Импульсный двухрежимный твердотельный лазер


 


Владельцы патента RU 2548592:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Карат" (ОАО "НПО КАРАТ") (RU)

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 импульсным твердотельным лазерам, работающим в режиме активной модуляции добротности с возможностью генерации на двух фиксированных длинах волн, в том числе в безопасном для человеческого глаза диапазоне. Изобретение может быть применено в лазерных дальномерах, излучающих в безопасном для глаз диапазоне, в лазерных целеуказателях, для накачки параметрических генераторов.

Наибольший практический интерес представляет генерация безопасного для глаз излучения в интервале λ=1,53…1,55 мкм с возможностью генерации и на основной длине λн=1,064 мкм. Длина волны безопасного диапазона получается как первая стоксовая компонента излучения 1,32-1,35 мкм лазеров на кристаллических активных элементах, например ИАГ:Nd3+, КГВ:Nd3+.

Известен импульсный твердотельный лазер с преобразованием длины волны излучения на вынужденном комбинационном рассеянии (см. 1. Патент на изобретение РФ №2115983, М.кл. H01S 3/30, опубл. 20.07.1998 г.), содержащий в резонаторе, образованном глухим зеркалом, полностью отражающим излучение с длиной волны первой стоксовой компоненты и максимально пропускающим излучение с длинами волн, соответствующими нерабочим переходам активного элемента, и выходным зеркалом, полностью отражающим излучение, генерируемое на длине волны рабочего перехода активного элемента, частично пропускающим излучение на длине волны первой стоксовой компоненты и максимально пропускающим излучение с длинами волн, соответствующими нерабочим переходам активного элемента и второй стоксовой компоненты, модулятор добротности, выполненный на основе электрооптического элемента и поляризатора или на основе насыщающегося фильтра со временем релаксации, превышающим более чем на порядок время обхода резонатора, и максимально пропускающий излучение с длиной волны первой стоксовой компоненты, и кристаллический активный элемент из калий-гадолиниевого вольфрамата (КГВ), активированный ионами неодима, преобразующий генерируемую на рабочем переходе длину волны излучения λг=1,351 мкм в стоксовые компоненты (ВКР-преобразование), в том числе первую стоксовую компоненту λс=1,54 мкм.

Однако в данном лазере сложно изготовить селективные зеркала резонатора, имеющие минимальный (менее 1%) коэффициент отражения для основной длины волны излучения λн=1,067 мкм и максимальный (более 99%) коэффициент отражения для длин волн λ=1,351 мкм и λс=1,54 мкм. Кроме того, лазер не может генерировать на основной длине волны с более высокой энергией излучения.

Известен импульсный твердотельный двухчастотный лазер (см.2. патент на изобретение РФ №2227950, M.кл. H01S 3/107, опубл. 27.04.2004 г.), содержащий в двух резонаторах с общим выходным зеркалом активный элемент с ВКР-преобразованием (в конкретном случае КГВ:Nd3+), затвор на эффекте нарушения полного внутреннего отражения, по пути прямого и отраженного луча которого расположены поляризатор, электрооптический элемент, два «глухих» для длины волны излучения λс и прозрачных для излучения с длиной λн зеркала, концевой элемент резонатора для длины волны излучения λн.

Данный лазер позволяет работать с высокой эффективностью как на основной длине волны излучения λн, так и на безопасной для глаз длине волны λс=1,54 мкм.

Однако конструкция лазера сложна и его резонаторы недостаточно устойчивы к разъюстировкам из-за климатических и механических воздействий.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является выбранный в качестве прототипа твердотельный лазер (см. 3. Патент на изобретение РФ №2187868, М.кл. H01S 3/08, опубл. 20.08.2002 г.), содержащий поворотную двухгранную прямоугольную призму для излома оси резонатора, активный элемент, лампу накачки, клиновый компенсатор, вторую двухгранную прямоугольную призму, составляющую с выходным зеркалом единый концевой элемент резонатора с изломом оси резонатора, причем ребра призм при двухгранных преломляющих углах взаимно перпендикулярны, а ребро второй призмы, выполняющей роль глухого зеркала, перпендикулярно плоскости, проходящей через оси лампы накачки и активного элемента.

Известное устройство, обеспечивая высокую устойчивость к температурным и механическим воздействиям при работе на длине волны излучения λн, не имеет возможности генерации на безопасной для глаз длине волны излучения λс.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей лазера путем обеспечения его работы как в безопасном для глаз диапазоне волн, так и на длине волны излучения основного перехода λн в широком диапазоне температурных и механических воздействий.

Указанный технический результат достигается тем, что в лазере, содержащем первую двухгранную прямоугольную призму для излома оси резонатора, активный элемент (АЭ), клиновый компенсатор, вторую двухгранную прямоугольную призму, составляющую с выходным зеркалом единый концевой элемент резонатора, причем ребра призм при двухгранных преломляющих углах взаимно перпендикулярны, согласно изобретению между АЭ, который выполнен с ВКР-преобразованием, и второй двухгранной прямоугольной призмой дополнительно установлены две плоскопараллельные пластины (ПП), размещенные под углом 90° относительно друг друга, и пассивный лазерный затвор (ПЛЗ1), установленный между первой двухгранной прямоугольной призмой и АЭ с возможностью их ввода/вывода из оптической оси резонатора, на входные поверхности ПП и ПЛ31 нанесено оптическое покрытие, минимально отражающее излучение для рабочих длин волн и максимально отражающее излучение для нерабочих длин волн, при этом ПЛЗ1 наклонен относительно торца АЭ на угол α>d/L, где L - расстояние от АЭ до ПЛЗ1, d - диаметр АЭ, а плоскопараллельные пластины и первый пассивный лазерный затвор (ПЛЗ1) выполнены с возможностью вывода из резонатора с одновременным вводом в резонатор второго пассивного лазерного резонатора (ПЛЗ2).

Для обеспечения возможности ввода/вывода ПП, ПЛЗ1 и ПЛЗ2 предлагаемый лазер снабжен исполнительными механизмами.

Введение между АЭ, который выполнен с ВКР-преобразованием, и второй двухгранной прямоугольной призмой двух плоскопараллельных пластин, установленных под углом 90° относительно друг друга, с нанесенным на входные грани оптическим покрытием, минимально (не более 0,5%) отражающим излучение для рабочих длин волн и отражающим (не менее 70%) излучение для нерабочих длин волн, а также введение между АЭ и первой двухгранной прямоугольной призмой пассивного лазерного затвора ПЛЗ1, наклоненного относительно торца АЭ на угол α>d/L с нанесенным на входные грани оптическим покрытием, минимально (не более 0,5%) отражающим излучение для рабочих длин волн и максимально (не менее 90%) отражающим излучение для нерабочих длин волн, позволяет реализовать в лазере режим генерации на безопасной для глаз длине волны излучения.

Предлагаемое место установки плоскопараллельных пластин и первого пассивного лазерного затвора относительно активного элемента и наличие на их рабочих гранях оптического покрытия, отражающего излучение на нерабочей длине (в данном случае для АЭ из КГВ λн=1,067 мкм), исключает повторное попадание паразитного излучения на длине λн на АЭ, позволяя тем самым накапливать инверсную населенность, необходимую для развития генерации на безопасной для глаз длине волны.

Расположение двух плоскопараллельных пластин под углом 90° друг к другу исключает смещение осевого пучка относительно ребра второй двухгранной прямоугольной призмы в случае вывода плоскопараллельных пластин из резонатора для обеспечения работы в режиме генерации на длине волны λн при вводе второго пассивного лазерного затвора ПЛЗ2. Таким образом, положение ребра А (см.чертеж) всегда остается по центру АЭ, обеспечивая при этом правильную форму пучка излучения и равномерность прокачки АЭ.

На чертеже приведена оптическая схема устройства.

Согласно чертежу предлагаемый импульсный двухрежимный твердотельный лазер состоит из последовательно установленных концевого элемента, представляющего собой оптическую склейку второй двухгранной прямоугольной призмы 1(БР-180°), выполняющей роль «глухого» зеркала и выходного зеркала 2, двух плоскопараллельных пластин 3, установленных под углом 90° друг к другу, активного элемента (АЭ) 4 с ВКР-преобразованием, лампы накачки 5, клинового компенсатора 6, первого пассивного лазерного затвора (ПЛЗ1) 7 для длины волны λс=1,54 мкм, второго пассивного лазерного затвора (ПЛЗ2) 8 для длины волны λн=1,067 мкм и первой прямоугольной призмы 9 (БР-180°) для излома оси резонатора.

Работа устройства происходит следующим образом.

а) Режим генерации излучения на длине волны λс

Во время действия импульса накачки в активном элементе 4 с ВКР-преобразованием создается инверсная населенность. Спонтанное излучение, выходящее из торцов активного элемента 4 с ВКР-преобразованием (например, КГВ:Nd3+) на наиболее эффективной длине волны излучения λн=1,067 мкм, попадая на плоскопараллельные пластины 3 и на пассивный лазерный затвор 6, наклоненный относительно торца АЭ на угол α>d/L, за счет большого коэффициента отражения выводится из резонатора и не попадает на АЭ. В результате в резонаторе создаются условия для развития генерации на длине волны λг=1,351 мкм. При достижении плотности излучения, необходимой для просветления (открытия) пассивного лазерного затвора 6, в резонаторе возникает моноимпульсное излучение с длиной волны λг=1,351 мкм. Частотный сдвиг в активном элементе 4 с ВКР-преобразованием, равный Δ(λ)-1=901 см-1, приводит к возникновению в резонаторе излучения на первой стоксовой компоненте λс=1,54 мкм, которое через частично прозрачное для данной длины волны излучения выходное зеркало 2 выводится из резонатора лазера.

б) Режим генерации излучения на длине волны λн

При подаче команды на переход в режим генерации на длине волны генерации λн исполнительный механизм (например, шаговый двигатель, не показанный на чертеже) выводит плоскопараллельные пластины 3 и пассивный лазерный затвор ПЛЗ16 с одновременным вводом в резонатор ПЛЗ2 8. Так как установленные под углом 90° друг к другу плоскопараллельные пластины 3 не смещают лучи относительно оптической оси резонатора, резонатор не разъюстируется и его добротность не изменяется из-за ввода-вывода пластин и ПЛЗ.

При воздействии импульса накачки в активном элементе 4 с ВКР-преобразованием создается инверсная населенность. Излучение, выходящее из торцов активного элемента, отразившись от призмы 1 (БР-180), повторно проходя активный элемент 4 и усилившись, начинает просветлять ПЛЗ2 8. Энергия генерации импульса излучения будет расти с ростом начального пропускания пассивного лазерного затвора 8 (ПЛЗ2). Ограничение на время релаксации ПЛЗ обеспечивает генерацию моноимпульса длительностью в наносекундном диапазоне на длине волны λн.

Одной из важнейших особенностей предлагаемого лазера является то, что без существенного изменения оптической схемы может осуществляться генерация лазерного излучения с различными длинами волн на одном и том же активном элементе с высоким КПД как на основной длине волны излучения, так и в безопасном для глаз диапазоне длин волн λc=1,53…1,55 мкм.

В конкретном варианте выполнения твердотельного лазера использовался активный элемент из КГВ:Nd3+ диаметром 3,5 мм и длиной 50 мм, установленный в лейкосапфировую трубку для обеспечения оптимального режима термостабилизации при предельно допустимом режиме работы с частотами следования импульсов излучения до 10 Гц. В качестве пассивного лазерного затвора 6 для длины волны λс использовался кристалл YAG:V3+ с начальным пропусканием Т0>50%, для длины волны λн в качестве пассивного лазерного затвора 8 использовался кристалл YAG:Cr4+ с начальным пропусканием Т0>20%. Клиновый компенсатор выполнен в виде оптического клина с углом при вершине 5 угл. мин. В качестве исполнительного механизма применен шаговый двигатель AM1524-2R-A-0,25-12,5-55+16/7 фирмы Fauihaber.

Коэффициент отражения выходного зеркала 2 для длины волны излучения λc=1,54 мкм соответствовал R=50%, для длины волны излучения λн=1,067 мкм R=15% и R=99,5% для λ=1,35 мкм (переход 4F3/2-4I13/2). Коэффициенты отражения оптического покрытия для длины волны λ=1,067 мкм, нанесенного на плоскопараллельные пластины, - R>70%. Коэффициенты отражения оптического покрытия на ПЛЗ1 из кристалла YAG:V3+ для длины волны λ=1,067 мкм - R≥90%, коэффициент поглощения оптического покрытия, нанесенного на торцы активного элемента и рабочие поверхности призм БР-180, соответствовал ρ<0,5% для длин волн λг=1,35 мкм и λс=1,54 мкм.

При энергии накачки 6 Дж с помощью лампы ИНП2-35А в режиме основной генерации на длине волны λн=1,067 мкм получена энергия моноимпульса 25 мДж, а на безопасной для глаз длине волны λс=1,54 мкм - энергия генерации 10 мДж.

1. Импульсный двухрежимный твердотельный лазер, содержащий поворотную двухгранную прямоугольную призму для излома оси резонатора, активный элемент (АЭ), клиновый компенсатор, вторую двухгранную прямоугольную призму, составляющую с выходным зеркалом единый концевой элемент резонатора, лампу накачки, отличающийся тем, что дополнительно установлены с возможностью ввода/вывода из зоны лучей между АЭ, который выполнен с ВКР-преобразованием, 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, при этом пассивный лазерный затвор ПЛЗ1 наклонен относительно торца АЭ на угол α>d/L, где L - расстояние от АЭ до ПЛЗ1, d - диаметр АЭ, а плоскопараллельные пластины и первый пассивный лазерный затвор (ПЛЗ1) выполнены с возможностью вывода из резонатора с одновременным вводом в резонатор второго пассивного лазерного затвора (ПЛЗ2).

2. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что снабжен исполнительным механизмом для ввода/вывода ПП, ПЛЗ1 и ПЛЗ2.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

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 оптоэлектронной техники и касается оптоэлектронного передатчика. Оптоэлектронный передатчик состоит из источника питания, лазера, повернутого полупрозрачного отражательного зеркала, корректирующей линзы, электрического модулятора, малогабаритного фотоприемника и автоматического коммутатора.

Изобретение относится к лазерной технике. Оптическая система лазерного компрессора для лазерных установок с широкой апертурой лазерного пучка основана на паре параллельных дифракционных решеток с одинаковым периодом дополненной, по крайней мере, одной парой параллельных дифракционных решеток с одинаковым периодом.

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 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.

Способ относится к лазерной технике и может быть использован для создания устройства прямого самореферентного определения коэффициента квадратичной фазовой модуляции сверхкороткого оптического импульса.

Изобретение относится к источнику импульсного лазерного излучения, который включает в себя последовательно оптически связанные между собой лазер с непрерывным излучением, оптический коммутатор, блок согласования, средство оптической задержки, оптическое средство суммирования излучения, фокусирующую систему.

Изобретение относится к способу (варианты) и системе (варианты) для лазерной сварки и может быть использовано для соединения различных деталей друг с другом. Система содержит источник (1) лазерного луча, коллиматор (2) лазерного луча и фокусирующее устройство (3).

Изобретение относится к оптической технике. Компенсатор термонаведенной деполяризации γ0 включает в себя расположенный на оптической оси компенсирующий оптический элемент, установленный за поглощающим оптическим элементом.

Изобретение относится к лазерной технике. Способ вывода и регулирования энергии/мощности выходного излучения лазера заключается в установке в резонатор лазера под углом к его оси отражающего элемента на подвижном основании, положение которого определяет уровень выводимой энергии/мощности после запуска лазера и установки требуемого уровня энергии/мощности накачки.

Группа изобретений относится к медицинской технике. Система содержит: источник импульсного лазерного излучения с параметрами излучения, подобранными для выполнения, посредством фотодеструкции, разреза в роговице глаза, сканер для осуществления перемещения лазерного излучения, электронный блок управления, блок модулятора для модулирования лазерных импульсов, испускаемых источником.

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.
Наверх