Волоконный лазер для накачки активных элементов

Изобретение относится к лазерной технике. Волоконный лазер для накачки активных элементов содержит блок питания и излучатель, включающий оптически связанные активный элемент в виде активного волоконного световода и источник диодной накачки. Первый выход блока питания электрически связан с входом излучателя, содержащего термодатчик, выход которого электрически связан с входом блока питания, не менее одного нагревательных элементов, силовые выводы которых электрически связаны со вторым выходом блока питания. Лазер снабжен оптоволоконными объединителями накачки, резонатором, образованным селективными зеркалами, выполненными в виде волоконных брегговских решеток с резонансной длиной волны в диапазоне 1907,6-1908,2, не менее чем одним источником диодной накачки, оборудованным эмиттерами, расположенными с противоположных сторон теплоотводящей пластины, образованной частью корпуса лазера, и волоконным выводом излучения, оснащенным кристаллическим наконечником. В качестве источников диодной накачки использованы лазерные диоды с длиной волны 786 нм и температурным дрейфом длины волны 0,3 нм/К. Технический результат заключается в обеспечении возможности улучшения эксплуатационных возможностей с уменьшением массогабаритных характеристик. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к устройствам для генерирования, усиления, модуляции, демодуляции или преобразования частоты, использующие стимулированное излучение электромагнитных волн с длиной волны большей, чем длина волны в ультрафиолетовом диапазоне, а именно к волоконным лазерам для накачки, например, гольмиевых активных элементов.

Накачка активных элементов, например гольмиевых, с помощью волоконного лазера, например тулиевого, уменьшает квантовый дефект ввиду минимальной разницы длин волн накачки и генерации, что значительно снижает тепловые нагрузки, являющиеся критическими для кристаллов. Волоконный лазер, например тулиевый, в таких системах должен обеспечивать оптимальные спектральные характеристики в широком диапазоне рабочих температур от -60°С до +60°С для эффективной накачки активного элемента в различных условиях эксплуатации, должен обеспечивать формирование необходимого лазерного пучка и иметь защиту от обратного излучения. Также конструкция лазера должна быть компактной и не требовать дополнительных устройств питания, охлаждения и др. для работы.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению и выбранным в качестве прототипа устройства является техническое решение, описанное в патенте на полезную модель №112520, опубл. 10.01.2012 г., МПК H01S 3/067, под названием «Волоконный лазер», содержащий блок питания и излучатель, включающий оптически связанные активный элемент в виде активного волоконного световода и источник диодной накачки, при этом первый выход блока питания электрически связан с входом излучателя, содержащего термодатчик, выход которого электрически связан с входом блока питания, не менее одного электрических нагревательных элементов, силовые выводы которых электрически связаны со вторым выходом блока питания. К недостаткам этого устройства следует отнести:

- отсутствие описания схемы лазера и его эффективности;

- наличие пластины с несколькими нагревательными элементами для нагрева активного элемента, что усложняет конструкцию и увеличивает массогабаритные характеристики.

Задачей настоящего изобретения является улучшение эксплуатационных возможностей с уменьшением массогабаритных характеристик, а именно возможность работы волоконного лазера в широком температурном диапазоне с выходной мощностью излучения не менее 30 Вт. и повышение эффективности накачки гольмиевых активных элементов в различных условиях эксплуатации.

Технический результат, заключается в обеспечении

- длины волны, оптимальной для накачки гольмиевых активных элементов;

- защиты лазера от обратного излучения;

- работоспособности волоконного лазера в широком диапазоне температур от -60°С до +60°С без применения дополнительных устройств терморегулирования, что позволило снизить массогабаритные характеристики и улучшить эксплуатационные возможности.

Указанный технический результат достигается тем, что волоконный лазер для накачки активных элементов, содержащий блок питания и излучатель, включающий оптически связанные активный элемент в виде активного волоконного световода и источник диодной накачки, при этом первый выход блока питания электрически связан с входом излучателя, содержащего термодатчик, выход которого электрически связан с входом блока питания, не менее одного нагревательных элементов, силовые выводы которых электрически связаны со вторым выходом блока питания, согласно изобретению снабжен оптоволоконными объединителями накачки, резонатором, образованным селективными зеркалами, выполненными в виде волоконных брегговских решеток с резонансной длиной волны в диапазоне 1907,6-1908,2, не менее чем одним источником диодной накачки, оборудованным эмиттерами, расположенными с противоположных сторон теплоотводящей пластины, образованной частью корпуса лазера, и волоконным выводом излучения, оснащенным кристаллическим наконечником, при этом в качестве источников диодной накачки использованы лазерные диоды с длиной волны 786 нм и температурным дрейфом длины волны 0,3 нм/К.

Кроме того, в волоконном лазере для накачки активных элементов использованы одиночные эмиттеры.

Кроме того, в волоконном лазере для накачки активных элементов использованы гольмиевые активные элементы.

Кроме того, в волоконном лазере для накачки активных элементов наконечник выполнен кварцевым.

Кроме того, в волоконном лазере для накачки активных элементов использованы брегговские решетки с шириной спектра не более 0,5 нм.

Кроме того, в волоконном лазере для накачки активных элементов электрические нагревательные элементы выполнены патронными.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результатуотличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного технического уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень».

Предложенное техническое решение проиллюстрировано на следующих чертежах:

на фиг. 1 представлена функциональная схема волоконного лазера;

на фиг. 2 представлен источник диодной накачки;

на фиг. 3 схематично представлена конструкция лазера;

на фиг. 4 представлен спектр поглощения тулиевого волокна в области 785-795 нм;

на фиг. 5 представлен волоконный вывод излучения с кварцевым наконечником.

На чертежах введены следующие обозначения:

1 - блок питания;

2 - излучатель

3 - активный элемент (активный волоконный световод);

4 - источник диодной накачки (лазерный диод накачки);

5 - термодатчик;

6 - нагревательный элемент;

7 и 8 - оптоволоконные объединители накачки;

9 - глухое селективное зеркало;

10 - выходное селективное зеркало;

11 - эмиттеры;

12 - теплоотводящая пластина;

13 - волоконный вывод излучения;

14 - кристаллический наконечник.

Функциональная схема волоконного лазера для накачки активных элементов содержит в корпусе А (фиг. 1) блок питания 1, излучатель 2, вход которого электрически связан с первым выходом блока питания 1, включающий оптически связанные активный элемент 3, выполненный в виде активного волоконного световода, и источник диодной накачки 4 (лазерный диод накачки), а также термодатчик 5, выход которого электрически связан с входом блока питания 1. Кроме того, функциональная схема содержит один или несколько нагревательных элементов 6, выполненных патронными, силовые выводы которых электрически связаны со вторым выходом блока питания 1. Волоконный лазер для накачки активных элементов, снабжен оптоволоконными объединителями накачки 7 и 8, резонатором, образованным селективными зеркалами 9 и 10, выполненными в виде волоконных брегговских решеток. Источник диодной накачки 4 (лазерный диод накачки) оборудован эмиттерами 11 (фиг. 2), расположенными с противоположных сторон теплоотводящей пластины 12 (фиг. 3), образованной частью корпуса устройства (фиг. 3) и волоконным выводом излучения 13, оснащенным кристаллическим наконечником 14 (фиг. 5).

Устройство работает следующим образом.

Объединители накачки 7 и 8 объединяют излучение источника диодной накачки 4 (лазерного диода накачки) для достижения мощности излучения, необходимой для накачки активного элемента 3 (активного волоконного световода). Излучение источника диодной накачки 4 (лазерного диода накачки) возбуждает ионы активного элемента 3 (активного волоконного световода), находящиеся в основном состоянии, и инициирует их переход на верхние энергетические уровни, таким образом создавая инверсию населенностей. Резонатор, образованный зеркалами 9 и 10, обеспечивает лазерную генерацию на длине волны, соответствующей накачке активного элемента 3 (активного волоконного световода). Волоконный вывод излучения 13 доставляет излучение генерации до активного элемента 3 (активного волоконного световода), а кварцевый наконечник 14 защищает лазер от обратного излучения.

На предприятии был проэкспериментирован волоконный лазер для накачки гольмиевых активных элементов, состоящий из блока питания 1, излучателя 2, электрически связанным с блоком питания 1, гольмиевых активных элементов 3 с концентрацией ионов тулия (Tm3+) более 3%, источника диодной накачки 4 (лазерного диода накачки), оборудованного одиночными эмиттерами, оптоволоконных объединителей накачки 7 и 8, резонатора, образованного селективными зеркалами глухим 9 и выходным 10, выполненными в виде волоконных брегговских решеток с резонансной длиной волны в диапазоне 1907,6-1908,2 и с шириной спектра не более 0,5 нм, волоконного вывода излучения 13 с кварцевым наконечником 14, термодатчика 5 и электрических нагревательных элементов 6, выполненных патронными.

Экспериментальные исследования спектра поглощения ионов тулия в диапазоне 785-795 нм (фиг. 4) показали, что максимум поглощения соответствует длине волны 788 нм. Поэтому использование источников диодной накачки 4 (лазерных диодов накачки) с длиной волны 786 нм при температуре 25°С позволяет использовать пассивное охлаждение, т.к. дрейф длины волны источников диодной накачки 4 (лазерных диодов накачки) составляет 0,3 нм/К. Конструкция волоконного лазера для накачки активных элементов, например гольмиевых (фиг. 3) обеспечивает тепловой режим работы, при котором спектр излучения источников диодной накачки 4 (лазерных диодов накачки) соответствует спектру поглощения ионов тулия в активном элементе 3 (активном волоконном световоде) в широком температурном диапазоне от -60°С до +60°С. В предлагаемом волоконном лазере для накачки активных элементов, образованном селективными зеркалами 9, 10, обеспечивает длину волны генерации 1907,6-1908,2 и ширину спектра не более 0,5 нм, что является оптимальным для накачки гольмиевых активных элементов. Волоконный вывод излучения 13 с кварцевым наконечником 14 предотвращает попадание в сердцевину излучения, отразившегося от внешней оптической схемы, в которой может использоваться заявляемое техническое решение.

Заявляемый техническое решение позволило существенно снизить массогабаритные характеристики волоконного лазера для накачки активных элементов, а также обеспечить его работу в широком температурном диапазоне от -60°С до +60°С и при высоком уровне обратного излучения (до 15%), что идеально подходит для использования в портативных лазерных устройствах, например гольмиевых.

Для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, экспериментально подтверждена работоспособность волоконного лазера для накачки активных элементов и способность достижения указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

1. Волоконный лазер для накачки активных элементов, содержащий блок питания и излучатель, включающий оптически связанные активный элемент в виде активного волоконного световода и источник диодной накачки, при этом первый выход блока питания электрически связан с входом излучателя, содержащего термодатчик, выход которого электрически связан с входом блока питания, не менее одного нагревательных элементов, силовые выводы которых электрически связаны со вторым выходом блока питания, отличающийся тем, что он снабжен оптоволоконными объединителями накачки, резонатором, образованным селективными зеркалами, выполненными в виде волоконных брегговских решеток с резонансной длиной волны в диапазоне 1907,6-1908,2, не менее чем одним источником диодной накачки, оборудованным эмиттерами, расположенными с противоположных сторон теплоотводящей пластины, образованной частью корпуса лазера, и волоконным выводом излучения, оснащенным кристаллическим наконечником, при этом в качестве источников диодной накачки использованы лазерные диоды с длиной волны 786 нм и температурным дрейфом длины волны 0,3 нм/К.

2. Волоконный лазер для накачки активных элементов по п. 1, отличающийся тем, что использованы одиночные эмиттеры.

3. Волоконный лазер для накачки активных элементов по п. 1, отличающийся тем, что использованы гольмиевые активные элементы.

4. Волоконный лазер для накачки активных элементов по п. 1, отличающийся тем, что наконечник выполнен кварцевым.

5. Волоконный лазер для накачки активных элементов по п. 1, отличающийся тем, что использованы брегговские решетки с шириной спектра не более 0,5 нм.

6. Волоконный лазер для накачки активных элементов по п. 1, отличающийся тем, что нагревательные элементы выполнены патронными.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области химии, физики и касается способа получения новых металлорганических полимеров, конкретно эпоксидных полимеров, и может быть использовано в оптике и квантовой электронике, преимущественно для изготовления волноводов, оптических усилителей, лазеров.

Изобретение относится к лазерной технике. Активная среда для волоконных лазеров содержит структурно-активированный эпоксидный олигомер молекулами органических красителей и отвердитель.

Изобретение относится к лазерной технике, в частности, к твердотельным лазерам. Активный элемент твердотельного лазера представляет собой легированный активирующей примесью оптический стержень, на внешней поверхности стержня вдоль всей его длины выполнена канавка с минимально возможной шириной w и глубиной h, достаточной для подавления поперечных мод, в которую введен запуск в виде состава с показателем поглощения α на рабочей длине волны лазера где τ - заданный коэффициент поглощения поперечных мод на рабочей длине волны лазера.

Изобретение относится к радиотехнике, а конкретно к средствам формирования стабильных по частоте радиотехнических сигналов. Технический результат заключается в создании более простого стандарта частоты, характеризующегося сниженным фактором внутренней нестабильности.

Изобретение относится к лазерной технике. Кольцевой дисковый лазерный неустойчивый резонатор состоит из системы формирования изображения, образованной усилительным узлом и телескопом для увеличения диаметра пучка лазерного излучения, расположенного между усилительным узлом и телескопом зеркала обратной связи, а также невзаимного оптического элемента и поворотных зеркал.

Изобретение относится к квантовой электронике, конкретно к способам формирования световых пятен от излучения концентрических излучателей, и может быть использовано при создании технологических устройств, в частности, интегрированных в конструкцию газотурбинного двигателя, для адаптивного управления размерами световых пятен на динамическом объекте.

Согласно настоящему изобретению предложена эксимер-лазерная система. Камера задающего генератора может генерировать лазерные импульсы с суженной шириной линии и малой энергией посредством модуля сужения ширины линии в качестве затравочного света.

Изобретение относится к лазерной технике. Твердотельный лазерный усилитель включает основанный на лазерных диодах источник излучения накачки, выступающий в роли волновода для излучения накачки твердотельный активный элемент продолговатой аксиально-симметричной формы с переменным по площади поперечным сечением 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.

Изобретение относится к аппарату и способу лазерного аддитивного производства. Лазер обеспечивает функциональный лазерный пучок с длиной волны в диапазоне 405-475 нм.

Изобретение относится к оптическим элементам для волоконных лазеров, в частности к насыщающимся поглотителям. Сутью изобретения является устройство для переключения режимов работы оптоволоконного лазера на основе управляемого насыщающегося поглотителя из углеродных нанотрубок, состоящее из подложки, на которой размещены электрод, противоэлектрод, отполированная до сердцевины часть оптоволокна, соединенная прямым контактом с электродом, выполненным в виде пленки из углеродных нанотрубок, при этом отполированная часть волокна, пленка и противоэлектрод соединены электрически между собой через ионную жидкость, и указанная пленка выполнена с возможностью изменения нелинейного поглощения на длине волны лазера при приложении разности потенциалов на электрод и противоэлектрод.

Изобретение относится к лазерной технике. Активная среда для волоконных лазеров содержит структурно-активированный эпоксидный олигомер молекулами органических красителей и отвердитель.

Изобретение относится к лазерной технике. Активная среда для волоконных лазеров содержит структурно-активированный эпоксидный олигомер молекулами органических красителей и отвердитель.

Изобретение относится к лазерной и волоконной технике. Волоконно-оптический усилитель содержит оптический мультиплексор и оптическое волокно, оптически соединенное с оптическим мультиплексором, при этом селективные отражатели первой и второй длин волн сформированы на оптическом волокне, причем селективный отражатель первой длины волны выполнен с возможностью отражать излучение с первой длиной волны, а селективный отражатель второй длины волны выполнен с возможностью отражать излучение со второй длиной волны, которая больше первой длины волны.

Изобретение относится к лазерной и волоконной технике. Волоконно-оптический усилитель содержит оптический мультиплексор и оптическое волокно, оптически соединенное с оптическим мультиплексором, при этом селективные отражатели первой и второй длин волн сформированы на оптическом волокне, причем селективный отражатель первой длины волны выполнен с возможностью отражать излучение с первой длиной волны, а селективный отражатель второй длины волны выполнен с возможностью отражать излучение со второй длиной волны, которая больше первой длины волны.

Изобретение относится к лазерной измерительной технике. Многомодовый волоконный лазерный гироскоп включает кольцевой лазер, состоящий из оптического усилителя, кольцевого резонатора в виде смотанного в катушку световода, фазового модулятора, с помощью которого создается частотная подставка, и волоконного разветвителя Х-типа, два порта которого служат для вывода части мощности излучения кольцевого лазера, устройство объединения выводимых из кольцевого лазера волн, фотоприемник и электронную систему.

Группа изобретений относится к технологии ввода света, выходящего из нескольких волоконных лазерных устройств, в один оптический компонент и управления излучением, выходящим из таких лазерных устройств.

Лазерный источник содержит блок генерации лазерного луча, содержащий диодные лазерные источники для генерации первого лазерного луча, блок оптического усиления для накачки первым лазерным лучом и излучения второго лазерного луча, и оптический блок переключения и адресации лазерного луча, расположенный между блоком генерации и блоком оптического усиления и содержащий первую оптическую линию для транспортировки первого лазерного луча к первому выходу, вторую оптическую линию для транспортировки первого лазерного луча к усилительному модулю блока оптического усиления, и селекторное устройство, расположенное между входом и первой и второй оптическими линиями для направления первого лазерного луча к первой оптической линии, чтобы генерировать лазерный луч, имеющий более высокую мощность и более низкое качество на первом выходе, или к второй оптической линии, чтобы генерировать лазерный луч, имеющий меньшую мощность и более высокое качество на втором выходе.

Изобретение относится к лазерной технике. Импульсный волоконный генератор содержит однонаправленный кольцевой волновод, выполненный с возможностью испускать серию импульсов.

Изобретение относится к лазерной технике. Импульсный волоконный генератор содержит однонаправленный кольцевой волновод, выполненный с возможностью испускать серию импульсов.

Изобретение относится к области волоконно-оптических источников усиленной спонтанной эмиссии. Способ решает задачу стабилизации в диапазоне температур нескольких параметров выходного оптического излучения источника усиленной спонтанной эмиссии, построенного по двухпроходной схеме с двухсторонней накачкой легированного ионами эрбия активного волокна двумя лазерными диодами, в частности мощности и центральной длины волны или мощности и ширины спектра.

Изобретение относится к лазерной технике. Волоконный лазер для накачки активных элементов содержит блок питания и излучатель, включающий оптически связанные активный элемент в виде активного волоконного световода и источник диодной накачки. Первый выход блока питания электрически связан с входом излучателя, содержащего термодатчик, выход которого электрически связан с входом блока питания, не менее одного нагревательных элементов, силовые выводы которых электрически связаны со вторым выходом блока питания. Лазер снабжен оптоволоконными объединителями накачки, резонатором, образованным селективными зеркалами, выполненными в виде волоконных брегговских решеток с резонансной длиной волны в диапазоне 1907,6-1908,2, не менее чем одним источником диодной накачки, оборудованным эмиттерами, расположенными с противоположных сторон теплоотводящей пластины, образованной частью корпуса лазера, и волоконным выводом излучения, оснащенным кристаллическим наконечником. В качестве источников диодной накачки использованы лазерные диоды с длиной волны 786 нм и температурным дрейфом длины волны 0,3 нмК. Технический результат заключается в обеспечении возможности улучшения эксплуатационных возможностей с уменьшением массогабаритных характеристик. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Наверх