ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР Российский патент 1995 года по МПК H01S3/16 

Описание патента на изобретение RU2034384C1

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к твердотельным лазерам, и может быть использовано в медицине, связи, научных исследованиях.

Известен твердотельный лазер на кристалле ИАГ-Tm-Cr для получения двухмикронной генерации ионов Tm3+(3F4 ->> 3H6) в условиях широкополосной ламповой накачки при Т=300 К [1]
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является твердотельный лазер, состоящий из резонатора, образованного двумя зеркалами, на оптической оси которого размещен активный элемент из кристалла ИАГ-Tm-Cr [2] Торцы элемента просветлены. Накачка осуществлялась ксеноновой лампой с длительностью импульсов в 1,4 мс при частоте повторения 1 Гц. Лазер излучает на длине волны 2,014 мкм, порог генерации в глухом резонаторе составляет 43 Дж, КПДабс=1,3% КПДдиф=4,5% энергия генерации в единичном импульсе 2 Дж.

Недостатком известного лазера является тот факт, что соактивация кристалла ионами Сr3+, обеспечивающая лучшее согласование со спектром излучения лампы накачки, при этом приводит к увеличению тепловых нагрузок на кристалл.

Технической задачей изобретения является улучшение энергетических параметров твердотельного двухмикронного лазера.

Это достигается тем, что активный элемент твердотельного лазера на основе кристалла со структурой граната, активированного ионами Tm3+, выполнен из кристалла, имеющего состав:
CaxTmyNbzGamO12, где х=2,64-2,96; у=0,04-0,36;
z=1,52-1,95; m=2,90-3,4.

Выход из указанных границ состава по х (менее 2,64 и более 2,96), по z (менее 1,52 и более 1,85), по m (менее 2,90 и более 3,4) по у (более 0,36) приводит к растрескиванию кристалла, внедрению посторонних фаз и т.д. При у<0,04 в кристалле отсутствует CaxTmyNbzGamО12 процесс кросс-релаксации по ионам Тm3+ который увеличивает заселение верхнего лазерного уровня 3F4.

Данный кристалл выращивается по методу Чохральского на установке "Донец-3" с индукционным нагревом.

Более широкие линии в спектрах поглощения кристаллов GaxTmyNbzGamO12 по отношению к ИАГ, обусловленные разупорядоченностью их структуры, обеспечивают лучшее перекрытие со спектром излучения лампы накачки.

На фиг. 1 изображен спектр поглощения кристаллов ИАГ; на фиг 2 спектр поглощения CaxTmyNbzGamO12 для перехода 3Н6 ->> 3F3 при Т=300 К.

На фиг. 3 изображен спектр генерации.

Твердотельный лазер на основе кристалла со структурой граната, активированного ионами Tm3+, работающий при комнатной температуре, состоит из резонатора, образованного двумя отражающими элементами, в состав которых входит нелинейный элемент. На оптической оси резонатора расположен активный элемент из кристалла CaxTmyNbzGamO12. В устройстве могут быть использованы другие типы резонаторов.

Примеры конкретного выполнения.

При проведении генерационных испытаний использовался цилиндрический активный элемент 6,2/69 мм, длина засвечиваемой части 60 мм. Торцы элемента были просветлены на длину волны генерации 2,02 мкм. Резонатор длиной 14 см был образован плоскими диэлектрическими зеркалами с коэффициентами отражения R1=99% и R2=72%
В качестве осветителя использовался квантрон К301, охлаждаемый дистиллированной водой и лампа ДНП 6/90.

Питание лампы осуществлялось блоком питания СПИК-3, обеспечивающим энергию накачки до 1200 Дж, длительность импульса 4,5 мс, частоту повторения 0,5 Гц.

При ламповой накачке лазер с активным элементом из кристалла CaxTmyNbzGamO12 излучал на длине волны 2,02 мкм. Порог генерации в глухом резонаторе 240 Дж. Энергия генерации в единичном импульсе 3,3 Дж.

Спектр генерации при Т=300 К показан на фиг. 3.

Полученный эффект увеличения энеpгии излучения при работе лазера объясняется только заменой кристалла активного элемента на кристалл СаxTmyNbzGamO12, физическими процессами, происходящими в этом кристалле при генерации.

Данные по составу активного элемента при различных режимах работы лазера сведены в таблице.

Похожие патенты RU2034384C1

название год авторы номер документа
ИМПУЛЬСНЫЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР 1992
  • Басиев Т.Т.
  • Воронько Ю.К.
  • Еськов Н.А.
  • Карасик А.Я.
  • Осико В.В.
  • Соболь А.А.
  • Ушаков С.Н.
  • Цымбал Л.И.
RU2054772C1
ЛАЗЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ 2008
  • Захаров Леонид Юрьевич
  • Копылов Юрий Леонидович
  • Комаров Анатолий Алексеевич
  • Кравченко Валерий Борисович
  • Шемет Владимир Васильевич
RU2391754C2
ОПТИЧЕСКИЙ КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР ДВУХМИКРОННОГО ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН 2011
  • Антипов Олег Леонидович
  • Захаров Никита Геннадьевич
  • Новиков Антон Александрович
RU2459328C1
ДВУХМИКРОННЫЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР 2013
  • Осико Вячеслав Васильевич
  • Ломонова Елена Евгеньевна
  • Рябочкина Полина Анатольевна
  • Ушаков Сергей Николаевич
  • Чабушкин Алексей Николаевич
RU2542634C1
ЛАЗЕРНОЕ ВЕЩЕСТВО 1996
  • Заварцев Юрий Дмитриевич
  • Загуменный Александр Иосифович
  • Студеникин Павел Алексеевич
  • Умысков Александр Филипович
RU2095900C1
ВОЛОКОННЫЙ ЛАЗЕР ДЛЯ МЕДИЦИНЫ 2018
  • Колегов Алексей Анатольевич
  • Софиенко Глеб Станиславович
RU2682628C1
РАМАНОВСКИЙ ВОЛОКОННЫЙ ЛАЗЕР (ВАРИАНТЫ) И БРЭГГОВСКАЯ ВОЛОКОННООПТИЧЕСКАЯ РЕШЕТКА 1995
  • Дианов Е.М.
  • Прохоров А.М.
RU2095902C1
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНВЕРСИИ В АКТИВНОМ ЭЛЕМЕНТЕ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ЛАЗЕРА 1994
  • Бурцев А.В.
  • Крупенников А.А.
  • Сенатский Ю.В.
RU2086058C1
БЕЗОПАСНЫЙ ДЛЯ ГЛАЗ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР 1994
  • Басиев Тасолтан Тазретович
  • Дорошенко Максим Евгеньевич
  • Сигачев Валерий Борисович
RU2069030C1
Квантрон твердотельного лазера 1990
  • Дьяконов Георгий Иванович
  • Лян Владимир Григорьевич
  • Михайлов Виктор Алексеевич
  • Пак Сергей Константинович
  • Тюков Виктор Алексеевич
  • Щербаков Иван Александрович
SU1721681A1

Иллюстрации к изобретению RU 2 034 384 C1

Реферат патента 1995 года ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР

Использование: в квантовой электронике, в частности в твердотельных лазерах. Сущность изобретения: твердотельный лазер на основе кристалла со структурой граната, активированного ионами Tm3+ содержит резонатор, в состав которого могут быть включены нелинейные элементы, на оптической оси резонатора расположен активный элемент из кристалла CaxTmyNbzGamO12. В качестве источника накачки использовалась импульсная криптоновая лампа. Цель изобретения - увеличение энергии излучения. 3 ил., 1 табл.

Формула изобретения RU 2 034 384 C1

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР, содержащий активный элемент на основе кристалла со структурой граната, активированного ионами Tm3+, отличающийся тем, что кристалл активного элемента имеет состав
Cax Tmy Nbz Gam O12,
где 2,64 < x < 2,96;
0,04 < y < 0,36;
1,52 < z < 1,85;
2,90 < m < 3,40.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1995 года RU2034384C1

Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
J.Qarles et al
Eserowitz OSA Procedings on advanced Solid - State Lasers, 1990, V
Приспособление для точного наложения листов бумаги при снятии оттисков 1922
  • Асафов Н.И.
SU6A1
Деревянный коленчатый рычаг 1919
  • Самусь А.М.
SU150A1

RU 2 034 384 C1

Авторы

Воронько Ю.К.

Еськов Н.А.

Осико В.В.

Рябочкина П.А.

Соболь А.А.

Ушаков С.Н.

Цымбал Л.И.

Даты

1995-04-30Публикация

1992-08-31Подача