ЛАЗЕР Российский патент 1996 года по МПК H01S3/19 

Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано в спектроскопии, светосигнальных системах и системах экологического мониторинга, а также в других устройствах, в которых необходима одновременная генерация лазерного излучения на нескольких длинах волн с разнесением в пространстве зон излучения и формирование их необходимой геометрии и угловой расходимости.

Для этих целей можно использовать полупроводниковые лазеры, причем предпочтительнее полупроводниковые лазеры с электронным возбуждением, что связано со значительно большей мощностью излучения в импульсе и высоким к.п. д.

Полупроводниковый лазер с электронной накачкой представляет собой стеклянную вакуумированную колбу, в которой размещены катод, электронно-оптическая система, лазерная мишень, преимущественно в виде круглой тонкой полупроводниковой пластины, закрепленной на полупрозрачной основе (Басов Н. Г. и др. ОКГ на CdS с возбуждением быстрыми электронами. ЖЭТФ, 1986, N 47, стр. 1964). Недостатком данной конструкции следует признать, применительно к вышеуказанным областям техники, способность генерировать оптическое излучение только на одной длине волны, а также значительную расходимость излучения.

Технической задачей, решаемой посредством настоящего изобретения, является разработка конструкции полупроводникового лазера, способного одновременно генерировать не менее двух пучков оптического излучения с различными длинами волн с заданными расходимостями каждого пучка, которые определяются геометрией полупроводниковых пластин и фокусным расстоянием линзы. При этом оптический пучок каждого цвета не пересекается с другими.

Поставленная задача решается использованием конструкции, представляющей собой вакуумированную стеклянную колбу, в которой размещены катод, электронно-оптическая система и лазерная мишень, содержащая не менее двух пластин полупроводниковых материалов, прикрепленных к полупрозрачной основе и эмитирующих оптическое излучение на различных длинах волн; между лазерной мишенью и стеклянной колбой в тубусе установлена собирающая линза, причем лазерная мишень расположена на фокусном расстоянии от линзы, и диаметр линзы удовлетворяет соотношению
2Ftga/2≅D,
где F фокусное расстояние линзы, мм;
D диаметр линзы, мм;
а расходимость лазерного излучения по уровню е-а на выходе мишени.

Преимущественно полупроводниковые пластины выполнены из твер- дых растворов CdSxSe1-х, GalnP или GalnPAs. Пластины преимуществен- но имеют прямоугольную форму и толщину в несколько десятков микрон.

Обоснуем важность введенных в формулу изобретения признаков. Использование устройства должно обеспечить формирование не менее двух пучков оптического излучения, отличающихся по длине волны и не пересекающихся в пространстве.

Использование прикрепленных на одной полупрозрачной основе не менее двух пластин полупроводниковых материалов, способных эмитировать оптическое излучение с различными длинами волн, обеспечивает получение не менее двух пучков оптического излучения с различной длиной волны, а использование собирающей линзы, расположенной на фокусном расстоянии от лазерной мишени и имеющей удовлетворяющий вышеприведенное соотношение диаметр, позволяет получить требуемые геометрические характеристики каждого пучка оптического излучения и разделить их в пространстве.

Изобретение отличается от ближайшего аналога тем, что:
а) устройство дополнительно содержит линзу;
б) устройство дополнительно содержит тубус;
в) линза закреплена в тубусе;
г) линза расположена на фокусном расстоянии от лазерной мишени;
д) диаметр линзы удовлетворяет соотношению
D≥2Ftga/2;
е) лазерная мишень выполнена не менее чем из двух пластин различных полупроводниковых материалов;
ж) полупроводниковые материалы, использованные в мишени, эмитируют оптическое излучение с различными длинами волн;
з) преимущественно использованы полупроводниковые материалы на основе твердых растворов;
и) преимущественно используют полупроводниковые пластины прямоугольной формы.

Изобретение иллюстрировано чертежом,где приняты следующие обозначения: катод 1; электронно-оптическая система 2; лазерная мишень 3, составленная из нескольких полупроводниковых пластин 4 и полупрозрачного основания 5; стеклянная колба 6; линза 7; тубус 8.

В качестве материала для полупрозрачного основания может быть использован лейкосапфир.

Полупроводниковые пластины преимущественно выполнены из твердых растворов типа CdSxSe1-х прямоугольной формы с размерами 1 и h, состыкованными по длинной стороне. В этом случае цветовая зона, создаваемая за линзой, имеет прямоугольную форму с угловыми размерами
a 1/F и b n/F.

Работа заявленного устройства аналогична работе полупроводникового лазера.

Меняя материал и геометрические размеры полупроводниковых пластин, а также фокусное расстояние, можно добиться получения зон любого размера и цвета.

Техническим эффектом от использования данного изобретения является возможность одновременного формирования в пространстве примыкающих друг к другу лазерных оптических пучков, каждый из которых имеет свою длину излучения в диапазоне от ультрафиолета до ближайшей инфракрасной области и угловые размеры. Это позволяет использовать такой лазер в высокоэффективных светосигнальных системах,обеспечивающих ориентирование подвижного объекта в пространстве, и в лазерной спектроскопии быстропротекающих процессов, где необходима одновременная диагностика веществ (процесса) во всем оптическом диапазоне.

Использование: изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано в спектроскопии, светосигнальных системах, а также в других устройствах, в которых необходима одновременная генерация лазерного излучения на нескольких длинах волн с разнесением в пространстве зон излучения и формирование их необходимой геометрии и угловой расходимости. Сущность изобретения: лазер содержит вакуумированную стеклянную колбу. В колбе расположены катод, электронно-оптическая система, лазерная мишень, тубус и собирающая линза. Лазерная мишень выполнена в виде полупроводниковых пластин, прикрепленных к полупрозрачной основе. Пластины выполнены из различных полупроводниковых материалов. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Лазер, содержащий катод, электронно-оптическую систему, лазерную мишень, укрепленную на полупрозрачной основе, и вакуумную колбу, в которой размещены элементы конструкции, отличающийся тем, что он дополнительно содержит тубус и линзу, причем лазерная мишень выполнена не менее чем из двух полупроводниковых пластин, каждая из которых обеспечивает генерацию излучения определенной длины волны, линза установлена на выходе лазерной мишени в тубусе на расстоянии, равном фокусному расстоянию линзы, а диаметр линзы удовлетворяет условию 2Ftg a/2 ≅D, где F фокусное расстояние линзы, мм, D диаметр линзы, мм, а расходимость лазерного излучения по уровню е-2 на выходе мишени. 2. Лазер по п.1, отличающийся тем, что элементы электронной мишени выполнены из твердых полупроводниковых растворов типа CdS_xSe_1-x. 3. Лазер по п.1, отличающийся тем, что элементы электронной мишени выполнены прямоугольной формы.