Импульсный твердотельный лазер
Владельцы патента RU 2554315:
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (RU)
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. В лазер введены фланец, закрепленный на отражателе с противоположной стороны от призмы-крыши, и модулятор добротности, размещенный внутри отражателя. Плоское зеркало выполнено полупрозрачным и неподвижно закреплено на фланце перед выходным торцом активного элемента, а призма-крыша установлена за противоположным торцом активного элемента с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной ее ребру и оптической оси активного элемента и параллельной гипотенузной грани призмы-крыши. Технический результат заключается в обеспечении возможности упрощения конструкции и снижения трудоемкости изготовления лазера. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к импульсным твердотельным лазерам с ламповой накачкой, преимущественно для импульсных дальномеров.
Известны импульсные лазеры, содержащие активный элемент с резонатором и лампу накачки [1].
Известен импульсный твердотельный лазер [2]. Этот лазер содержит активный элемент и лампу накачки, установленные в осветителе, включающем отражатель, а также резонатор, состоящий из глухого и полупрозрачного зеркала.
Этот лазер имеет сравнительно сложную конструкцию: осветитель установлен своими опорными элементами на компенсационные прокладки, расположенные на основании. А основание имеет форму угольника или иного жесткого профиля и закреплено в корпусе лазера. Зеркала резонатора установлены на основании. Такая компоновка не позволяет миниатюризировать эту конструкцию для использования лазера в портативных приборах и усложняет его изготовление. В частности, в такой конструкции затруднена юстировка зеркал резонатора в процессе изготовления, и возможно нарушение юстировки в процессе эксплуатации - при воздействии ударов, вибраций и температурных напряжений.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является импульсный твердотельный лазер [3].
Этот 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. В указанном лазере призма-крыша и плоское зеркало образуют резонатор, а для вывода излучения из резонатора используется дополнительная наклонная пластина.
Этот лазер отличается теми же недостатками - громоздкой трудоемкой в изготовлении конструкцией, сложностью и недостаточно высокой эксплуатационной стабильностью юстировки резонатора.
Задачей изобретения является упрощение конструкции, снижение трудоемкости изготовления лазера и повышение точности юстировки зеркал резонатора как в процессе производства, так и при эксплуатации лазера в неблагоприятных эксплуатационных условиях: при вибрации, ударах и в широком диапазоне рабочих температур.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном твердотельном лазере, содержащем 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, введены фланец, закрепленный на отражателе с противоположной стороны от призмы-крыши, и модулятор добротности, размещенный внутри отражателя, плоское зеркало выполнено полупрозрачным и неподвижно закреплено на фланце перед выходным торцом активного элемента, а призма-крыша установлена за противоположным торцом активного элемента с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной ее ребру и оптической оси активного элемента, и параллельной гипотенузной грани призмы-крыши.
Модулятор добротности может представлять собой фототропный затвор, установленный на фланце на оптической оси активного элемента между активным элементом и плоским зеркалом резонатора.
На фиг.1 представлена конструкция импульсного лазера.
Активный элемент 1 и лампа накачки 2 установлены в осветителе 3, выполненном из керамики [4], внутренняя рабочая полость 4 которого имеет высокий коэффициент отражения и служит отражателем лазера. Осветитель, фланец 5 и заднюю 6 крышку, с помощью которых осуществляется герметизация внутренней полости лазера после сборки. Лампа накачки 2 крепится в отверстиях фланца 5 и герметизирующей втулки 7, вставленной в заднюю крышку 6. Выходное полупрозрачное зеркало 8 резонатора лазера закреплено на фланце 5 с его внешней стороны. Призма-крыша 9 установлена внутри осветителя 3. Фототропный затвор 11 закреплен на фланце 5 с его внутренней стороны. После сборки и юстировки стыки элементов конструкции герметизируются компаундом. Юстировка резонатора осуществляется вращением призмы крыши вокруг ее оси вращения 10 так, чтобы выходная энергия лазерного излучения была максимальной. По завершении юстировки призма фиксируется в рабочем положении.
Устройство работает следующим образом.
При протекании тока через разрядный промежуток лампы накачки 2 ионизированный разрядным током газ, наполняющий лампу накачки, излучает световой поток, проникающий в активный элемент 1 частью непосредственно, а частью - отразившись от стенок 4 рабочей полости осветителя 3 (отражателя). Возбужденный поглощенным излучением накачки активный элемент 1 совместно с зеркалами 8, 9 резонатора и фототропным затвором 11 [1] генерирует короткий мощный импульс лазерного излучения, выходящего наружу через полупрозрачное зеркало 8.
Предлагаемый твердотельный лазер имеет следующие преимущества.
- Осветитель, построенный согласно предлагаемому решению, совмещает в своей конструкции функции собственно осветителя и корпуса, конструктивно несущего активный элемент и лампу накачки, а также зеркала резонатора.
- Жесткое крепление полупрозрачного зеркала на осветителе и возможность вращения призмы-крыши вокруг вертикальной оси максимально упрощают конструкцию лазера и позволяют производить его юстировку с минимальной трудоемкостью и высокой сохраняемостью оптимальной юстировки в процессе эксплуатации.
- Такое совмещение позволяет исключить сложные узлы, применяемые в известных лазерах, благодаря чему упрощается конструкция устройства, снижается трудоемкость его изготовления и повышается надежность.
- Предлагаемое техническое решение позволяет существенно сократить габариты и массу устройства, что дает возможность его использования в портативных системах, например в дальномерных модулях для малогабаритных беспилотных летательных аппаратов.
Указанные преимущества обеспечивают решение поставленной задачи: упрощение конструкции, снижение трудоемкости изготовления лазера и повышение точности юстировки зеркал резонатора как в процессе производства, так и при эксплуатации лазера в неблагоприятных эксплуатационных условиях: при вибрации, ударах и в широком диапазоне рабочих температур.
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. Твердотельный лазер. Патент РФ №2102824.
3. Импульсный твердотельный лазер. Патент РФ №1829827 - прототип.
4. High reflectance laser resonator cavity. Patent US 4805181 A.
1. Импульсный твердотельный лазер, содержащий 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, отличающийся тем, что введены фланец, закрепленный на отражателе с противоположной стороны от призмы-крыши, и модулятор добротности, размещенный внутри отражателя, плоское зеркало выполнено полупрозрачным и неподвижно закреплено на фланце перед выходным торцом активного элемента, а призма-крыша установлена за противоположным торцом активного элемента с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной ее ребру и оптической оси активного элемента и параллельной гипотенузной грани призмы-крыши.
2. Импульсный твердотельный лазер по п.1, отличающийся тем, что модулятор добротности представляет собой фототропный затвор, установленный на фланце на оптической оси активного элемента между активным элементом и плоским зеркалом резонатора.
