Усилитель лазерного излучения с большим коэффициентом усиления, высокой средней и пиковой мощностью и высоким качеством выходного пучка



Усилитель лазерного излучения с большим коэффициентом усиления, высокой средней и пиковой мощностью и высоким качеством выходного пучка
Усилитель лазерного излучения с большим коэффициентом усиления, высокой средней и пиковой мощностью и высоким качеством выходного пучка
Усилитель лазерного излучения с большим коэффициентом усиления, высокой средней и пиковой мощностью и высоким качеством выходного пучка
Усилитель лазерного излучения с большим коэффициентом усиления, высокой средней и пиковой мощностью и высоким качеством выходного пучка

Владельцы патента RU 2618498:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН) (RU)

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. Активный элемент контактирует боковой поверхностью со слоем материала, обеспечивающим волноводное распространение излучения накачки. Активный элемент выполнен в форме усеченного прямого кругового конуса, при этом оптическая система для заведения излучения накачки в активный элемент расположена со стороны его круговой торцевой грани, которая является большим основанием усеченного прямого кругового конуса. Оптическая система для заведения усиливаемого излучения в активный элемент, обеспечивающая его свободное распространение в нем, расположена со стороны его круговой торцевой грани, которая является меньшим основанием усеченного прямого кругового конуса. Технический результат заключается в обеспечении возможности работы усилителя при высокой средней и пиковой мощности с высоким качеством выходного пучка; обеспечении большого коэффициента усиления и эффективного извлечения запасенной мощности вдоль всей длины активного элемента усилителя при одном проходе усиливаемого лазерного излучения и излучения накачки через активный элемент. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для усиления непрерывного или импульсного лазерного излучения с различными параметрами. Предлагаемый усилитель обладает высоким коэффициентом усиления за один проход излучения через активный элемент и способен работать при высокой средней и пиковой мощности. Устройство может быть использовано в качестве конечного усилителя для увеличения мощности задающих лазерных генераторов, а также в качестве предусилителя в крупных высокомощных лазерных установках. В частности, устройство может быть применено для усиления излучения волоконного лазера.

Все усилители, которые сейчас используются для подобных целей, обладают различными недостатками. Волоконные лазерные усилители не позволяют достигать высоких пиковых мощностей из-за нелинейных эффектов в волокне [Eidam, Т. et al., Optics Letters, 35 (2), pp. 94-96, 2010]. Твердотельные лазерные усилители обладают недостаточно большим коэффициентом усиления. Из-за этого необходимо применять схему усиления с большим количеством проходов излучения через активный элемент [J.-P. Negel et al., Optics Letters 38 (24), pp. 5442-5445, 2013], либо увеличивать путь излучения в активном элементе [Н. Kiriyama et al., Optics Letters 28 (18), pp. 1671-1673, 2003], что существенно усложняет конструкцию усилителя. Кроме того, твердотельные лазерные усилители при работе на высокой средней мощности подвержены влиянию вредных тепловых эффектов, которое увеличивается пропорционально количеству проходов излучения через активный элемент.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является взятый за прототип усилитель лазерного излучения с большим коэффициентом усиления, высокой средней и пиковой мощностью и высоким качеством выходного пучка на основе твердотельного активного элемента геометрии тонкого стержня, выступающего в роли волновода для излучения накачки [X. Délen et al., Optics Letters, 38 (2), pp 109-111, 2013]. Такие усилители производятся компанией "Fibercryst" (http://www.fibercryst.com/fibercryst-optics-laser-crystal-fiber-taranis-ampli-0). Усилитель включает твердотельный активный элемент, систему охлаждения активного элемента, один или два источника излучения накачки, оптические системы для заведения излучения накачки и усиливаемого лазерного излучения в активный элемент, а также одно или два дихроичных зеркала для пространственного разделения излучения накачки и усиливаемого лазерного излучения. Твердотельный активный элемент выполнен в форме тонкого стержня с характерным диаметром 0,3-2 мм и характерной длиной 2-4 см. Излучение накачки и усиливаемое излучение заводятся в стержень через торцы. При этом излучение накачки распространяется в стержне волноводным образом, а усиливаемое излучение - свободным. Боковая поверхность стержня приведена в контакт с радиатором, который охлаждается проточной водой или воздухом. Активный элемент эффективно охлаждается, так как имеет большую площадь охлаждаемой поверхности и малый объем. Благодаря этому усилитель может работать при высокой средней мощности, обеспечивая высокое качество выходного пучка (М2~1). Применяются источники излучения накачки, основанные на лазерных диодах.

Оптическая система для заведения излучения накачки в активный элемент представляет собой систему линз, фокусирующих излучение вдоль оси твердотельного активного элемента на одну или обе его торцевые грани. При этом диаметр пучка накачки на торцевой грани активного элемента должен быть меньше диаметра активного элемента.

Оптическая система для заведения усиливаемого лазерного излучения в активный элемент обеспечивает один, два или четыре прохода излучения через активный элемент, при этом диаметр пучка излучения в активном элементе составляет от 40% до 60% от диаметра активного элемента. Оптическая система представляет собой набор сферических линз и систему поляризационного разделения сигналов для осуществления нескольких проходов излучения через активный элемент, состоящую из поляризатора, зеркала и четвертьволновой пластинки (2 прохода) или двух поляризаторов, двух зеркал, вращателя Фарадея и четвертьволновой пластинки (4 прохода).

Для разделения излучения накачки и усиливаемого излучения используются дихроичные зеркала, которые пропускают излучение накачки и отражают усиливаемое лазерное излучение или наоборот.

Первый недостаток прототипа заключается в том, что погонное усиление в дальней по ходу распространения излучения накачки части стержня существенно меньше, чем в ближней. Это связано с тем, что интенсивность излучения накачки в дальней части стержня существенно ниже, чем в ближней, из-за ее поглощения в активном элементе. Данная проблема ограничивает усиление в активном элементе. Чтобы решить эту проблему, обычно используют схему усилителя, где излучение накачки заводится в активный элемент с двух противоположных торцов. Это можно реализовать, используя два источника излучения накачки или разделяя пучок накачки на два, что существенно усложняет конструкцию усилителя.

Второй недостаток прототипа заключается в том, что эффективность извлечения мощности из ближней по ходу распространения усиливаемого лазерного излучения части стержня существенно меньше, чем из дальней. Это связано с тем, что интенсивность усиливаемого излучения в ближней части стержня существенно ниже, чем в дальней, из-за усиления. В результате, в усилителе с одним проходом усиливаемого излучения через активный элемент мощность извлекается малоэффективно. Чтобы решить эту проблему, обычно используют схему усилителя, в которой усиливаемое излучение проходит через активный элемент несколько раз, что также существенно усложняет конструкцию усилителя.

Третий недостаток прототипа заключается в том, что при усилении лазерных импульсов до больших энергий В-интеграл усилителя и вероятность оптического пробоя в толще активного элемента или на его торцах становятся высоки. Это связано с тем, что энергия импульса при распространении в активном элементе растет, а диаметр пучка излучения остается неизменным. Данная проблема ограничивает энергию и пиковую мощность импульсов на выходе усилителя. Чтобы ее решить, можно использовать схему усиления чирпированных импульсов, что существенно усложняет и удорожает конструкцию усилителя.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка способного работать при высокой средней и пиковой мощности усилителя лазерного излучения с высоким качеством выходного пучка, который обеспечивал бы большой коэффициент усиления и эффективное извлечение запасенной мощности вдоль всей длины активного элемента усилителя при одном проходе усиливаемого лазерного излучения и излучения накачки через активный элемент усилителя.

Технический эффект достигается тем, что усилитель лазерного излучения включает по крайней мере один основанный на лазерных диодах источник излучения накачки, выступающий в роли волновода для излучения накачки твердотельный активный элемент продолговатой аксиально-симметричной формы с двумя круговыми торцевыми гранями, служащими для ввода излучения в твердотельный активный элемент и вывода излучения из твердотельного активного элемента, который контактирует боковой поверхностью со слоем материала, обеспечивающим волноводное распространение излучения накачки, систему охлаждения боковой поверхности твердотельного активного элемента, оптическую систему для заведения излучения накачки в твердотельный активный элемент, оптическую систему для заведения усиливаемого лазерного излучения в твердотельный активный элемент, а также по крайней мере одно дихроичное зеркало для пространственного разделения излучения накачки и усиливаемого лазерного излучения.

Новым является то, что твердотельный активный элемент выполнен в форме усеченного прямого кругового конуса, при этом оптическая система для заведения излучения накачки в твердотельный активный элемент расположена со стороны его круговой торцевой грани, которая является большим основанием усеченного прямого кругового конуса, а оптическая система для заведения усиливаемого лазерного излучения в твердотельный активный элемент расположена со стороны его круговой торцевой грани, которая является меньшим основанием усеченного прямого кругового конуса.

В частном случае реализации изобретения по п. 2 слой материала, обеспечивающий волноводное распространение излучения накачки, выполнен из металла.

В частном случае реализации изобретения по п. 3 слой материала, обеспечивающий волноводное распространение излучения накачки, является диэлектрической оболочкой с меньшим, чем у твердотельного активного элемента показателем преломления, а оптическая система для заведения излучения накачки в твердотельный активный элемент устроена так, чтобы угол падения излучения накачки на боковую поверхность активного элемента был больше критического угла полного внутреннего отражения.

В частном случае реализации изобретения по п. 4 в качестве слоя материала, обеспечивающего волноводное распространение излучения накачки, выступает слой жидкости, циркулирующей в системе охлаждения, с меньшим показателем преломления, чем у твердотельного активного элемента, а оптическая система для заведения излучения накачки в твердотельный активный элемент устроена так, чтобы угол падения излучения накачки на боковую поверхность активного элемента был больше критического угла полного внутреннего отражения.

Сущность изобретения поясняется Фиг. 1, на котором представлена схема предлагаемого усилителя лазерного излучения.

Предлагаемое устройство состоит из основанного на лазерных диодах источника излучения накачки 1, оптической системы для заведения излучения накачки 2 в твердотельный активный элемент 3, имеющий форму усеченного прямого кругового конуса, причем оптическая система для заведения излучения накачки 2 расположена со стороны круговой торцевой грани твердотельного активного элемента 3, которая является большим основанием усеченного прямого кругового конуса, слоя материала 4, обеспечивающего волноводное распространение излучения накачки, с которым контактирует боковой поверхностью твердотельный активный элемент 3 (здесь и далее под боковой поверхностью подразумевается вся поверхность твердотельного активного элемента 3 за исключением его круговых торцевых граней, т.е. оснований усеченного прямого кругового конуса), системы охлаждения 5 боковой поверхности твердотельного активного элемента 3, оптической системы для заведения усиливаемого лазерного излучения 6 в твердотельный активный элемент 3, причем оптическая система для заведения усиливаемого лазерного излучения 6 расположена со стороны круговой торцевой грани твердотельного активного элемента 3, которая является меньшим основанием усеченного прямого кругового конуса, и дихроичного зеркала 7.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Излучение накачки основанного на лазерных диодах источника накачки 1 заводится в твердотельный активный элемент 3 с помощью оптической системы для заведения излучения накачки 2. Оптическая система для заведения излучения накачки 2 представляет собой сферическую линзу или систему сферических линз, фокусирующих излучение накачки вдоль оси твердотельного активного элемента 3 так, что минимальный диаметр пучок излучения накачки имеет на круговой торцевой грани твердотельного активного элемента 3, которая является большим основанием усеченного прямого кругового конуса, и диаметр пучка меньше диаметра этого основания. Излучение накачки распространяется в твердотельном активном элементе 3 волноводным образом, многократно отражаясь от его боковой поверхности, за счет контакта этой боковой поверхности со слоем материала 4.

Мощность излучения накачки (Ppump) по мере распространения в твердотельном активном элементе 3 (по оси z) спадает по экспоненциальному закону из-за поглощения:

где Ppump0 - мощность излучения накачки на входе в твердотельный активный элемент 3, αpump - коэффициент поглощения. При этом площадь сечения твердотельного активного элемента 3 уменьшается вдоль оси z по линейному закону:

где Sbig - площадь большего основания усеченного прямого кругового конуса, Ssmall - площадь меньшего основания усеченного прямого кругового конуса, L - высота усеченного прямого кругового конуса (длина твердотельного активного элемента 3). Из-за волноводного распространения излучения накачки площадь сечения пучка излучения накачки в твердотельном активном элементе 3 равна площади сечения твердотельного активного элемента 3:

Spump(z)=S(z),

Интенсивность излучения накачки в каждой точке вдоль оси z находится по формуле:

Размеры усеченного прямого кругового конуса подбираются так, чтобы интенсивность излучения накачки практически не зависела от z, т.е. мало менялась вдоль всей длины твердотельного активного элемента 3. Такую зависимость можно реализовать различными способами. Например, из формулы следует, что интенсивность накачки на круговых торцевых гранях твердотельного активного элемента 3 будет одинаковой при выполнении условия:

Это позволяет создать равномерное распределение погонного коэффициента усиления вдоль оси z в длинном твердотельном активном элементе 3, используя схему усилителя, где излучение накачки заводится в твердотельный активный элемент только с одного торца. Таким образом, можно достигнуть большого коэффициента усиления, используя простую систему заведения излучения накачки в твердотельный активный элемент.

Усиливаемое лазерное излучение заводится в твердотельный активный элемент 3, с помощью оптической системы для заведения усиливаемого лазерного излучения 6 и распространяется в твердотельном активном элементе 3 свободным образом. Оптическая система для заведения усиливаемого лазерного излучения 6 представляет собой сферическую линзу или систему сферических линз, фокусирующих излучение вдоль оси твердотельного активного элемента 3 в точку перед твердотельным активным элементом 3 так, что диаметр пучка усиливаемого лазерного излучения увеличивается по мере своего распространения в твердотельном активном элементе 3 пропорционально увеличению диаметра твердотельного активного элемента 3. Таким образом, площадь сечения пучка усиливаемого лазерного излучения в твердотельном активном элементе 3 прямо пропорциональна площади сечения твердотельного активного элемента 3:

Slas(z)=k⋅S(z),

где k - коэффициент пропорциональности. Для оптимального извлечения запасенной мощности из твердотельного активного элемента 3 при минимальных дифракционных потерях на его краях диаметр пучка усиливаемого лазерного излучения должен составлять от 40% до 60% от диаметра твердотельного активного элемента 3 в каждой точке твердотельного активного элемента по оси z.

Мощность усиливаемого лазерного излучения Plas по мере распространения в твердотельном активном элементе 3 (против оси z) растет по экспоненциальному закону из-за усиления:

Plas=Plas0 exp(αlas(L-Z)),

где Plas0 - мощность усиливаемого лазерного излучения на входе в твердотельный активный элемент 3, αlas - коэффициент усиления. С учетом того, что площадь сечения твердотельного активного элемента 3 против оси z увеличивается по линейному закону, интенсивность усиливаемого лазерного излучения в каждой точке вдоль оси z находится по формуле:

Таким образом, интенсивность усиливаемого лазерного излучения зависит от z существенно слабее, чем в геометрии прототипа. Благодаря этому запасенная мощность эффективно извлекается вдоль всей длины твердотельного активного элемента 3. Это позволяет использовать схему усилителя, в которой усиливаемое лазерное излучение проходит через твердотельный активный элемент 3 только один раз. Таким образом, оптическая система для заведения усиливаемого лазерного излучения 6 в твердотельный активный элемент 3 существенно упрощается.

Кроме того, при усилении лазерных импульсов до больших энергий увеличение диаметра пучка усиливаемого лазерного излучения по мере распространения в твердотельном активном элементе 3 позволяет уменьшить В-интеграл усилителя и вероятность оптического пробоя в толще твердотельного активного элемента 3 и на его торцах. Благодаря этому усилитель может быть использован без схемы усиления чирпированных импульсов для получения импульсов с большой энергией.

Система охлаждения 5 отводит тепло с боковой поверхности активного элемента 3. Разделение излучения накачки и усиливаемого лазерного излучения осуществляется с применением дихроичного зеркала 7, которое пропускает излучение накачки и отражает усиливаемое лазерное излучение или наоборот.

В усилителе лазерного излучения по п. 2 слой материала 4, обеспечивающий волноводное распространение излучения накачки, выполнен из металла. Данное покрытие многократно отражает излучение накачки и обеспечивает его волноводное распространение.

В усилителе лазерного излучения по п. 3 слой материала 4, обеспечивающий волноводное распространение излучения накачки, является диэлектрической оболочкой с меньшим, чем у твердотельного активного элемента 3, показателем преломления. Данная оболочка обеспечивает волноводное распространение излучения накачки за счет эффекта полного внутреннего отражения на границе твердотельного активного элемента 3 и оболочки.

В усилителе лазерного излучения по п. 4 система охлаждения 5 твердотельного активного элемента 3 устроена так, что боковая поверхность активного элемента 3 омывается охлаждающей жидкостью с меньшим показателем преломления, чем у активного элемента, и в качестве слоя материала 4, обеспечивающего волноводное распространение излучения накачки, выступает слой жидкости, циркулирующей в системе охлаждения 5. Охлаждающая жидкость обеспечивает волноводное распространение излучения накачки за счет эффекта полного внутреннего отражения на границе активного элемента 3 и охлаждающей жидкости.

В усилителях лазерного излучения по п. 3 и п. 4 оптическая система для заведения излучения накачки в твердотельный активный элемент 3 устроена так, чтобы угол падения излучения на боковую поверхность активного элемента был больше критического угла полного внутреннего отражения.

Таким образом, предлагаемый усилитель лазерного излучения за счет специальной геометрии активного элемента способен работать при высокой средней и пиковой мощности с высоким качеством пучка, обеспечивать большой коэффициент усиления и эффективное извлечение запасенной мощности вдоль всей длины активного элемента при одном проходе излучения накачки и усиливаемого лазерного излучения через активный элемент усилителя. Кроме того, в таком однопроходном усилителе лазерного излучения отпадает необходимость использования нескольких источников накачки и сложных оптических систем для заведения и разделения пучков лазерного излучения и излучения накачки, а также схемы усиления чирпированных импульсов, что существенно упрощает и удешевляет конструкцию усилителя.

1. Усилитель лазерного излучения на основе твердотельного активного элемента, включающий по крайней мере один основанный на лазерных диодах источник излучения накачки, выступающий в роли волновода для излучения накачки твердотельный активный элемент продолговатой аксиально-симметричной формы с двумя круговыми торцевыми гранями, служащими для ввода излучения в твердотельный активный элемент и вывода излучения из твердотельного активного элемента, который контактирует боковой поверхностью со слоем материала, обеспечивающим волноводное распространение излучения накачки, систему охлаждения боковой поверхности твердотельного активного элемента, оптическую систему для заведения излучения накачки в твердотельный активный элемент, оптическую систему для заведения в твердотельный активный элемент усиливаемого лазерного излучения, обеспечивающую его свободное распространение в твердотельном активном элементе, а также по крайней мере одно дихроичное зеркало для пространственного разделения излучения накачки и усиливаемого лазерного излучения, отличающийся тем, что твердотельный активный элемент выполнен в форме усеченного прямого кругового конуса, при этом оптическая система для заведения излучения накачки в твердотельный активный элемент расположена со стороны его круговой торцевой грани, которая является большим основанием усеченного прямого кругового конуса, а оптическая система для заведения усиливаемого лазерного излучения в твердотельный активный элемент расположена со стороны его круговой торцевой грани, которая является меньшим основанием усеченного прямого кругового конуса.

2. Усилитель лазерного излучения на основе твердотельного активного элемента по п. 1, отличающийся тем, что слой материала, обеспечивающий волноводное распространение излучения накачки, выполнен из металла.

3. Усилитель лазерного излучения на основе твердотельного активного элемента по п. 1, отличающийся тем, что слой материала, обеспечивающий волноводное распространение излучения накачки, является диэлектрической оболочкой с меньшим, чем у твердотельного активного элемента, показателем преломления, а оптическая система для заведения излучения накачки в твердотельный активный элемент устроена так, чтобы угол падения излучения накачки на боковую поверхность активного элемента был больше критического угла полного внутреннего отражения.

4. Усилитель лазерного излучения на основе твердотельного активного элемента по п. 1, отличающийся тем, что в качестве слоя материала, обеспечивающего волноводное распространение излучения накачки, выступает слой жидкости, циркулирующей в системе охлаждения, с меньшим показателем преломления, чем у активного элемента, а оптическая система для заведения излучения накачки в твердотельный активный элемент устроена так, чтобы угол падения излучения накачки на боковую поверхность активного элемента был больше критического угла полного внутреннего отражения.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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 лазерной технике. В лазерном устройстве для генерации и/или преобразования лазерного излучения используется пластинчатый оптический элемент в виде прямоугольного параллелепипеда, имеющего входные и выходные окна.

Изобретение относится к волоконному одночастотному лазеру со сканированием частоты. Указанное устройство содержит схему волоконного лазерного источника с пассивным сканированием частоты, в котором временная динамика состоит из периодической группы импульсов.

Изобретение относится к лазерной технике. Волоконный импульсный кольцевой лазер с пассивной синхронизацией мод излучения содержит оптически связанные источник излучения накачки, волоконный кольцевой резонатор, содержащий усиливающее волокно, волоконный модуль спектрального сведения, поляризационно-зависимый ответвитель, поляризационно-зависимый изолятор, первый и второй торцы волокна, не отражающие излучение лазера назад в волокно.

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. В активную петлю резонатора введены дополнительный отрезок активного волокна, дополнительный волоконный объединитель длин волн и дополнительный источник накачки. Один конец дополнительного отрезка активного волокна соединен с четвертым портом сплавного волоконного четырехпортового ответвителя, а другой конец дополнительного отрезка активного волокна соединен с выходным портом дополнительного волоконного объединителя длин волн, вход накачки которого соединен с дополнительным источником накачки, а сигнальный порт соединен с сигнальным портом основного волоконного объединителя длин волн. Технический результат заключается в обеспечении возможности реализации стабильной пассивной синхронизацией мод излучения, повышении эффективности преобразования энергии оптической накачки в энергию генерируемых импульсов, обеспечении надежности конструкции и в отсутствии необходимости технического обслуживания в процессе эксплуатации и после транспортировки. 1 ил.

Изобретение относится к лазерной технике. Лазер с продольной накачкой 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 на продолжении оптической оси резонатора, причем между источником накачки и скошенным торцом активного элемента введен оптический клин, вершина которого обращена к острому углу между торцом и боковой поверхностью активного элемента. Основание клина выполнено отражающим, а зазоры между источником накачки, оптическим клином и активным элементом минимально возможны. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения эффективности накачки, повышения энергии выходного излучения лазера и повышения надежности лазера. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

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. Боковая поверхность активного элемента, противоположная скошенному торцу, выполнена в виде окна, прозрачного для лазерного излучения. У скошенного торца активного элемента установлен источник накачки таким образом, чтобы излучение накачки проникало через торец 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. Кроме того, введен лазерный усилитель, состоящий из второго источника накачки и второго активного элемента, по крайней мере один из торцов которого скошен относительно его продольной оси так, что угол между нормалью к торцу и продольной осью второго активного элемента превышает предельный угол полного внутреннего отражения. Боковая поверхность второго активного элемента, противоположная скошенному торцу, выполнена в виде окна, прозрачного для лазерного излучения. Второй источник накачки установлен у скошенного торца второго активного элемента таким образом, чтобы излучение накачки проникало через торец в активный элемент, причем второй активный элемент установлен своим окном напротив полупрозрачного зеркала. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения энергии выходного излучения лазера при минимальных габаритах устройства. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

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. Также содержит оптическую систему для формирования пучка излучения накачки и заведения его в активный элемент, оптическую систему для формирования усиливаемого лазерного излучения и заведения его в активный элемент, а также оптическую систему для вывода усиливаемого лазерного излучения из усилителя. Ширина торцевых граней твердотельного активного элемента разная, при этом оптическая система для заведения излучения накачки расположена со стороны более широкой торцевой грани таким образом, что созданы условия для волноводного распространения излучения накачки, а оптическая система для заведения усиливаемого излучения расположена со стороны менее широкой торцевой грани таким образом, что созданы условия для свободного распространения усиливаемого лазерного излучения, при этом большие боковые грани активного элемента покрыты материалом, отражающим излучение накачки и обеспечивающим его волноводное распространение. Технический результат заключается в обеспечении возможности работы устройства при высокой средней и пиковой мощности; обеспечении большого коэффициента усиления, при снижении вероятности оптического пробоя в толще активного элемента и на его торцах. 3 з.п. ф-лы, 2 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.

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.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2015-05-20 2017-05-14T00:24:30
Наверх