Твердотельный лазер с модуляцией добротности

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, а именно к импульсным твердотельным лазерам с диодной накачкой.

Известны твердотельные лазеры, содержащие активный элемент с резонатором и лампу накачки [1, с. 60]. 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 зеркало резонатора, активный элемент, поляризатор, электрооптический затвор и второе зеркало резонатора.

Необходимость использования первого зеркала одновременно как элемента резонатора лазера и входного окна для излучения накачки усложняет конструкцию зеркала и ухудшает его характеристики по каждому из указанных назначений. В результате снижается выходная энергия излучения лазера и затрудняется управление временными и пространственными характеристиками лазерного излучения путем изменения геометрии резонатора, т.к. одно из зеркал привязано к торцу активного элемента. Кроме того, данное решение вынуждает использовать короткие активные элементы, поскольку при торцевой накачке излучение накачки затухает по мере проникновения в активный элемент, и при большой длине активного элемента накачка становится неэффективной.

Задачей изобретения является повышение энергии выходного излучения лазера и улучшение его временных и пространственных характеристик.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном твердотельном лазере с модуляцией добротности, содержащем 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.

Может быть введен второй источник накачки, установленный у второго торца активного элемента.

На фиг. 1 представлена схема лазера.

Активный элемент 1 установлен в резонатор, образуемый глухим зеркалом 2 и полупрозрачным зеркалом 3. Оптическая ось резонатора проходит через активный элемент 1, торцы которого являются зеркалами полного внутреннего отражения и изламывают оптическую ось резонатора под прямым углом к оси активного элемента и под углом 90 градусов вокруг этой оси. Источники накачки 4 и 5 установлены у противоположных торцов активного элемента 1 так, чтобы их излучение проникало в активный элемент через его торцы и не выходило наружу через боковые поверхности активного элемента. Внутри резонатора установлен электрооптический модулятор добротности (1, с. 154), состоящий из электрооптического элемента 6 и поляризатора 7.

Устройство работает следующим образом.

При засветке внутреннего объема активного элемента 1 излучением источников накачки 4 и 5 происходит возбуждение активного вещества [1, с. 59]. При этом электрооптический затвор вносит потери, при которых добротность резонатора низка, и лазерная генерация невозможна. При подаче управляющего напряжения на электрооптический элемент добротность резонатора становится максимальной, обеспечивая условие развития лазерной генерации. Деполяризация лазерного пучка при полном внутреннем отражении на первом торце активного элемента 1 [3, с. 439] компенсируется деполяризацией при отражении от второго торца активного элемента благодаря тому, что второй торец повернут относительно первого на угол 90 градусов. Тем самым состояние поляризации лазерного излучения соответствует направлению поляризации электрооптического модулятора добротности при каждом проходе излучения внутри резонатора 2, 3, что удовлетворяет условию развития гигантского импульса лазерного излучения, в котором высвобождается энергия накачки, запасенная в активном веществе.

Предлагаемый твердотельный лазер имеет следующие преимущества по сравнению с известными твердотельными лазерами.

- Благодаря торцевой схеме накачки повышается КПД накачки.

- Накачка с противоположных торцов активного элемента повышает однородность возбуждения активной примеси и энергию выходного излучения.

- Разделение канала накачки и резонатора позволяет управлять диаграммой направленности лазерного излучения путем подбора кривизны зеркал и длины резонатора.

- Предложенная конфигурация торцов активного элемента обеспечивает сохранение линейной поляризации в процессе развития лазерного процесса при использовании электрооптической модуляции добротности.

- Возможность введения электрооптического модулятора добротности позволяет обеспечить минимальную длительность гигантского импульса.

Указанные преимущества обеспечивают решение поставленной задачи: повышение энергии выходного излучения лазера и улучшение его временных и пространственных характеристик.

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. 288.

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

3. Ландсберг Г.С. Оптика. Учебное пособие. М., Физматлит, 2003 г. - С. 439.

1. Твердотельный лазер с модуляцией добротности, содержащий источник излучения накачки в виде лазерной диодной матрицы, активный элемент, первое и второе зеркала резонатора, а также электрооптический элемент и поляризатор, отличающийся тем, что 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.

2. Твердотельный лазер по п. 1, отличающийся тем, что введен второй источник накачки, установленный у второго торца активного элемента.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к лазерной технике. Твердотельный лазер содержит источник излучения накачки, активный элемент, установленный внутри резонатора, включающего глухое и полупрозрачное зеркала.

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.

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.

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 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. 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.

Наверх