Импульсный твердотельный лазер

Изобретение относится к лазерной технике. Импульсный твердотельный лазер содержит активный элемент, выполненный в виде стержня, оба торца которого скошены так, что угол между нормалью к поверхности торца и продольной осью активного элемента превышает предельный угол полного внутреннего отражения. Боковые поверхности стержня, противоположные скошенным торцам, выполнены в виде окон, прозрачных для лазерного излучения. У второго торца активного элемента введен второй источник накачки, причем источники накачки установлены у скошенных торцов активного элемента таким образом, чтобы излучение накачки от обоих источников проникало в активный элемент. Зеркала резонатора установлены напротив окон в активном элементе у его противоположных торцов так, чтобы между зеркалами выполнялось условие резонанса, причем длина активного элемента соответствует условию Нмин≥Нпор, где Нмин - количество облучения от источника накачки в наименее облученном сечении активного элемента; Нпор - пороговое количество облучения, необходимое для лазерной генерации. Технический результат заключается в повышении эффективности накачки и повышении энергии выходного излучения лазера. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к импульсным твердотельным лазерам с диодной накачкой.

Известны твердотельные лазеры, содержащие активный элемент с резонатором и лампу накачки [1]. Преобразование излучения лампы в лазерное излучение недостаточно эффективно из-за неоптимального согласования спектра излучения лампы со спектром поглощения активного элемента и из-за несовпадения процесса горения лампы с кинетикой поглощения-излучения активного элемента.

Эти недостатки устранены в лазерах с диодной накачкой. Лазерные диодные решетки и матрицы, применяемые для накачки твердотельных лазеров обладают по сравнению с лампами более высоким КПД, оптимальным для накачки спектром излучения и управляемыми параметрами импульса накачки. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является твердотельный лазер, описанный в [2]. Этот твердотельный лазер содержит последовательно установленные источник излучения накачки в виде лазерной диодной матрицы, первое дихроичное зеркало резонатора, активный элемент, поляризатор, электрооптический затвор и второе зеркало резонатора.

При накачке через торец активного элемента излучение накачки поглощается в активном элементе, в результате чего степень возбуждения активирующей примеси в ближней и дальней от источника накачки областях активного элемента неодинакова. Это приводит к избыточным энергетическим затратам в ближней части активного элемента и неполному возбуждению активатора в его противоположном конце. В результате снижается как КПД накачки, так и энергия выходного излучения.

Задачей изобретения является повышение эффективности накачки и повышение энергии выходного излучения лазера.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном импульсном твердотельном лазере, содержащем источник излучения накачки, активный элемент, установленный внутри резонатора, включающего глухое и полупрозрачное зеркала, активный элемент выполнен в виде стержня, оба торца которого скошены так, что угол между нормалью к поверхности торца и продольной осью активного элемента превышает предельный угол полного внутреннего отражения, боковые поверхности стержня, противоположные скошенным торцам, выполнены в виде окон, прозрачных для лазерного излучения, у второго торца активного элемента введен второй источник накачки, причем источники накачки установлены у скошенных торцов активного элемента таким образом, чтобы излучение накачки от обоих источников проникало в активный элемент, зеркала резонатора установлены напротив окон в активном элементе у его противоположных торцов так, чтобы между зеркалами выполнялось условие резонанса, причем длина активного элемента соответствует условию Нмин≥Нпор, где Нмин - количество облучения от источника накачки в наименее облученном сечении активного элемента; Нпор - пороговое количество облучения, необходимое для лазерной генерации.

Источник излучения накачки может быть выполнен в виде лазерной диодной матрицы.

Последовательно с активным элементом внутри резонатора может быть введен модулятор добротности резонатора.

Торцы активного элемента могут быть просветлены для излучения накачки, а окна - для лазерного излучения.

На фиг. 1 представлена схема лазера с параллельными торцами активного элемента. На фиг. 2 показан вариант лазера с непараллельными торцами.

Активный элемент 1 (фиг. 1) установлен между зеркалами резонатора - глухим зеркалом 2 и полупрозрачным зеркалом 3. Перед скошенными торцами активного элемента установлены источники накачки - лазерные диодные матрицы 4, 5. Последовательно с активным элементом внутри резонатора установлен модулятор добротности 6.

Устройство работает следующим образом.

При включении источников оптической накачки 4 и 5 их излучение проникает в активный элемент 1 через его скошенные торцы. В процессе накачки модулятор добротности 6 выключен, и добротность резонатора, образуемого зеркалами 2, 3 недостаточна для возникновении лазерной генерации. По завершении процесса накачки, обеспечивающего заданный уровень возбуждения активного элемента, модулятор добротности восстанавливает рабочую добротность резонатора, и происходит генерация лазерного импульса. Лазерное излучение выводится из резонатора через полупрозрачное зеркало.

Согласно данному техническому решению излучение накачки беспрепятственно проникает в активный элемент через оба его торца с высоким коэффициентом пропускания для излучения накачки. Это обеспечивает равномерность засветки активного элемента и однородного возбуждения активирующей примеси. Для лазерного излучения торцы активного элемента представляют собой стопроцентно отражающие зеркала вследствие расположения под углом полного внутреннего отражения к оси активного элемента.

Благодаря указанным особенностям изобретения обеспечивается повышение эффективности накачки и повышение энергии выходного излучения лазера.

Данный вывод подтвержден положительными результатами изготовления и испытаний макетного образца лазера. После корректировки документации по результатам испытаний лазер будет запущен в производство.

Источники информации

1. Справочник по лазерной технике. Киев, «Технiка», 1978 г., с. 60.

2. LASER-DIODE ARRAYS: Multicolor uncooled diode array efficiently pumps Nd:YAG laser. LaserFocusWorld. 08/01/2007 - прототип.

1. Импульсный твердотельный лазер, содержащий источник излучения накачки, активный элемент, установленный внутри резонатора, включающего глухое и полупрозрачное зеркала, отличающийся тем, что активный элемент выполнен в виде стержня, оба торца которого скошены так, что угол между нормалью к поверхности торца и продольной осью активного элемента превышает предельный угол полного внутреннего отражения, боковые поверхности стержня, противоположные скошенным торцам, выполнены в виде окон, прозрачных для лазерного излучения, у второго торца активного элемента введен второй источник накачки, причем источники накачки установлены у скошенных торцов активного элемента таким образом, чтобы излучение накачки от обоих источников проникало в активный элемент, зеркала резонатора установлены напротив окон в активном элементе у его противоположных торцов так, чтобы между зеркалами выполнялось условие резонанса, причем длина активного элемента соответствует условию Нмин≥Нпор, где Нмин - количество облучения от источника накачки в наименее облученном сечении активного элемента; Нпор - пороговое количество облучения, необходимое для лазерной генерации.

2. Импульсный твердотельный лазер по п. 1, отличающийся тем, что источник излучения накачки выполнен в виде лазерной диодной матрицы.

3. Импульсный твердотельный лазер по п. 1, отличающийся тем, что последовательно с активным элементом внутри резонатора введен модулятор добротности резонатора.

4. Импульсный твердотельный лазер по п. 1, отличающийся тем, что торцы активного элемента просветлены для излучения накачки, а окна - для лазерного излучения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лазерной технике. Твердотельный усилитель лазерного излучения с диодной накачкой содержит активный элемент в форме шестигранника с двумя параллельными торцевыми гранями, служащими для ввода и вывода излучения накачки и сигнала, изготовленными в форме тонких прямоугольников, расположенных так, что оптическая ось усилителя проходит через центры торцевых граней и перпендикулярна им, с двумя другими противоположными друг другу большими боковыми гранями в форме равных прямоугольников, служащими для отвода тепла от активного элемента, и соответствующую систему охлаждения.

Лазер // 2623810
Изобретение относится к лазерной технике. Лазер содержит активный элемент, выполненный в виде стержня, по крайней мере один из торцов которого скошен относительно его продольной оси так, что угол между нормалью к торцу и продольной осью активного элемента превышает предельный угол полного внутреннего отражения.

Изобретение относится к лазерной технике. Лазер с продольной накачкой содержит источник излучения накачки, активный элемент, установленный внутри резонатора, включающего глухое и полупрозрачное зеркала.

Изобретение относится к лазерной технике. Волоконный лазер содержит источник накачки и резонатор, выполненный полностью из элементов, сохраняющих поляризацию, и состоящий из двух волоконных петель - пассивной и активной, соединяющихся посредством сплавного волоконного четырехпортового ответвителя.

Изобретение относится к лазерной технике. Усилитель лазерного излучения на основе твердотельного активного элемента включает основанный на лазерных диодах источник излучения накачки, выступающий в роли волновода для излучения накачки твердотельный активный элемент с двумя круговыми торцевыми гранями, служащими для ввода и вывода излучения, систему охлаждения боковой поверхности активного элемента и дихроичное зеркало для пространственного разделения излучения накачки и усиливаемого лазерного излучения.

Изобретение относится к области лазерной волоконной техники, в частности к области создания новых типов активных лазерных сред. Устройство представляет собой многоэлементное волокно для источника лазерного излучения, включающее активное волокно, содержащее световедущую жилу, легированную по меньшей мере одним типом редкоземельного элемента, и светоотражающую оболочку.

Многопроходный лазерный усилитель на дисковом активном элементе содержит активный элемент и две оптические системы для переноса изображения с лазерного активного элемента обратно на лазерный активный элемент.

Изобретение относится к области лазерной техники и предназначено для обеспечения устойчивой генерации лазерных импульсов фемто-пикосекундного диапазона. Реализована схема с кольцевым волоконным лазером с пассивной синхронизацией мод на эффекте нелинейной эволюции поляризации, содержащая поляризующий оптический изолятор, активное волокно, накачиваемое лазерным диодом, два управляемых микроконтроллером оптических волоконных поляризационных контроллера.

Твердотельный активный элемент состоит из лазерных пластин, расположенных последовательно в один ряд или несколько параллельных рядов. Каждая пластина содержит два неактивных слоя, которые примыкают к продольным узким граням, и активный слой, встроенный с оптическим контактом между неактивными слоями.

Изобретение относится к лазерной технике. Синхронно-накачиваемый рамановский полностью волоконный импульсный лазер на основе кварцевого оптоволокна, легированного оксидом фосфора, содержит линейный резонатор, образованный двумя брэгговскими решетками, одна брэгговская решетка резонатора полностью отражает излучение первого стоксового компонента рамановского рассеяния оксида фосфора, а другая решетка отражает его частично для вывода излучения из резонатора.

Изобретение относится к лазерной технике. Волоконный задающий генератор содержит источник накачки и резонатор, состоящий из двух волоконных частей - активной нелинейной петли и длинной линейной части, соединяющихся посредством четырехпортового волоконного ответвителя; активная петля образует нелинейное петлевое зеркало и отрезок активного волокна, длинная линейная часть содержит длинный отрезок пассивного волокна, одним концом соединенный с фарадеевским зеркалом; согласно изобретению для обеспечения стабильного режима генерации импульсного излучения с высокой энергией импульсов (более 4 мкДж) и высоких средних мощностей излучения в длинную линейную часть резонатора дополнительно введена петля внутрирезонаторного распределения мощности, состоящая из регулируемого ослабителя мощности, дополнительного отрезка активного волокна, дополнительного волоконного объединителя длин волн с дополнительным источником накачки, оптического изолятора, двух волоконных поляризационных делителей, имеющих минимум по три волоконных порта. Технический результат заключается в обеспечении возможности стабильного режима генерации импульсного излучения за счёт снижения влияния нелинейных эффектов в длинной части резонатора. 1 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Твердотельный лазер содержит источник излучения накачки, активный элемент, установленный внутри резонатора, включающего глухое и полупрозрачное зеркала. Активный элемент выполнен в виде стержня, по крайней мере один из торцов которого скошен так, что угол между нормалью к торцу и продольной осью стержня превышает угол полного внутреннего отражения. Боковая поверхность стержня, противоположная скошенному торцу, выполнена в виде окна, прозрачного для лазерного излучения. Источник накачки установлен у скошенного торца активного элемента таким образом, чтобы излучение накачки проникало в активный элемент. Одно из зеркал резонатора установлено напротив окна в активном элементе так, чтобы угол между осью зеркала и поверхностью скошенного торца был равен углу между этой поверхностью и осью активного элемента. Технический результат заключается в повышении энергии и однородности выходного излучения, а также надежности лазера. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Твердотельный лазер с модуляцией добротности содержит источник излучения накачки в виде лазерной диодной матрицы, активный элемент, первое и второе зеркала резонатора, а также электрооптический элемент и поляризатор, активный элемент выполнен в виде стержня, оба торца которого скошены так, что угол между нормалью к каждому торцу и осью активного элемента превышает предельный угол полного внутреннего отражения, боковая поверхность стержня, противоположная каждому скошенному торцу, выполнена в виде окна, прозрачного для лазерного излучения, источник накачки установлен таким образом, чтобы излучение накачки проникало через скошенный торец в активный элемент на максимальную глубину, а зеркала резонатора установлены напротив окон в активном элементе так, чтобы оптические оси зеркал были совмещены с оптической осью активного элемента, причем поверхность второго торца активного элемента повернута вокруг оптической оси резонатора на 90 градусов относительно поверхности первого торца. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения энергии выходного излучения лазера и улучшения его временных и пространственных характеристик. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Лазерный усилитель видимого и ближнего инфракрасного диапазонов спектра с продольной накачкой содержит оптический элемент из объемного твердотельного оптического усиливающего материала, легированного оптически активными редкоземельными ионами, содержащий сформированную через боковую полированную плоскость, параллельную геометрической оси элемента лазерного усилителя, методом прямой фемтосекундной записи вдоль и вокруг оптической оси элемента оболочку оптического волновода из областей с пониженным относительно оптического материала показателем преломления. Причем внутренний поперечный размер оптического волновода, ограниченного оболочкой, более 100 мкм и менее 5000 мкм. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения оптической эффективности усилителя и максимальной допустимой мощности оптического излучения. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Волоконный лазер для генерации высокоэнергетических световых импульсов содержит источник накачки, ответвитель ввода излучения накачки, волоконный кольцевой резонатор длиной ~10 м, включающий в себя активное волокно, устройство нелинейных потерь и ответвитель вывода генерируемого излучения из кольцевого резонатора. В лазер введены дополнительный ответвитель вывода генерируемого излучения из волоконного кольцевого резонатора, пассивное волокно, дополнительный ответвитель ввода излучения в волоконный кольцевой резонатор. Источник накачки соединен с одним из концов ответвителя ввода излучения накачки, другой конец которого соединен с волоконным кольцевым резонатором. Пассивное волокно одним из своих концов соединено с дополнительным ответвителем вывода излучения из волоконного кольцевого резонатора, а другим своим концом соединено с дополнительным ответвителем ввода излучения в волоконный кольцевой резонатор. При этом длина пассивного волокна определяется по формуле: L=T⋅υ, где Т - временной интервал между соседними пичками, υ - скорость распространения света в волокне. Технический результат заключается в обеспечении возможности получения стабильных и воспроизводимых высокоэнергетических импульсов света. 1 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Волоконный лазер для генерации высокоэнергетических световых импульсов содержит источник накачки, ответвитель ввода излучения накачки, волоконный кольцевой резонатор длиной ~10 м, включающий в себя активное волокно, устройство нелинейных потерь и ответвитель вывода генерируемого излучения из кольцевого резонатора. В лазер введены дополнительный ответвитель вывода генерируемого излучения из волоконного кольцевого резонатора, пассивное волокно, дополнительный ответвитель ввода излучения в волоконный кольцевой резонатор. Источник накачки соединен с одним из концов ответвителя ввода излучения накачки, другой конец которого соединен с волоконным кольцевым резонатором. Пассивное волокно одним из своих концов соединено с дополнительным ответвителем вывода излучения из волоконного кольцевого резонатора, а другим своим концом соединено с дополнительным ответвителем ввода излучения в волоконный кольцевой резонатор. При этом длина пассивного волокна определяется по формуле: L=T⋅υ, где Т - временной интервал между соседними пичками, υ - скорость распространения света в волокне. Технический результат заключается в обеспечении возможности получения стабильных и воспроизводимых высокоэнергетических импульсов света. 1 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Способ получения генерации лазерных импульсов включает получение генерации путем накачки активного элемента мощностью больше пороговой, регулирование генерации модулятором добротности, формирование импульсов генерации излучения положением активного элемента относительно оси резонатора. Импульсы генерации формируют, выбирая оптимальный угол α нормали граней активного элемента относительно оси резонатора, который должен быть более чем arctg(d/l) величины отношения диаметра пучка d к длине l активного элемента и менее чем arctg(D/l) величины отношения диаметра активного элемента D к длине l. При генерации наносекундных импульсов на одной частоте или продольной моде резонатора нормаль граней активного элемента совпадает с оптической осью резонатора, в остальных случаях получают один / цуг пикосекундных импульсов. Технический результат заключается в обеспечении возможности получения генерации лазерного импульса наносекундной или пикосекундной длительности или цуга импульсов с заданным моментом их излучения. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Импульсный твердотельный лазер содержит активный элемент, выполненный в виде стержня, оба торца которого скошены так, что угол между нормалью к поверхности торца и продольной осью активного элемента превышает предельный угол полного внутреннего отражения. Боковые поверхности стержня, противоположные скошенным торцам, выполнены в виде окон, прозрачных для лазерного излучения. У второго торца активного элемента введен второй источник накачки, причем источники накачки установлены у скошенных торцов активного элемента таким образом, чтобы излучение накачки от обоих источников проникало в активный элемент. Зеркала резонатора установлены напротив окон в активном элементе у его противоположных торцов так, чтобы между зеркалами выполнялось условие резонанса, причем длина активного элемента соответствует условию Нмин≥Нпор, где Нмин - количество облучения от источника накачки в наименее облученном сечении активного элемента; Нпор - пороговое количество облучения, необходимое для лазерной генерации. Технический результат заключается в повышении эффективности накачки и повышении энергии выходного излучения лазера. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх