Инфракрасный твердотельный лазер

Изобретение относится к лазерной технике. Инфракрасный твердотельный лазер содержит лазер накачки, кристалл Fe2+:ZnSe - пассивный модулятор добротности и дополнительный резонатор. Резонатор лазера накачки выполнен «глухим», а пассивный модулятор добротности имеет вид кристалла Fe2+:ZnSe, установленного между зеркалами дополнительного резонатора внутри лазера накачки. Технический результат заключается в обеспечении компактности устройства, за счет использования одного кристалла Fe2+:ZnSe одновременно в качестве пассивного модулятора добротности и активного элемента. 1 ил.

 

Изобретение относится к области лазерной физики и может быть использовано при разработке источников лазерного излучения среднего инфракрасного (ИК) диапазона (3,95…5,05 мкм).

В [1] предлагается дисковый лазер с модулированной добротностью резонатора, содержащий оптически связанные дисковый активный элемент, резонатор, модулятор добротности резонатора, источник накачки активного элемента и систему охлаждения активного элемента. Новым, по мнению авторов, является то, что устройство дополнительно снабжено модулятором добротности с боковым выводом излучения, размещенным в дополнительном полуконцентрическом резонаторе, при этом плоское зеркало дополнительного резонатора имеет 100% отражение на длине волны лазерного излучения.

Данное техническое решение не позволяет получать длину волны излучения среднего ИК-диапазона.

В рамках работы [2] реализована генерация мощного малогабаритного Er:YLF-лазера с диодной накачкой в режиме модуляции добротности пассивным затвором на кристалле Fe2+:ZnSe. В качестве источника накачки использовалась матрица лазерных диодов Активный элемент лазера (Er:YLF, концентрация активатора 15 ат.%) имел форму цилиндра с размерами ⌀2×35 мм. На один из торцов активного элемента было нанесено диэлектрическое покрытие, выполняющее роль глухого зеркала для излучения генерации и просветляющего покрытия для излучения накачки. На второй торец было нанесено просветляющее покрытие.

Ввод излучения накачки в активный элемент осуществлялся по продольно-поперечной схеме, реализованной с помощью системы призм полного внутреннего отражения. Резонатор лазера был образован плоским глухим зеркалом, напыленным на торце активного элемента, и внешним сферическим выходным зеркалом (радиус кривизны 1,2 м, коэффициент отражения 0,85 или 0,95). В экспериментах использовались два Fe:2+ZnSe-затвора с различным начальным пропусканием.

В устройстве [3] излучение лазера на основе кристалла YAG:Er3+ с длиной волны генерации 2,94 мкм, работавшего в режиме активной модуляции добротности, фокусировалось цилиндрической линзой (в линию длиной около 10 мм и шириной ~100 мкм) на поверхность кристалла ZnSe, содержавшую обогащенный ионами Fe2+ слой, длительность импульса накачки составляла ~ 100 нс. Излучение суперлюминесценции регистрировалось в направлении вдоль линии фокусировки накачки в области кристалла, непосредственно прилегающей к его поверхности. Грани, через которые излучение выходило из кристалла, скалывались. Ось пучка излучения являлась продолжением линии накачки с учетом преломления на грани кристалла. Поэтому резонатор, обеспечивающий обратную связь для излучения, отсутствовал.

В работе [4] приведена схема установки по исследованию Fe:ZnSe-лазера (концентрация ионов Fe2+ составляла 2,5×1018 см-3) при накачке излучением Er:YAG-лазера, работающего в режиме свободной генерации. Активный элемент представлял собой параллелепипед с поперечными размерами 9,7×10,1 мм и длиной (длина усиления) 7,7 мм, торцы которого полировались и не просветлялись. Чтобы уменьшить сброс инверсии усиленным спонтанным шумом, распространяющимся в поперечном к оптической оси резонатора направлении, боковые поверхности кристалла были заматированы и покрыты (зачернены) аквадагом. Резонатор лазера Fe:ZnSe образован «глухим» сферическим зеркалом с радиусом кривизны 1000 мм и плоским полупрозрачным зеркалом. Коэффициент пропускания выходного зеркала на длине волны генерации составлял 72%, длина резонатора - 350 мм. Пучок излучения Er:YAG-лазера, сфокусированный в пятно диаметром 6 мм (95% энергии), падал на кристалл Fe:ZnSe под улом 3° к оптической оси резонатора.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство, описанное в [5, 6], где указано, что впервые достигнута генерация на кристалле Fe2+:ZnSe при комнатной температуре при накачке короткими (50 нс) импульсами лазера Er:YAG (2,94 мкм), запущенного в режиме модулированной добротности с помощью также кристалла Fe2+:ZnSe, но с меньшей концентрацией Fe [5].

В устройстве [6] активный элемент для Fe2+:ZnSe-лазера был изготовлен из монокристалла Fe2+:ZnSe, выращенного из паровой фазы методом свободного роста на монокристаллическую затравку. Легирование ионами Fe2+ до концентрации ~ 1×1018 см-3 проводилось непосредственно в процессе роста. Активный элемент лазера накачки имел длину 10 мм в поперечный размер 17×10 мм. Резонатор был образован задним сферическим зеркалом (радиус кривизны 50 см) и плоским выходным зеркалом с интерференционными покрытиями, нанесенными на подложку из CaF2. Кристалл Fe2+:ZnSe был установлен вблизи выходного зеркала под углом Брюстера к оптической оси резонатора. Накачка Fe2+:ZnSe-лазера осуществлялась излучением Er:YAG-лазера с длиной волны излучения 2,94 мкм в режиме пассивной модуляции добротности резонатора. Пассивным затвором в Er:YAG-лазере служила плоскопараллельная пластинка из монокристалла Fe2+:ZnSe.

Общим недостатком устройств [2-6] является использование двух кристаллов Fe2+:ZnSe для получения лазерного излучения среднего ИК-диапазона. Один кристалл используется в качестве пассивного модулятора добротности резонатора лазера накачки для увеличения мощности импульса накачки. Второй - для непосредственного получения генерации лазерного излучения в среднем ИК-диапазоне. Причем в устройстве [4] специально предпринимают меры для срыва генерации в кристалле Fe2+:ZnSe в направлении, поперечном к оптической оси резонатора лазера накачки.

Задачей изобретения является получение компактного ИК-излучателя, в котором один кристалл Fe2+:ZnSe используется одновременно как пассивный модулятор добротности и как активный элемент. Для этого кристалл Fe2+:ZnSe имеет форму параллелепипеда и располагается внутри резонатора лазера накачки. Причем на грани кристалла, перпендикулярные оптической оси лазера накачки, наносится просветляющее диэлектрическое покрытие с максимумом пропускания на длине волны лазера накачки. На грани кристалла, параллельные оптической оси лазера накачки, наносится просветляющее диэлектрическое покрытие с максимумом пропускания на требуемой длине волны среднего ИК-диапазона (3,95…5,05 мкм). Для более эффективного использования кристалла Fe2+:ZnSe концентрация ионов Fe2+ может быть не равномерной вдоль оси накачки и иметь строго заданный закон распределения в зависимости от требований, предъявляемым к предполагаемому изобретению.

Резонатор лазера накачки представляет собой заднее сферическое и переднее плоскопараллельное зеркала с интерференционными покрытиями, нанесенными на подложку из CaF2 либо какой-либо другой оптический материал, прозрачный в ИК-области спектра. Покрытия обоих зеркал имеют максимум отражения на длине волны лазера накачки, образуя «глухой» полуконфокальный резонатор. Резонатор и активная среда, выполненная из кристалла Er:YAG, представляют собой лазер накачки.

Для вывода излучения среднего ИК-диапазона устанавливают резонатор, параллельно граням кристалла Fe2+:ZnSe с нанесенным просветляющим диэлектрическим покрытием с максимумом пропускания на требуемой длине волны среднего ИК-диапазона (3,95…5,05 мкм). На фиг. 1 представлена схема предлагаемого изобретения, где цифрами обозначены: 1 - активная среда - кристалл Er:YAG; 2 - излучение накачки; 3 - полуконфокальный «глухой» резонатор для длины волны 2,94 мкм; 4 -кристалл Fe2+:ZnSe (пассивный модулятор добротности - лазерная активная среда); 5 - дополнительный резонатор для длины волны среднего ИК-диапазона (3,95…5,05 мкм); 6 - грани кристалла Fe2+:ZnSe, просветленные для длины волны 2,94 мкм; 7 - грани кристалла Fe2+:ZnSe, просветленные для длины волны среднего ИК-диапазона; 8 - излучение лазера накачки (2,94 мкм); 9 - лазерное излучение среднего ИК-дипазона.

Литература

1. Чивель Ю.А., Затягин Д.А., Никончук И.С. Дисковый лазер с модулированной добротностью резонатора (варианты). Патент на изобретение RU 2365006. Опубликовано 20.08.2009. Бюл. №23.

2. Иночкин М.В., Назаров В.В., Сачков Д.Ю., Хлопонин Л.В., Храмов В.Ю., Коростелин Ю.В., Ландман А.И., Подмарьков Ю.П., Фролов М.П. Малогабаритный Er:YLF-лазер с пассивным Fe2+:ZnSe-затвором. "Оптический журнал", 79, 6, 2012, с. 31-35.

3. Ильичев Н.Н., Данилов В.П., Калинушкин В.П., Студеникин М.И., Шапкин П.В., Насибов А.С. Суперлюминесцентный ИК-излучатель на кристалле ZnSe:Fe2+, работающий при комнатной температуре. Квантовая электроника. 2008, том 38, №2, с. 95-96.

4. Великанов С.Д., Зарецкий Н.А., Зотов Е.А., Козловский В.И., Коростелин Ю.В., Крохин О.Н., Манешкин А.А., Подмарьков Ю.П., Савинова С.А., Скасырский Я.К., Фролов М.П., Чуваткин Р.С., Юткин И.М. Исследование работы Fe:ZnSe-лазер в импульсном и импульсно-периодическом режимах. Квантовая электроника. 45, №1 (2015), С. 1-7.

5. Ландман А.И. Парофазный рост монокристаллов соединений AIIBVI, легированных переходными металлами, для лазеров среднего ИК-диапазона. Диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. М.: Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН. 2008 г. 118 с.

6. Акимов В.А., Воронов А.А., Созловский В.И., Соростелин Ю.В., Ландман А.И., Подмарысов Ю.П., Фролов М.П. Эффективная лазерная генерация кристалла Fe2+:ZnSe при комнатной температуре. Квантовая электроника. 36, №4 (2006).

Инфракрасный твердотельный лазер, содержащий лазер накачки, кристалл Fe2+:ZnSe - пассивный модулятор добротности, дополнительный резонатор, отличающийся тем, что резонатор лазера накачки выполнен «глухим», а пассивный модулятор добротности имеет вид кристалла Fe2+:ZnSe, установленного между зеркалами дополнительного резонатора внутри лазера накачки.



 

Похожие патенты:

Высокомощный сверхъяркий малошумящий источник накачки содержит затравочный источник, который генерирует малошумящий световой сигнал, множество высокомощных полупроводниковых лазерных диодов, объединенных для испускания излучения вспомогательной накачки, и легированный Yb мультимодовый волоконный преобразователь длин волн излучения вспомогательной накачки.

Изобретение относится к лазерной технике. Дисковый лазер состоит из оптического резонатора с первой оптической осью, активной пластины, имеющей первую поверхность и вторую поверхность, размещенной внутри оптического резонатора и закрепленной на хладопроводящей подложке своей первой поверхностью, лазера накачки, системы фокусировки излучения лазера накачки и многопроходной оптической системы накачки.

Изобретение относится к способу управления импульсным режимом генерации лазерного излучения в лазерной установке на основе твердотельного лазера на кристалле Nd:YAG с диодной накачкой активной среды.

Изобретение относится к оптоэлектронике. Способ генерации электромагнитного излучения в терагерцовом диапазоне заключается во взаимодействии направленного возбуждающего излучения с активной средой образца и получении вторичного электромагнитного излучения.

Изобретение относится к лазерной технике. Твердотельный лазер дисковидной формы включает в себя матрицу (1) полупроводниковых лазеров накачки, резонатор с кристаллом (6) дисковидной формы и выходной линзой (8), ударно-струйную систему (10) охлаждения лазерного кристалла (6) и коллиматор (2) пучка накачки.

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при создании коротковолновых источников когерентного излучения Твердотельный ап-конверсионный лазер включает ап-конверсионную лазерную среду, помещенную в оптический резонатор, и устройство накачки, включающее два полупроводниковых источника излучения на длинах волн λ1 и λ2 и волоконный модуль, расположенный таким образом, что оптические выходы обоих источников излучения накачки сопряжены с волоконным модулем, а фокусирующая система выполнена ахроматической на длинах волн λ1 и λ2 и расположена таким образом, что выход волоконного модуля сопряжен через нее с ап-конверсионной лазерной средой.

Изобретение относится к физике лазеров, в частности к оптическим генераторам ультракоротких световых импульсов, и может быть использовано для создания лазерных источников стабильных импульсов света фемто-аттосекундного диапазона длительности.

Изобретение относится к квантовой электронике и электронной технике и может быть использовано в приборах с мощным коллимированным световым лучом, в частности в телепроекторах, лазерных локаторах, медицине, фотолитографии.

Изобретение относится к самоорганизации света в нелинейных молекулах с обратной связью между наведенными энергиями на двух переходах, преимущественно на двух вращательных переходах основного колебательного терма или на двух колебательно-вращательных переходах основного электронного терма и может быть использовано в квантовой электронике для генерации винтовой волны с большим орбитальным моментом количества движения материи; в молекулярной энергетике для приготовления электромагнитных ловушек, разделения изотопов молекул и организации физико-химических и биологических форм материи; в геофизике для прогноза зарождения шаровых молний, смерчей и радиационных потерь в молекулярных каналах при аномальных макропараметрах атмосферы.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к конструкциям твердотельных лазеров с накачкой лазерными диодами. .

Способ настройки зеркал резонатора заключается в том, что устанавливают оправы с зеркалами с прижатием в трех точках на несущую часть резонатора и совмещают рабочие поверхности зеркал.

Изобретение относится к гироскопам и измерительной технике и может быть использовано для регулировки периметра зеемановского лазерного гироскопа. Система содержит фотоприемник излучения кольцевого лазера, вход которого является входом излучения кольцевого лазера, оснащенного пьезоприводом и содержащего блок частотной подставки, вход которого является входом сигнала знакопеременной подставки, а выход соединен с невзаимным устройством кольцевого лазера, включенным в его резонатор.

Лазерная система одномодового одночастотного излучения содержит систему поворотных зеркал, установленных с возможностью образования кольцевого резонатора и по меньшей мере одной дополнительной петли излучения в нём.

Лазерный излучатель содержит отражатель с размещенными в нем активным элементом и лампой накачки активного элемента. При этом зеркала оптического резонатора нанесены на торцы активного элемента, торцы оптического резонатора выполнены под углом друг к другу.

Изобретение относится к резонатору твердотельного лазера с диодной накачкой. Указанный резонатор содержит две плиты, с закрепленными на них зеркалами, связанных между собой стержнями, и снабженные подвижными и неподвижными опорами.

Изобретение относится к резонатору твердотельного лазера с диодной накачкой. Резонатор лазера содержит опорную конструкцию и закрепленную на ней с помощью двух крепежных устройств несущую конструкцию с установленными на ней зеркалами.

Изобретение касается отбраковки кольцевых резонаторов лазерных гироскопов по величине порога зоны нечувствительности (порога захвата) и значениям нелинейных искажений масштабного коэффициента.

Изобретение относится к лазерной технике. В оптический резонатор излучателя на парах металлов и их соединений установлено две или более соосных друг другу газоразрядных трубок таким образом, что зеркала резонатора оптически связаны друг с другом через объемы газоразрядных трубок, в каждой из упомянутых трубок содержится своя активная среда на парах металлов или их соединений, при этом активные среды и материалы выходного зеркала и окон газоразрядных трубок взаимно прозрачны для генерируемых длин волн, а электроды каждой трубки электрически связаны с выходом своего импульсного высоковольтного источника питания.

Узкополосный кольцевой волоконный лазер состоит из диода накачки, элемента Пельтье и кольцевого однонаправленного резонатора. Указанный резонатор включает активное волокно, делитель излучения, поляризационный циркулятор, волоконно-оптический изолятор и спектральный уплотнитель с линейной частью в виде насыщающего поглотителя из ненакачиваемого активного волокна и волоконной брэгговской решетки.

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.
Наверх