ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР Российский патент 1997 года по МПК H01S3/02 

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к средствам управления расходимостью лазерного излучения.

Известен твердотельные лазеры, в которых обеспечивается управление параметрами лазерных пучков, например, а.с. СССР N 1618239 Н 01 S 3/101, 1988; a. c. CCCP N 1599919 Н 01 S 3/00, 1990; а.с. СССР N 936771, Н 01 S 3/02, 1982; п. США N 4852109, Н 01 S 3/045, 1989; п. США N 3662281, Н 01 S 3/02, 1972; з. Японии N 65-146479, Н 01 S 3/101, 1988.

Наиболее близким к патентуемому является лазер по а.с. СССР N 1618239, Н 01 S 3/101, 1988. Он содержит последовательно расположенные в резонаторе активный элемент и компенсатор с нагревателем для регулирования расходимости лазерного излучения и систему управления мощностью теплового режима нагревателя.

При включении нагревателя в компенсаторе устанавливается стационарный для данной мощности нагревателя тепловой режим.

Активный элемент при воздействии накачки представляет собой собирающую линзу с зависящим от мощности накачки фокусным расстоянием, а компенсатор с нагревателем действуют как рассеивающая линза, фокусное расстояние которой регулируется (предварительная градуировка) изменением мощности нагревателя. Подбирают такой режим нагревателя, при котором для данных условий накачки абсолютные величины термооптических напряжений в активном элементе и компенсаторе будут одинаковы. Поскольку воздействия на выходное излучение активного элемента и компенсатора противоположны, фазовые искажения волнового фронта излучения и деполяризующее действие со стороны активного элемента будут скомпенсированы.

Однако выполнение компенсатора с нагревателем в виде отдельно расположенного от активного элемента устройства, находящегося внутри резонатора, усложняет конструкцию лазера и увеличивает его длину.

Кроме того, в прототипе не достигается управление расходимостью в автоматическом режиме, требуется предварительная градуировка для различных мощностей накачки активного элемента.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании твердотельного лазера с автоматической системой управления расходимостью лазерного излучения.

Технический результат, который может быть получен от использования изобретения, состоит в упрощении конструкции лазера, уменьшении его длины, повышении диапазона регулирования расходимости и автоматическом поддержании заданной расходимости лазерного излучения.

Для достижения этого в твердотельном лазере, содержащем активный элемент, нагреватель для регулирования расходимости лазерного излучения и систему управления мощностью теплового режима нагревателя, согласно изобретению, нагреватель расположен на активном элементе и выполнен в виде нанесенного на наружную поверхность активного элемента токопроводящего покрытия, оптически прозрачного для линий поглощения активного элемента, и размещенных на концах активного элемента кольцевых токоподводов, связанных с блоком управления через блок питания, а со стороны выходного излучения лазера установлена плоскопараллельная пластина, оптически связанная с блоком измерения расходимости лазерного излучения, соединенного с блоком управления.

Сущность изобретения состоит в управлении расходимостью лазерного излучения за счет создания градиента температур в активном элементе для заданной расходимости и поддержания этого градиента обратной связью в динамике работы лазера.

Расположение нагревателя непосредственно на активном элементе, кроме того, упрощает конструкцию и уменьшает длину лазера.

Изобретение иллюстрируется примером.

На фиг. 1 чертежа показана принципиальная схема патентуемого лазера.

Твердотельный лазер содержит цилиндрический активный элемент 1, электрооптический затвор 2, глухое зеркало 3, полупроницаемое зеркало 4, нагреватель, систему управления мощностью теплового режима нагревателя, систему охлаждения боковой поверхности активного элемента и импульсную лампу 5 для накачки активного элемента.

Нагреватель расположен на активном элементе и выполнен в виде нанесенного на его наружную боковую повеpхность токопроводящего покрытия 6, оптически прозрачного для линий поглощения активного элемента и размещенных на концах активного элемента кольцевых токоподводов 7.

Система управления мощностью теплового режима нагревателя для регулирования расходимости лазерного излучения содержит установленную со стороны выходного излучения лазера плоскопараллельную пластину 8, оптически связанную с блоком 9 измерения расходимости лазерного излучения, выход которого соединен с входом блока 10 управления работой лазера, а выходы последнего соединены со входами блока 11 питания токопроводящего покрытия 6, блока 12 питания импульсной лампы 5, блока 13 питания электрооптического затвора и блока 14 системы охлаждения.

Лазер работает в импульсном режиме. При включении импульсной лампы 5 для накачки активного элемента 1 и включении нагревателя создается градиент температуры в активном элементе.

Лазерное излучение после прохождения плоскопараллельной пластины 8 попадает в блок 9 измерения расходимости излучения, откуда поступает сигнал в блок управления 10. Результирующий сигнал из блока 10 подается в блок 11 питания токопроводящего покрытия 6, в результате нагрева которого устанавливается стационарный для заданной в блок 10 управления расходимости.

Амплитуда и длительность тока, проходящего через покрытие 6, генерируются блоком питания 11 и регулируются блоком 9 измерения расходимости излучения, а также блоком 10 управления и функционально зависит от частоты лазерного излучения, мощности излучения импульсной лампы 5, хладопроизводительности системы охлаждения боковой поверхности активного элемента и длительности цикла излучения.

Момент пропускания импульсного тока через токопроводящее покрытие, разряд импульсной лампы и открытие электрооптического затвора синхронизированы блоком управления работой лазера.

Патентуемое изобретение позволяет упростить конструкцию лазера, повысить его компактность и обеспечить автоматическое регулирование расходимости лазерного излучения в широком диапазоне.

Использование: изобретение относится к лазерной технике. Сущность: лазер содержит активный элемент, нагреватель и систему управления мощностью. Нагреватель расположен на активном элементе и выполнен в виде токопроводящего покрытия, оптически прозрачного для линий поглощения активного элемента и размещенных на концах активного элемента кольцевых токоподводов. Последние связаны с блоком управления через блок питания. Со стороны выходного излучения установлена плоскопараллельная пластина, оптически связанная с блоком управления. 1 ил.

Твердотельный лазер, содержащий активный элемент, нагреватель для регулирования расходимости лазерного излучения и систему управления мощностью теплового режима нагревателя, отличающийся тем, что нагреватель расположен на активном элементе и выполнен в виде нанесенного на наружную поверхность активного элемента токопроводящего покрытия, оптически прозрачного для линий поглощения активного элемента, и размещенных на концах активного элемента кольцевых токопроводов, связанных с блоком управления через блок питания, а система управления мощностью теплового режима нагревателя выполнена в виде установленной со стороны выходного излучения лазера плоскопараллельной пластины, оптически связанной с блоком измерения расходимости лазерного излучения, выход которого соединен с входом блока управления, а выходы последнего соединены с входами блока питания токопроводящего покрытия, блока питания импульсной лампы и блока системы охлаждения.