ЛАЗЕР Российский патент 1996 года по МПК H01S3/00 

Изобретение относится к приборам квантовой электроники, а именно к мощным твердотельным оптическим квантовым генераторам (лазерам).

Известны твердотельные лазеры, активные элементы которых выполнены в форме цилиндрического стержня, имеющего постоянный коэффициент преломления во всем объеме [1] Однако в известных лазерах, имеющих форму цилиндра и постоянный коэффициент преломления во всем объеме, в процессе накачки возникает термическая линза, фокусирующая луч лазера в центре активного стержня, в результате чего увеличивается расходимость луча и уменьшается эффективность использования объема стержня.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является твердотельный лазер, активный элемент которого возбуждается лампами накачки с двух сторон. В данном лазере предусмотрены технические средства для контроля температуры поверхности активного элемента, а также его центральной части [2]
Недостатком данного лазера является то, что он выполнен в виде бруска, что не позволяет эффективно контролировать его температуру по периметру, а следовательно, трудно судить о распределении температуры в объеме активного элемента. Кроме того, значительная часть излучения теряется при рассеянии накачки.

В известном устройстве, содержащем открытый оптический резонатор, лампы накачки, цилиндрический сердечник твердотельного активного элемента представляет собой канал, частично заполненный ртутью, концы канала имеют электpический контакт с металлическим покpытием зеркал резонатора, а в месте контакта канала с металлическим покрытием полностью отражающего зеркала имеется шаровидная емкость для скопления ртути, причем металлические покрытия зеркал резонатора электрически соединены с проводниками, которые, в свою очередь, соединены с терморегулятором температуры активного элемента, снабженного временным задатчиком.

Использование в твердотельном активном элементе, имеющем форму кругового цилиндра, канала, частично заполненного ртутью, концы которого имеют электрический контакт с металлическим покрытием зеркал резонатора, которые, в свою очередь, электрически соединены с проводниками, позволяет регулировать температуру активного элемента путем подключения к проводникам, электрически соединенным с зеркалами резонатора, индикатора или терморегулятора, регулирующего ток ламп накачки или их световой поток. При этом временной задатчик позволяет установить время охлаждения активного элемента. Выбранная форма активного элемента позволяет более точно судить о перепадах температуры. Кроме того, ртуть и электрод имеют хороший коэффициент отражения светового излучения, что позволяет возвращать излучение от центра в активную среду.

На чертеже изображен лазер.

Лазер состоит из открытого оптического резонатора 1, ламп накачки 2, твердотельного, в форме кругового цилиндра, активного элемента 3, имеющего внутри соосно расположенный цилиндрический канал 4, частично заполненный ртутью 5, концы канала 4 имеют электрический контакт с металлическим покрытием зеркал резонатора 1, в месте контакта с металлическим покрытием полностью отражающего зеркала имеется шаровидная емкость 6 для скопления ртути 5. Металлические покрытия зеркал резонатора 1 электрически соединены с проводниками 7, которые, в свою очередь, соединены с терморегулятором температуры 8 активного элемента 3. Лазер также содержит источник электропитания 9, тумблер 10 для включения электропитания, электрод 11, электрически соединенный с зеркалами резонатора 1, частично отражающими оптическое излучение, створку 12, управляемую терморегулятором 8, временной задатчик 13.

Лазер работает следующим образом.

Тумблером 10 подключаем источник электропитания 9 к лампе накачки 2. В процессе накачки активный элемент 3 начинает нагреваться, при этом столбик ртути 5 перемещается по каналу 4 из шаровидной емкости 6 к электроду 11, длина которого калибруется в зависимости от габаритов и материала сердечника элементов 3. В момент электрического контакта ртути 5 с электродом 11 включается терморегулятор 8, соединенный проводниками 7 с зеркалами резонатора 1. Терморегулятор 8 воздействует на световой поток лампы 2, закрывая створкой 12 лампу 2. После охлаждения активного элемента накачка световым излучением активного элемента возобновляется по вышеуказанной схеме. Время возобновления накачки регулируется временным задатчиком 13.

Предлагаемый лазер выгодно отличается от указанного прототипа, так как позволяет более эффективно управлять температурой активного элемента в процессе работы лазера. Активный элемент в предлагаемом лазере может быть выполнен из стекла активированного Nd³⁺. Температуру нагрева активного элемента в этом случае, целесообразно выбрать в интервале 0 90^oС, поскольку этот интервал температур позволяет использовать в качестве хладагента воду. Кроме того, в этом интервале температур изменения спектрально-люминесцентных параметров Nd³⁺ в стекле сравнительно небольшие, а также теплофизические параметры стекла в этом случае не зависят от температуры. Однако рост подводимой мощности накачки ограничен термопрочными характеристиками активных элементов, которые даже для одного и того же стекла одинаковой геометрии и равных размеров активных элементов разнятся на 30% что в значительной степени обусловлено наличием дефектов на боковой поверхности элемента, вносимых при механической обработки стекла. Поэтому средняя предельная температура нагрева активных элементов будет зависеть от типа стекла и площади боковой поверхности активного элемента. Например, для ГЛС-1 при диаметре 26 мм перепад температуры не должен превышать 60^oC. Временный промежуток между началом работы лампы накачки и срабатыванием створки определяется предельной температурой нагрева активного элемента, которая может устанавливаться путем выбора длины электрода 11.

Изобретение относится к приборам квантовой электроники, а именно к мощным твердотельным лазерам. Сущность изобретения: лазер состоит из открытого оптического резонатора 1, ламп накачки 2, твердотельного, в форме кругового цилиндра, активного элемента 3. Цилиндрический активный элемент 3 имеет внутри соосно расположенный канал 4, частично заполненный ртутью 5, концы канала имеют электрический контакт с металлическим покрытием зеркал резонатора 1. В месте контакта канала 4 с металлическим покрытием полностью отражающего зеркала имеется шаровидная емкость 6 для скопления ртути 5, а частично отражающее зеркало электрически соединено с электродом 11, причем металлические покрытия зеркал резонатора 1 электрически соединены с проводниками 7, которые, в свою очередь, соединены с терморегулятором температуры 8 и створками 12, которые дозируют подвод световой энергии от лампы 2 к активному элементу 3. 1 ил.

Лазер, содержащий открытый оптический резонатор, лампу накачки, твердотельный активный элемент, имеющий внутри соосно расположенный канал, регулятор температуры активного элемента, устройство, ограничивающее поток излучения от лампы накачки к поверхности активного элемента, отличающийся тем, что активный элемент выполнен в форме кругового цилиндра, канал внутри активного элемента выполнен цилиндрическим и частично заполнен ртутью, зеркала резонатора выполнены с металлическими отражающими покрытиями, примыкающими к торцам канала, в месте контакта с металлическим покрытием, полностью отражающего световое излучение зеркала, имеется шаровидная емкость для скопления ртути, а зеркало, частично отражающее световое излучение, электрически соединено с электродом, размещенным внутри канала, причем металлические покрытия зеркал резонатора электрически соединены посредством проводников с терморегулятором температуры активного элемента, снабженного временным задатчиком, а устройство, ограничивающее поток излучения, выполнено в виде створки, управляемой терморегулятором.