Способ генерации лазерных импульсов высокой мощности в диапазоне длин волн 3-5 мкм



Способ генерации лазерных импульсов высокой мощности в диапазоне длин волн 3-5 мкм
Способ генерации лазерных импульсов высокой мощности в диапазоне длин волн 3-5 мкм
Способ генерации лазерных импульсов высокой мощности в диапазоне длин волн 3-5 мкм

 


Владельцы патента RU 2575643:

ОАО "Национальный центр лазерных систем и комплексов "Астрофизика" (RU)

Изобретение относится к лазерной технике. Способ генерации лазерных импульсов высокой мощности в диапазоне длин волн 3-5 мкм осуществляется с использованием ZnSe-лазера, включающего резонатор с глухим и полупрозрачным зеркалами, и лазера YAG:Еr3+ с длиной волны излучения 2,94 мкм для его накачки. При этом источниками излучения с длиной волны 3-5 мкм являются зоны рабочего тела в виде полос, получаемые легированием активного материала селенида цинка ионами железа Fe2+ до концентрации 1020 см-3 на толщину 100-150 мкм. Технический результат заключается в обеспечении возможности достижения большой выходной мощности, распределения генерируемого излучения в пространстве и получения на выходе пучков излучения с различными оптическими характеристиками. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области квантовой физики и может быть использовано при создании лазерных систем для формирования импульсов электромагнитного излучения в диапазоне длин волн 3-5 мкм.

Известен способ получения излучения с длиной волны в диапазоне 3,94-4,54 мкм с помощью лазера при использовании в нем в качестве активного материала монокристалла селенида цинка, легированного ионами Fe2+. В целях увеличения выходной мощности используют высокий уровень энергии когерентной накачки при длительности импульсов до 200 мкс. Это приводит к росту температуры кристалла и необходимости использования системы охлаждения лазера, обеспечивающей рабочую температуру примерно 255°К, что является определенным недостатком способа [1].

Также известен способ генерации излучения ZnSe:Fe2+ - лазером в диапазоне длин волн 3,77-4,40 мкм при комнатной температуре с максимальным КПД 10-15% при накачке YAG:Er3+ - лазером с длиной волны 2,94 мкм в режиме модуляции добротности [2].

Одним из наиболее близких технических решений (прототипом) является способ генерации лазерного излучения ближнего ИК-диапазона, представленный в патенте США №5541948 [3]. Отличительная особенность указанного изобретения состоит в использовании в качестве активного материала соединения, имеющего формулу MX, где М - двухвалентный катион из группы элементов Mg, Zn, Cd, а X - двухвалентный анион из группы элементов S, Se, Те, и легированного ионами одного из группы переходных металлов Ti, V, Cr, Mn, Fe, Со, Ni, Cu. Другой отличительной особенностью данного изобретения является расположение на одной оси элементов оптической системы, включая лазер для накачки.

Существенным недостатком приведенных способов генерации лазерного излучения является ограниченная выходная мощность и невозможность ее варьирования в широких пределах.

Технический результат от использования предлагаемого технического решения заключается в возможности достижения большой выходной мощности, распределения генерируемого излучения в пространстве и получения на выходе пучков излучения с различными оптическими характеристиками.

В соответствии с предлагаемым изобретением технический результат достигается тем, что в способе генерации лазерных импульсов высокой мощности в диапазоне длин волн 3-5 мкм с использованием ZnSe-лазера, включающего резонатор с глухим и полупрозрачным зеркалами, и для его накачки YAG:Er3+ - лазера с длиной волны излучения 2,94 мкм источниками излучения с длиной волны 3-5 мкм являются зоны рабочего тела в виде полос, получаемые легированием активного материала селенида цинка ионами железа Fe2+ до концентрации 1020 см-3 на толщину 100-150 мкм.

Кроме того, накачку зон рабочего тела ZnSe-лазера для генерации лазерных импульсов в диапазоне длин волн 3-5 мкм производят лазерами, количество которых соответствует числу зон активного материала.

Кроме того, для получения одномодового излучения пучков накачку зон рабочего тела ZnSe-лазера производят путем расщепления излучения от лазера накачки по числу зон рабочего тела с помощью делителя пучка.

Кроме того, ось накачки и направление генерируемого излучения с длиной волны в диапазоне 3-5 мкм составляют угол 90°.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для реализации предлагаемого способа генерации лазерного излучения.

На фиг. 2 представлена схема устройства, у которого число лазеров накачки соответствует числу зон рабочего тела, легированных ионами Fe2+ (поперечное сечение рабочего тела).

На фиг. 3 представлена схема устройства, у которого излучение накачки для каждой зоны рабочего тела получают путем расщепления пучка от лазера накачки (поперечное сечение рабочего тела).

Способ генерации лазерных импульсов высокой мощности в диапазоне длин волн 3-5 мкм реализуется в лазерном модуле - 1, который содержит рабочее тело - 2, в качестве материала которого используют монокристалл ZnSe, полупрозрачное зеркало - 3, выполняющее роль концентратора излучения, и глухое зеркало - 4 (фиг. 1). Наличие зеркал указанного типа позволяет организовать одностороннее излучение из лазерного блока.

Накачка рабочего тела - 2 осуществляется с помощью лазера - 5. Для генерации излучения в длинноволновой области 3-5 мкм целесообразно использование для накачки кросс-релаксационного YAG-Er3+ - лазера, генерирующего излучение в диапазоне 2,94 мкм и имеющего диодную накачку с длиной волны 0,98 мкм. Генерируемое лазером - 5 излучение накачки проходит систему фокусировки - 6 в виде цилиндрических линз. Линия накачки образует прямой угол с осью пучка излучения, исходящего из рабочего тела - 2.

Повышение среднего значения мощности излучения в диапазоне длин волн 3-5 мкм обеспечивается особой, полосчатой структурой рабочего тела - 2. У рабочего тела - 2 в виде продольных полос толщиной 100-150 мкм расположены зоны насыщения - 7 матрицы ZnSe ионами переходного металла Fe2+. Эти зоны получают путем термодиффузионного легирования до предельной концентрации (примерно 1020 см-3). Указанные зоны насыщения - 7 могут контактировать между собой для получения широкого пучка излучения. Между зонами насыщения - 7 могут быть расположены участки матрицы в целях получения на выходе из устройства нескольких пучков излучения.

При наличии нескольких зон насыщения - 7 накачку каждой зоны можно производить от отдельного лазера (фиг. 2) или от одного лазера, используя делитель пучка - 8 в виде призматической системы (фиг. 3).

Возможно получение полосчатой структуры активного элемента - 2 путем набора монокристаллических пластин необходимой толщины, полученных из расплава ZnSe с введением в него ионов переходного металла Fe2+. В этом случае обеспечивается более равномерное распределение ионов Fe2+ по объему и соответственно более однородная плотность пучка излучения.

Из вышеприведенного следует, что предложенные технические решения имеют преимущества по сравнению с известными - повышается среднее значение выходной мощности, повышается лучевая плотность и возможно получение генерируемого излучения в пространстве в виде пучков различной ширины - следовательно, дают при использовании соответствующий технический результат.

По результатам заявки в настоящее время проведены экспериментальные исследования, подтвердившие достижение вышеуказанного технического результата.

Источники информации

1. А.А. Воронов, В.И. Козловский, Ю.В. Коростелин и др. Квантовая электроника, 35, 809 (2005).

2. В.А. Акимов, А.А. Воронов, В.И. Козловский и др. Квантовая электроника, 36, 299 (2006).

3. Патент США №5541948 (МКИ H01S 3/16; НКИ 372/41; 68; дата опубл. патента 30.07.1996 г.; Krupke W.F. et al.)

1. Способ генерации лазерных импульсов высокой мощности в диапазоне длин волн 3-5 мкм с использованием ZnSe-лазера, включающего резонатор с глухим и полупрозрачным зеркалами, и для его накачки YAG:Еr3+-лазера с длиной волны излучения 2,94 мкм, отличающийся тем, что источниками излучения с длиной волны 3-5 мкм являются зоны рабочего тела в виде полос, получаемые легированием активного материала селенида цинка ионами железа Fe2+ до концентрации 1020 см-3 на толщину 100-150 мкм.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что накачку зон рабочего тела ZnSe-лазера для генерации лазерных импульсов в диапазоне длин волн 3-5 мкм производят лазерами, количество которых соответствует числу зон активного материала.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что накачку зон рабочего тела ZnSe-лазера производят путем расщепления излучения от лазера накачки по числу зон рабочего тела с помощью делителя пучка.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ось накачки и направление генерируемого излучения с длиной волны в диапазоне 3-5 мкм составляют угол 90°.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологии выращивания кристаллов для пассивных лазерных затворов, используемых в современных лазерах и лидарах, работающих в области 1,2-1,55 мкм.

Импульсно-периодический лазер на неодимовом стекле для накачки мощных титан-сапфировых усилителей включает в себя задающий генератор, предусилитель, систему формирования пучка, изолятор Фарадея, кеплеров телескоп, поляризатор, основной двухпроходный усилитель на стержневых активных элементах из неодимового стекла и удвоитель частоты.

Изобретение относится к лазерной технике. Двухмикронный твердотельный лазер содержит резонатор с активной средой и источник оптической накачки, в качестве которой использован твердотельный лазер.

Изобретение относится к устройствам для усиления когерентного света в лазерных устройствах, а именно к твердотельным активным элементам. Твердотельный активный элемент состоит из последовательно расположенных в корпусе скрещенных пакетов параллельных пластин, каждая пластина состоит из находящихся в оптическом контакте чередующихся активированных и неактивированных слоев одинаковой длины.

Изобретение относится к монокристаллу со структурой типа граната, который может быть использован в оптической связи и устройствах для лазерной обработки. Данный монокристалл представлен общей формулой (Tb3-xScx)(Sc2-yAly)Al3O12-z, где 0<x<0,1; 0≤y≤0,2; 0≤z≤0,3, является прозрачным и способен ингибировать образование трещин в процессе резки.

Изобретение относится к области выращивания монокристаллов и может быть использовано в лазерном приборостроении, в частности, для изготовления активных элементов перестраиваемых лазеров среднего инфракрасного (ИК) диапазона, основным применением которых является медицина, спектроскопические исследования, а также контроль загрязнения окружающей среды.

Группа изобретений относится к производству монокристалла алюмотербиевого граната, который может быть использован в качестве фарадеевского вращателя для оптических изоляторов.

Изобретение относится к технологии получения оптических поликристаллических материалов, а именно фторидной керамики, имеющей наноразмерную структуру и усовершенствованные оптические, лазерные и генерационные характеристики.

Изобретение относится к полимерным наночастицам, содержащим среду для преобразования фотонов с повышением частоты, и к способу получения таких полимерных наночастиц.
Изобретение относится к технической физике и нелинейной оптике и может быть использовано при создании параметрических преобразователей частоты лазерного излучения в средний инфракрасный (ИК) и терагерцовый (ТГц) диапазоны спектра.

Изобретение относится к лазерной технике. Химический импульсно-периодический лазер с непрерывной накачкой и модуляцией добротности резонатора, состоящий из задающего генератора, предусилителя и оконечного усилителя.

Изобретение относится к импульсно-периодическим волоконным лазерным излучателям с пиротехнической накачкой и может быть использовано для исследования стойкости оптико-электронных средств к лазерному излучению.

Изобретение относится к области лазерной физики и может быть использовано при создании устройств для накачки активных жидких, газовых и твердых сред. .

Изобретение относится к области лазерной физики и может быть использовано при накачке активных жидких, газовых и твердых сред. .

Усилитель // 2130675
Изобретение относится к лазерной технике, в частности к твердотельным усилителям лазерного излучения. .

Изобретение относится к приборам квантовой электронике, а именно к мощным твердотельным лазерам. .

Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано для модуляции добротности резонатора твердотельных лазеров. .

Изобретение относится к технической физике, в частности к устройствам для усиления лазерного излучения, и может быть использовано для линейного усиления мощного лазерного излучения в волоконно-оптических линиях связи, сетях, информационно-измерительных системах, системах кабельного телевидения и т.п.

Изобретение относится к лазерной технике. Многопроходный усилитель лазерного излучения выполнен в виде оптической системы с четным числом оптически сопряженных зеркал, построенной по типу оптической системы Кассегрена, причем зеркала выполнены из оптически активного материала. Активная среда накачивается излучением лазерных диодов, расположенных у поверхностей зеркал. Эти поверхности имеют покрытия, отражающие усиливаемое лазерное излучение и являющиеся просветляющими для излучения накачки. Противоположные поверхности зеркал имеют покрытия, являющиеся просветляющими для усиливаемого лазерного излучения и отражающими для излучения накачки лазерных диодов. Технический результат заключается в обеспечении возможности уменьшения количества оптических элементов при увеличении выходной мощности пучка излучения и обеспечении его малой расходимости. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх