С целью уменьшения порога генерации и увеличения эффективности ПЭЛ на части плоскости пластины напротив отверстия в диэлектрической перегородке 3 наносятся металлические или диэлектрические отражающие покрытия с коэффициентом отражения R1≈100% со стороны катодного электрода и R2≈50-60% с противоположной. Металлическое отражающее покрытие, нанесенное на плоскость пластины со стороны катодного электрода, выполняет функцию электрода, через который происходит возбуждение лазерной мишени электронным пучком и разрядом. Диаметр металлических покрытий dL должен удовлетворять условию dL≤D0, где D0 - диаметр отверстия в перегородке камеры. Выполнение этого условия необходимо для исключения пробоя по поверхности пластины на стенки камеры.

Для закрепления пластины и предотвращения пробоя по поверхности могут быть использованы: оптический клей, трансформаторное масло, вакуумная замазка или другой вид вязкого диэлектрика.

Рассмотрим в качестве примера условия возникновения генерации в ФЛМ с полупроводниковой пластиной из монокристалла сульфида кадмия. Для возникновения генерации необходимо, чтобы усиление G компенсировало потери в оптическом резонаторе, образованном плоскостями пластины:

Gz0az0P(h-z0)+ΔRD,

где αa, αP - потери на поглощение в активной и пассивной областях резонатора;

ΔR, ΔD - потери на зеркалах и дифракционные;

z0, - длина возбужденной области;

h - расстояние между плоскостями пластины.

При электронном возбуждении обычно: αa=2-3 см-1; αP=20-30 см-1; ΔR=0.5 In/R1R2/, R1, R2 - коэффициенты отражения зеркал; ΔD=0.207*N-1,4, где N=d2*n/4*λ*h - число Френеля, d - диаметр возбужденной области, n - коэффициент преломления полупроводника, λ - длина волны излучения. При h=0,1-0,5 см и скорости движения фронта ионизации v0=5*108-109 см/с время прохождения фронтом разряда длины резонатора τ=h/v0≤10-9 c, что не превышает время жизни 1-3 нс неравновесных носителей в CdS при комнатной температуре и изменении их концентрации от 5*1018 до 1019 см-3 [В.И. Козловский и др. Квантовая электроника, 33,1, 48 (2003)]. В этом случае можно считать z0=h и пренебречь потерями αP. Дифракционные потери ΔD при n=2.5, d=2*10-2 см, λ=5.25*10-5 см, h=0.5 см пренебрежимо малы. Для пластины из сульфида кадмия при R1=R2=0.18 ΔR=1.7 и пороговый коэффициент усиления Gth≈αаR/h≈6 см-1.

В этом случае можно пренебречь потерями αP и считать z0=h. Для пластины из сульфида кадмия R1=R2=0.18 и ΔR=1.7. Дифракционные потери ΔD при n=2.5, d=2*10-2 см, λ=5.25 10-5 см и h=0.5 см, ΔD≈5 и пороговый коэффициент усиления Gth≈αа+(ΔRD)/h≈15 см-1. В этом случае для генерации лазерного излучения при комнатной температуре достаточно достичь концентрации неравновесных носителей 1018-1019 см-3. Таким образом, для возникновения лазерного излучения в ФЛМ необходимо выполнить два условия:

1. Число суммарных потерь в резонаторе не должно превышать величину усиления.

2. Время прохождения разрядом длины резонатора должно быть меньше времени жизни неравновесных носителей τ=h/v0ж.

Особенностью предлагаемого изобретения является режим работы, при котором ФЛМ последовательно возбуждается пучком УЭ, а затем электрическим разрядом. Рассмотрим пример обеспечения работы такого режима, когда выполнены вышеприведенные условия генерации для пластины из CdS толщиной 0.5 см. Параметры импульса ГИН: амплитуда U=100 кВ, длительность фронта τf=0.5 нс, длительность по основанию tр=1.2 нс и крутизна нарастания напряжения импульса А=dU/dt=2*1014 B/c. Камера заполнена воздухом, давление которого можно менять в пределах р=0.1-5 Торр. На фиг.3 и 4 даны экспериментально полученные зависимости амплитуды и длительности импульса тока электронного пучка от давления в камере. Видно, что в пределах от 0.5 до 1 Topp амплитуда тока ЭП меняется незначительно, а длительность уменьшается на ~30%. При дальнейшем увеличении давления до 5 Торр длительность тока ЭП сокращается до 100 пс, а амплитуда тока уменьшается до 40% от Imax. Длительность импульса, за которую фронт разряда распространится от одной плоскости ЛМ до противоположной, τ=h/v0=10-9 c, в этом случае длительность действия ЭП te=tp-τ=1.2-1=0.2 нс. Этому значению длительности на фиг.4 соответствует давление в камере ~3 Торр и напряжение U=A*te=2*1014*0.2*10-9=4*104 B. Таким образом на пластину CdS в течение 200 пс будет действовать ЭП с максимальной энергией 40 кэВ, а затем происходит замыкание (пробой) промежутка катод-пластина и в течение 1 нс движение стримера от одной плоскости пластины к другой, что приводит к возникновению генерации лазерного излучения.

Максимальная импульсная мощность лазерного излучения, полученная в фоконном ПЭЛ, достигала 10 кВт при длительности импульса 200-500 пс. На фиг.5 и 6 даны внешний вид камеры лазера с фоконным выходом и ближняя и дальняя зоны генерации ФЛМ.

1. Полупроводниковый электроразрядный лазер, содержащий генератор высоковольтных импульсов, передающую линию, камеру с электродами и полупроводниковую лазерную мишень, отличающийся тем, что камера с электродами и лазерной мишенью состоит из двух отсеков, разделенных перегородкой из диэлектрического материала с отверстием в центре, и заполнена газом (воздух, Не, Ne, Ar, N2), давление которого можно менять в пределах от 0,1 Торр до атмосферного, при этом лазерная мишень состоит из конусообразного волоконного световода с усеченной вершиной (фокона) и плоскопараллельной полупроводниковой пластины, закрепленной на вершине конуса.

2. Полупроводниковый электроразрядный лазер по п.1, отличающийся тем, что наконечник катодного электрода, на который подается импульс отрицательной полярности, установлен напротив отверстия в перегородке из диэлектрического материала и изготовлен в виде конуса из материала, обычно используемого в катодах со взрывной эмиссией ЭП (сталь, графит, вольфрам и др.).

3. Полупроводниковый электроразрядный лазер по п.1, отличающийся тем, что плоскости полупроводниковой пластины сориентированы под углом 90° к одному из направлений распространения стримерного разряда.

4. Полупроводниковый электроразрядный лазер по п.1, отличающийся тем, что диаметр отдельного конусообразного волокна фокона со стороны вершины выбирается с учетом диаметра канала разряда и обычно не превышает din~100-300 мкм, а диаметр выходной плоскости dou и длина фокона выбираются с учетом требований к углу расходимости излучения на выходе из фокона, электрической прочности и оптических потерь.

5. Полупроводниковый электроразрядный лазер по п.1, отличающийся тем, что на плоскость полупроводниковой пластины лазерной мишени со стороны катодного электрода нанесено отражающее покрытие с коэффициентом отражения R1=100%, а на противоположную - покрытие с коэффициентом отражения R2, определенным экспериментально и соответствующим максимальному значению функции выхода излучения.

6. Полупроводниковый электроразрядный лазер по п.4, отличающийся тем, что отражающее покрытие, нанесенное на плоскость полупроводниковой пластины со стороны катодного электрода, является металлическим и выполняет функцию электрода, через который происходит возбуждение лазерной мишени электронным пучком и разрядом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области генерирования СВЧ колебаний и может использоваться в системе электропитания, связи, телеметрии. Достигаемый технический результат - повышение качества информации, передаваемой по СВЧ трафику, за счет повышения отношения сигнал/шум, увеличение КПД.
Изобретение относится к лазерной технике и технике формирования пучков заряженных частиц и генерации потоков электромагнитного излучения. Изобретение может использоваться, в частности, для разработки и получения источников импульсного (когерентного) электромагнитного ионизирующего излучения в гамма- и рентгеновском диапазонах спектра.

Изобретение относится к лазерной технике. Устройство для формирования объемного самостоятельного разряда содержит герметичный корпус, в котором вдоль оси установлены два протяженных профилированных электрода, гальванически связанных с импульсным источником питания.

Группа изобретений относится к медицинской лазерной технике , а именно к лазерной хирургии биотканей. Используют две длины волн в инфракрасном диапазоне, подводимые к месту рассечения по одному и тому же оптоволокну.

Изобретение относится к области плазмохимии, в частности к способу и реактору для плазмохимического синтеза, и может быть использовано при создании плазмохимических реакторов на основе лазеров.

Изобретение относится к квантовой электронике. Лазерная система содержит шасси, на котором размещены первый и второй идентичные лазерные модули.

Изобретение относится к оптике. Способ оптического усиления лазерного излучения включает разделение исходного излучения по нескольким каналам, усиление излучения в каналах и формирование однонаправленного излучения на выходе из каналов.

Изобретение относится к области технологии изготовления оптических элементов и касается способа изготовления матриц сложной формы для заготовок элементов светоотражающих систем.

Изобретение относится к лазерной технике. Эксимерная лазерная система содержит шасси, на котором размещены: импульсный источник питания, выводы которого малоиндуктивно подсоединены к конденсаторам каждого лазерного модуля; дополнительный источник питания с полярностью, противоположной полярности источника питания, подключенный к дополнительным конденсаторам через торцы каждого керамического контейнера; первый лазерный модуль и второй лазерный модуль, идентичный первому.

Изобретение относится к лазерной технике. В газоразрядном лазере конденсаторы, малоиндуктивно подключенные к электродам лазера, размещены вблизи первого электрода в керамических контейнерах.

Изобретение относится к области лазерной физики и технике формирования мощных импульсов СО2 лазера. Оно обеспечивает генерацию коротких импульсов большой энергии, имеющих минимальную угловую расходимость, что позволяет получать высокоинтенсивные пучки СО2 лазера, предназначенные, в частности, для создания лазерно-плазменного источника ионов. Устройство состоит из одномодового задающего генератора, работающего на линии Р(20) 10-мкм полосы СО2, оптической системы согласования и трехпроходового СО2-усилителя, образованного широкоапертурной активной средой СО2 лазера и резонансно-поглощающей ячейкой SF6+N2 (воздух) атмосферного давления, которые последовательно размещены внутри и на оси конфокального телескопа, включающего большое вогнутое и малое выпуклое зеркала. Изобретение базируется на многократном прохождении импульса задающего генератора последовательно через резонансно-усиливающую и резонансно-поглощающую среду, что увеличивает крутизну нарастания начального импульса и приводит к компрессии импульса по длительности при нелинейном усилении, эффективно повышая его мощность. Трехкратное прохождение резонансных сред поглотителя и усилителя в аксиально-симметричной геометрии, во-первых, позволяет многократно применить описанный способ, а во-вторых, позволяет использовать пространственные эффекты повышения светового поля в соответствующих точках среды за счет интерференции, что повышает эффективность компрессии импульса в усилителе. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области лазерных технологий. Способ получения оптического разряда в газе состоит в оптическом пробое газа с образованием поглощающей плазменной области и ее поддержании в луче лазера в течение длительности его воздействия. При этом пробой газа с образованием плазменной области осуществляют путем фокусировки излучения короткоимпульсного лазера, а поддержание плазменной области осуществляют в резонаторе непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса за счет многократного прохождения излучения непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса через оптический разряд. Технический результат заключается в повышении эффективности использования энергии лазера. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Импульсный двухрежимный твердотельный лазер содержит поворотную двухгранную прямоугольную призму для излома оси резонатора, активный элемент (АЭ), выполненный с ВКР-преобразованием, клиновый компенсатор, вторую двухгранную прямоугольную призму, составляющую с выходным зеркалом единый концевой элемент резонатора и лампу накачки. Дополнительно установлены с возможностью ввода/вывода из зоны лучей между АЭ и второй двухгранной призмой две размещенные под углом 90 град. относительно друг друга плоскопараллельные пластины (ПП) и между первой прямоугольной призмой и АЭ - пассивный лазерный затвор (ПЛЗ1). На входные поверхности плоскопараллельных пластин (ПП) и ПЛЗ1 нанесено светоделительное покрытие, минимально отражающее излучение для рабочих длин волн и максимально отражающее излучение для нерабочей длины волны. Пассивный лазерный затвор ПЛЗ1 наклонен относительно торца АЭ на угол α>d/L, где L - расстояние от АЭ до ПЛЗ1, d - диаметр АЭ. Плоскопараллельные пластины и первый пассивный лазерный затвор (ПЛЗ1) выполнены с возможностью вывода из резонатора с одновременным вводом в резонатор второго пассивного лазерного затвора (ПЛЗ2). Технический результат заключается в обеспечении возможности работы лазера как в безопасном для глаз диапазоне волн, так и на длине волны излучения основного перехода. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах электропитания, связи, управления, телеметрии. Технический результат состоит в увеличении энергии взаимодействия электронов в пучке, а следовательно, мощности СВЧ-генерации и кпд системы электропитания. Способ генерации СВЧ квантов заключается в формировании электронного пучка при помощи электронной пушки с одновременной модуляцией его анодным полем электронной пушки на рабочей частоте системы электропитания, последующем сжатии электрическим полем, например, двойного электрического слоя для повышения энергии пучка и плотности заряда и дальнейшей остановки электронов при помощи барьера, состоящего из диэлектрического и электропроводящего слоев, во время которой электроны отдают энергию в виде электромагнитных квантов с параметрами, зависящими от значения корректирующего напряжения поля рабочей частоты, которым воздействуют на сжатый электронный пучок до остановки электронов. Затем электроны направляют в систему электропитания для получения электрической мощности рабочей частоты. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к вертикально-излучающим лазерам с брэгговскими отражателями на основе наногетероструктур, работающим в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазоне. Задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание вертикально излучающих лазеров с однородными слоистыми металлическими контактами, находящимися внутри резонатора, с повышенным коэффициентом полезного действия и улучшенными параметрами лазерного излучения. Техническим результатом, позволяющим выполнить поставленную задачу, является снижение электрического сопротивления структуры, обеспечение однородности электрического тока накачки, а также подавление поглощения света металлическими слоями. Результат достигается за счет того, что внутрь резонатора вертикально излучающего лазера с брэгговскими зеркалами и внутрирезонатрными металлическими контактами, между брэгговским отражателем и активной областью вводятся металлические слои, которые одновременно являются контактами и элементами резонатора, формирующими собственную моду электромагнитного поля, причем толщина слоев брэгговского отражателя, примыкающего к металлическому слою, отличается от остальных слоев брэгговского отражателя, что обеспечивает такую пространственную структуру собственной моды электромагнитного поля, используемой для лазерной генерации, что узлы электрического поля совпадают по положению с металлическими слоями, что значительно уменьшает поглощение света металлическими слоями, при этом обеспечивается максимальное перекрытие электрического поля собственной моды лазера и активной области. 2 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Импульсный твердотельный лазер содержит активный элемент, осветитель, включающий лампу накачки и отражатель, а также резонатор, включающий призму-крышу и плоское зеркало, установленные с противоположных торцов активного элемента таким образом, что ребро призмы-крыши и грань плоского зеркала перпендикулярны оптической оси активного элемента, размещенного рядом с лампой накачки в отражателе. В лазер введены фланец, закрепленный на отражателе с противоположной стороны от призмы-крыши, и модулятор добротности, размещенный внутри отражателя. Плоское зеркало выполнено полупрозрачным и неподвижно закреплено на фланце перед выходным торцом активного элемента, а призма-крыша установлена за противоположным торцом активного элемента с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной ее ребру и оптической оси активного элемента и параллельной гипотенузной грани призмы-крыши. Технический результат заключается в обеспечении возможности упрощения конструкции и снижения трудоемкости изготовления лазера. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение может быть использовано в производстве водородсодержащих наночастиц. Способ получения наночастиц металлов, насыщенных водородом, включает лазерную абляцию массивной металлической мишени, помещенной в жидкость с протонным типом проводимости. В процессе абляции на мишень подается отрицательное смещение по отношению к погруженному в рабочую жидкость аноду. Устройство для получения указанных наночастиц включает абляционную камеру с пробкой и входным оптическим окном для лазерного излучения, массивную металлическую мишень, помещенную в жидкость, заполняющую абляционную камеру. Вне пределов абляционной камеры расположен лазер с оптической системой, фокусирующей лазерное излучение через оптическое окно на мишень. Устройство снабжено расположенным вне абляционной камеры источником постоянного тока и погруженными в рабочую жидкость анодом, выполненным из химически нейтрального проводящего материала, и катодом, выполненным из материала с высокой электропроводностью. Катод электрически соединен с мишенью. Изобретение позволяет получить насыщенные водородом наночастицы алюминия, титана, палладия, золота, железа, увеличить скорость их получения, снизить энергетические затраты, упростить процесс и оборудование. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

Способ создания активной среды KrF лазера включает в себя зажигание объемного разряда в лазерной смеси после подачи импульсного напряжения на разрядный промежуток, включение искровой предыонизации, создающей предварительную ионизацию газа в разрядном промежутке, и пробой разрядного промежутка. Объемный разряд зажигают биполярным импульсом разрядного тока с общей длительностью 70-85 нс, передним фронтом 8-10 нс и максимальной удельной мощностью накачки (3.5-4.5) МВт/см3, тем самым создают активную среду с большей длительностью существования, что позволяет повышать эффективность и энергию лазерного излучения. 2 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Квантрон твердотельного лазера с термостабилизацией диодной накачки содержит размещенные в корпусе в виде многогранника: активный элемент, матрицы лазерных диодов, расположенные вокруг и вдоль активного элемента равномерно, и систему охлаждения, выполненную в виде двух независимых контуров для охлаждения активного элемента и матриц, контур охлаждения активного элемента содержит трубку, охватывающую активный элемент с образованием кольцевого канала шириной δ, и входной, выходной коллекторы, из которых выходят каналы. Квантрон снабжен световодами, расположенными параллельно оси активного элемента, контур охлаждения матриц содержит термоинтерфейс, теплоотводы и элементы термостабилизации, размещенные в теплообменном модуле и теплообменниках. В качестве элементов термостабилизации используются нагреватели и элементы охлаждения. Технический результат заключается в обеспечении возможности упрощения системы охлаждения активного элемента. 2 ил.

Устройство для совмещения нескольких лучей включает в себя: секцию сдвига фаз, секцию наложения, секцию регистрации и секцию регулирования фазы. Секция сдвига фаз формирует группу лазерных лучей со сдвигом фаз за счет выполнения сдвига фаз для каждого луча из группы лазерных лучей. Секция наложения формирует группу лазерных лучей, полученных наложением, за счет выполнения наложения опорного лазерного луча и каждого луча из группы лазерных лучей со сдвигом фаз. Секция регистрации формирует данные интерференционной картины для пространственной интерференционной картины, которая появляется при регистрации каждого луча из группы лазерных лучей, полученных наложением. Секция регулирования фазы выполняет регулирование сдвига фаз на основе обратной связи в указанной секции сдвига фаз на основе данных интерференционной картины, полученных от каждого луча из группы лазерных лучей, полученных наложением, и приведения группы лазерных лучей со сдвигом фаз в требуемые состояния. Технический результат заключается в упрощении конструкции. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Использование: для создания лазеров пикосекундного диапазона в устройствах оптоэлектроники, оптической связи, при исследовании быстропротекающих процессов в биологических тканях и в регистрирующих приборах. Сущность изобретения заключается в том, что фоконный полупроводниковый электроразрядный лазер содержит генератор наносекундных импульсов высокого напряжения, передающую линию, камеру с электродами и лазерной мишенью, камера состоит из двух отсеков, разделенных перегородкой из диэлектрического материала с отверстием в центре и заполнена газом, давление которого устанавливается в пределах 0,1-5 Торр, лазерная мишень состоит из конического волоконного световода и плоскопараллельной полупроводниковой пластины, закрепленной на вершине конуса. Технический результат: обеспечение возможности улучшения направленности лазерного излучения, увеличения изображения ближней зоны излучения. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх