Твердотельный лазер

Авторы патента:

H01S3/06 - конструкция или форма активной среды

Владельцы патента RU 2635400:

Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (RU)

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, 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.

Необходимость использования первого зеркала одновременно как элемента резонатора лазера и входного окна для излучения накачки ограничивает возможности конструктивного исполнения зеркала (например, при необходимости использования зеркала, обладающего кривизной) и ухудшает его характеристики по каждому из указанных назначений. В результате снижается выходная энергия излучения лазера и надежность глухого зеркала.

Задачей изобретения является повышение однородности накачки, повышение энергии выходного излучения лазера и повышение надежности лазера.

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

Поверхность скошенного торца активного элемента может быть просветлена в диапазоне длин волн источника накачки, а поверхность окна - на длине волны лазерного излучения.

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

На фиг. 1 представлена схема лазера.

Активный элемент 1 установлен между зеркалами резонатора - глухим зеркалом 2 и полупрозрачным зеркалом 3. Перед скошенным торцом активного элемента установлена лазерная диодная матрица 4. Последовательно с активным элементом внутри резонатора установлен модулятор добротности 5.

Устройство работает следующим образом.

При включении источника оптической накачки 4 его излучение проникает в активный элемент 1 через скошенный торец. В процессе накачки модулятор добротности 5 выключен, и добротность резонатора, образуемого зеркалами 2, 3, недостаточна для возникновения лазерной генерации. По завершении процесса накачки, обеспечивающего заданный уровень возбуждения активного элемента, включается модулятор добротности, в результате чего восстанавливается рабочая 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 его торец с высоким коэффициентом пропускания для излучения накачки. Для лазерного излучения этот торец представляет собой стопроцентно отражающее зеркало благодаря расположению под углом полного внутреннего отражения. Глухое зеркало резонатора освобождено от функции дихроичного зеркала, поэтому имеет максимально высокий коэффициент отражения при сравнительно простом исполнении отражающей поверхности и высокой лучевой стойкости отражающей поверхности. При этом кривизна глухого зеркала может быть произвольной, например сферической, в соответствии с условиями обеспечения максимальной добротности резонатора. Расстояние от скошенного торца активного элемента до глухого зеркала также может быть произвольным, исходя из конструктивных требований и заданной конфигурации резонатора.

Благодаря указанным особенностям изобретения обеспечивается повышение однородности накачки, повышение энергии выходного излучения лазера и повышение надежности 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. 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, 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.

2. Твердотельный лазер по п. 1, отличающийся тем, что поверхность скошенного торца активного элемента просветлена в диапазоне длин волн источника накачки, а поверхность окна - на длине волны лазерного излучения.

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

Импульсный твердотельный лазер // 2629685

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.

Твердотельный усилитель лазерного излучения с диодной накачкой с большим коэффициентом усиления и высокой средней мощностью // 2626723

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.

Лазер с продольной накачкой // 2623688

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

Волоконный импульсный лазер с нелинейным петлевым зеркалом // 2618605

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.

Усилитель лазерного излучения с большим коэффициентом усиления, высокой средней и пиковой мощностью и высоким качеством выходного пучка // 2618498

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.

Многоэлементное волокно для источника лазерного излучения, состоящее из пассивного и легированного редкоземельными элементами стеклянных волокон, с общей полимерной оболочкой, на внешнюю поверхность которой винтообразно намотана металлическая проволока // 2609721

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 // 2607839

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.

Способ и устройство для стабилизации оптической мощности и спектрального состава излучения волоконного лазера ультракоротких импульсов // 2605639

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 лазер с модуляцией добротности // 2636260

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.

Активный элемент твердотельно-волноводного лазерного усилителя и твердотельно-волноводный лазерный усилитель // 2637183

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.

Волоконный лазер для генерации высокоэнергетических световых импульсов // 2646440

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.

Волоконный лазер для генерации высокоэнергетических световых импульсов // 2646440

Способ получения генерации лазерных импульсов и устройство для его осуществления // 2646939

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.