ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕРНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК H01S3/11 

Изобретение относится к лазерной технике, а более конкретно, к твердотельным лазерным излучателям, используемым в импульсных лазерных дальномерах, локаторах, целеуказателях.

Известен твердотельный лазерный излучатель, включающий осветитель с одним источником оптической накачки (например, лампой накачки) и двумя активными элементами [1].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является твердотельный лазерный излучатель [2], включающий осветитель с одним источником оптической накачки и двумя активными элементами, один из которых выполняет функцию задающего генератора, а второй - функцию однопроходового усилителя, что позволяет повысить эффективность излучателя за счет увеличения объема активной среды и одновременно ослабить ограничения по оптической стойкости на повышение выходной энергии излучателя в режиме модуляции добротности.

В известном твердотельном лазерном излучателе отсутствует оптимизация взаимного расположения активных элементов и источника оптической накачки во внутреннем объеме осветителя, при котором достигается максимум плотности энергии оптической накачки внутри объема каждого активного элемента.

Задачей изобретения является повышение эффективности излучателя и равномерности пространственной структуры выходного излучения.

Указанная задача решается за счет того, что в известном [2] твердотельном лазерном излучателе, включающем осветитель, состоящий из отражателя, выполненного в форме кругового цилиндра, источника оптической накачки и двух активных элементов, причем оси источника оптической накачки и активных элементов параллельны оси цилиндра, установка активных элементов и источника оптической накачки в осветителе выполнена с условием равноудаления их осей от центра отражателя, а расстояние между осями активных элементов выбрано равным
4Ra²/(R² + a²)±d
где
R - радиус отражателя, мм;
а - расстояние от оси источника оптической накачки до центра отражателя, мм;
d - диаметр активного элемента, мм.

Вышеуказанное взаимное расположение активных элементов и источника оптической накачки в отражателе обеспечивает установку активных элементов в пространственных зонах внутри отражателя, в которых плотность оптического излучения источника оптической накачки достигает максимального значения, что позволяет реализовать наилучшее использование излучения оптической накачки, т.е. повысить эффективность излучателя. При этом одновременно обеспечивается и повышение однородности оптической накачки по поперечному сечению активных элементов, что позволяет повысить равномерность пространственной структуры в выходном пучке лазерного излучения.

Изобретательский уровень и новизна предлагаемого устройства вытекают из неочевидных соотношений, характеризующих пространственное расположение активных элементов и источника оптической накачки внутри цилиндрического отражателя, которые выражены в виде эмпирического выражения, определенного по результатам расчетно-экспериментальных исследований.

На фигурах 1 и 2 показана оптическая схема предлагаемого твердотельного лазерного излучателя.

Он включает осветитель 1, состоящий из отражателя 2, выполненного в форме кругового цилиндра радиусом R с центром в точке O, двух активных элементов 3 и 4 диаметром d с центрами O₁ и O₂ и источника оптической накачки (например, лампы накачки) 5 с центром O₃, причем длина отрезка равна a.

Твердотельный лазерный излучатель включает также "глухое" зеркало 6 и выходное зеркало 7 задающего генератора, в состав которого входит активный элемент 3, а также электрооптический затвор 8. Задающий генератор связан с однопроходовым усилителем, выполненным на активном элементе 4, посредством призмы 9.

Оси активных элементов 3,4 и источника оптической накачки 5 параллельны оси цилиндрического отражателя 2, равноудалены от центра O отражателя 2, т. е. При этом расстояние между осями активных элементов удовлетворяет соотношению (1). Технологический допуск ±d в соотношении (1) определяет допустимые отклонения на установку активных элементов в реальной конструкции излучателя, не ухудшающие его параметров.

Твердотельный лазерный излучатель работает следующим образом.

При подаче питания на источник оптической накачки 5 (например, в случае лампы накачки при разряде накопительного конденсатора на лампу накачки) последний излучает световой импульс, при этом оптическое излучение источника оптической накачки, многократно отражаясь от боковой цилиндрической поверхности отражателя 2, концентрируется в определенных пространственных зонах, где плотность оптического излучения накачки достигает максимального значения. Положение этих зон относительно положения источника оптической накачки определяется выражением (1). Поскольку установка активных элементов 3 и 4 также определяется выражением (1), в них под действием излучения накачки создается максимальная инверсная населенность с высокой степенью однородности по поперечному сечению активных элементов. При включении добротности резонатора задающего генератора, образованного зеркалами 6 и 7, активным элементом 3 и электрооптическим затвором 8, за счет подачи управляющего напряжения на электрооптический затвор происходит генерация интенсивного лазерного излучения, приводящая к сбросу инверсной населенности в активном элементе 3. Лазерное излучение с выходного зеркала 7 задающего генератора попадает через поворотную призму 9 в активный элемент 4 усилителя, приводит к сбросу инверсной населенности в активном элементе 4 при проходе через него и генерации дополнительной энергии лазерного излучения, в результате чего энергия лазерного излучения на выходе твердотельного лазерного излучателя (на выходе активного элемента 4) возрастает, представляя собой сумму энергий излучения задающего генератора (с активным элементом 3) и усилителя (с активным элементом 4).

Благодаря установке активных элементов внутри отражателя в соответствии с выражением (1), пространственная структура излучения твердотельного лазерного излучателя отличается высокой степенью равномерности распределения плотности излучения в поперечном сечении выходного лазерного луча при наиболее эффективном использовании излучения источника оптической накачки.

Использование: изобретение относится к лазерной технике. Сущность изобретения: твердотельный лазерный излучатель включает осветитель, состоящий из отражателя, выполненного в форме кругового цилиндра, источника оптической накачки и двух активных элементов, причем оси источника оптической накачки и активных элементов параллельны оси цилиндра. Установка активных элементов и источника оптической накачки в осветителе выполнена с условием равноудаления осей активных элементов и источника оптической накачки от центра отражателя и условием равноудаления осей активных элементов от оси источника оптической накачки, а расстояние между осями активных элементов выбрано равным 4Ra²/(R² + a²), где R - радиус отражателя, а - расстояние от оси источника оптической накачки до центра отражателя, при этом величина допустимого отклонения осей активных элементов от указанного положения составляет не более чем r , где r - радиус активного элемента. 2 ил.

Твердотельный лазерный излучатель, включающий осветитель, состоящий из отражателя, выполненного в форме кругового цилиндра, источника оптической накачки и двух активных элементов, причем оси источника оптической накачки и активных элементов параллельны оси цилиндра, отличающийся тем, что установка активных элементов и источника оптической накачки в осветителе выполнена с условием равноудаления осей активных элементов и источника оптической накачки от центра отражателя и равноудаления осей активных элементов от оси источника оптической накачки, а расстояние между осями активных элементов выбрано равным
4Ra²/(R² + a²),
где R - радиус отражателя;
a - расстояние от оси источника оптической накачки до центра отражателя,
при этом величина допустимого отклонения осей активных элементов от указанного положения составляет не более радиуса активного элемента.