ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР ДИСКОВИДНОЙ ФОРМЫ Российский патент 2014 года по МПК H01S3/08 H01S3/941 H01S3/06 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Изобретение относится к лазеру, в частности к твердотельному лазеру в виде тонкого диска.

Уровень техники

[0002] С непрерывным развитием лазерной технологии твердотельный лазер сталь уникальной ветвью во всем семействе лазеров благодаря своим несравненным достоинствам. Он стремительно развивается, повышая такие показатели, как средняя мощность, качество пучка и эффективность преобразования. При этом взаимопроникновение между твердотельной лазерной технологией и другими высокими и новыми технологиями позволяет более широко применять твердотельный лазер в таких областях, как сварка наружной обшивки на корпусе автомобиля, фигурная сварка автомобильной обшивки и резание листового металла. Однако традиционный стрежневой твердотельный лазер имеет ограничения по структуре поперечной накачки и способу охлаждения. Эти ограничения могут приводить к распределению радиального температурного поля в кристалле, создавая такие проблемы, как эффект тепловой линзы и двойное лучепреломление в области термического напряжения, что вызывает снижение качества выходного лазерного пучка и ограничение применения лазера в области техники, связанной с лазерной обработкой.

[0003] В твердотельном лазере в виде тонкого диска в качестве усиливающей среды в основном используется лазерный кристалл в виде тонкого диска. В общем случае используется торцевая накачка, и направление теплового потока параллельно направлению оптической оси. Поскольку лазерный кристалл тонок, рост температуры в кристалле не будет очень сильным даже при экстремально высокой плотности мощности накачки. Равномерное распределение температуры в кристалле позволяет ему вырабатывать высококачественный лазерный пучок.

[0004] Высокоэффективная накачка и охлаждение кристалла являются основными технологиями в твердотельном лазере в виде тонкого диска. В настоящее время в большинстве твердотельных лазеров в виде тонкого диска применяется план многократной накачки в едином параболическом пространстве пучков, предложенный S. Erhard и др., поскольку этот план благотворно влияет на мощность, эффективность и качество пучка твердотельного лазера. Однако эта технология многократной накачки также сталкивается с некоторыми проблемами, например сложная механическая структура и затрудненная оптическая регулировка. Главный план кристалла означает план охлаждения с высокой эффективностью, выдвинутый U. Brauch и др., но в этом плане обработка элементов действительно трудна, пространство сборки мало и на охлаждающее устройство и накачку в системе налагаются гораздо более строгие требования.

[0005] В 2008 г. профессор Zhuxiao и др. предложили план в отношении твердотельного лазера в виде тонкого диска с системой охлаждения кристалла типа SMD и структурой многократной накачки, которая основана на взаимно сопряженном двойном параболоиде, наклонном лазерном кристалле и корректирующем отражателе. Этот новый план позволяет, до некоторой степени, реализовать многократную накачку и охлаждение диска, но его основной проблемой является низкая эффективность световой накачки вследствие наклонного положения лазерного кристалла. Когда лазерный кристалл располагается в наклонном положении, только одному пучку света накачки разрешается входить в фокусирующий резонатор, и это неблагоприятно для достижения более высокой эффективности накачки. Действительно трудно регулировать резонатор (направление которого совпадает с направлением выхода лазера) и использовать выходное лазерное излучение вследствие наклонного положения лазерного кристалла. Кроме того, в этом плане лазерный кристалл соединен с системой охлаждения посредством технологии SMD. Для иммерсионной ударно-струйной системы охлаждения ее проектирование затруднено, эффективность теплопередачи низка и сборка сложна.

Раскрытие изобретения

[0006] Ввиду вышеописанных проблем изобретение предусматривает твердотельный лазер в виде тонкого диска, который способен осуществлять накачку много раз, налагает менее строгие требования к источнику накачки, формированию, коллимации и приданию формы пучка и охлаждающему устройству, имеет простую механическую структуру для изготовления и сборки и достигает лазерного выхода с высокой мощностью, эффективностью и качеством пучка.

[0007] Ниже описаны технические схемы изобретения.

[0008] Твердотельный лазер в виде тонкого диска содержит группу стопок пластин полупроводникового лазера, формирователь пучка, коллиматор пучка накачки, лазерный кристалл в виде тонкого диска, первый и второй параболические отражатели с одной и той же функцией лицевого контура, корректирующий отражатель, выходное зеркало и ударно-струйную систему охлаждения. Лазерный кристалл в виде тонкого диска и выходное зеркало образуют лазерный резонатор. Ударно-струйная система охлаждения используется для охлаждения лазерного кристалла в виде тонкого диска. Первый и второй параболические отражатели с одной и той же функцией лицевого контура располагаются на одной и той же сопряженной оси, и вершина одного из отражателей совмещена с фокусом другого. Лазерный кристалл в виде тонкого диска приварен, приклеен или прикреплен к вершине первого параболического отражателя. Лазерный кристалл в виде тонкого диска перпендикулярен к оптической оси первого параболического отражателя. Корректирующий отражатель закреплен на вершине второго параболического отражателя. Угол α между корректирующим отражателем и оптической осью второго параболического отражателя составляет 1-5 градусов. Входное отверстие прямоугольного поперечного сечения для света накачки находится в фиксированном положении на первом параболическом отражателе. Геометрический центр входного отверстия прямоугольного поперечного сечения смещается вдоль быстрой оси относительно лазерного кристалла в виде тонкого диска. Свет накачки, вырабатываемый группой стопок пластин полупроводникового лазера, формируется формирователем пучка, коллимируется коллиматором света накачки и входит в фокусирующий резонатор многократной накачки через входное отверстие прямоугольного поперечного сечения на первом параболическом отражателе. Фокусирующий резонатор многократной накачки образован первым параболическим отражателем, вторым параболическим отражателем, лазерным кристаллом в виде тонкого диска и корректирующим отражателем. В фокусирующем резонаторе многократной накачки свет накачки фокусируется, коллимируется и отклоняется, сходясь на лазерном кристалле в виде тонкого диска. Лазерный резонатор вырабатывает и выводит лазерное излучение.

[0009] Твердотельный лазер в виде тонкого диска содержит группу стопок пластин полупроводникового лазера, формирователь пучка, коллиматор пучка накачки, лазерный кристалл в виде тонкого диска, первый и второй параболические отражатели с одной и той же функцией лицевого контура, корректирующий отражатель, выходное зеркало и ударно-струйную систему охлаждения. Лазерный кристалл в виде тонкого диска, корректирующий отражатель и выходное зеркало или лазерный кристалл в виде тонкого диска, выходное зеркало и зеркало полного отражения образуют лазерный резонатор. Ударно-струйная система охлаждения используется для охлаждения лазерного кристалла в виде тонкого диска. Первый и второй параболические отражатели с одной и той же функцией лицевого контура располагаются на одной и той же сопряженной оси, и вершина одного из отражателей совмещена с фокусом другого. Лазерный кристалл в виде тонкого диска приварен, приклеен или прикреплен к вершине второго параболического отражателя. Лазерный кристалл в виде тонкого диска перпендикулярен к оптической оси второго параболического отражателя. Корректирующий отражатель закреплен на вершине первого параболического отражателя. Угол α между корректирующим отражателем и оптической осью первого параболического отражателя составляет 1-5 градусов. Два входных отверстия прямоугольного поперечного сечения для света накачки распределены равномерно и симметрично вдоль медленной оси на первом параболическом отражателе, а также по обе стороны лазерного кристалла в виде тонкого диска. Свет накачки, вырабатываемый группой стопок пластин полупроводникового лазера, формируется формирователем пучка, коллимируется коллиматором света накачки и входит в фокусирующий резонатор многократной накачки через два входных отверстия прямоугольного поперечного сечения на первом параболическом отражателе. Фокусирующий резонатор многократной накачки образован первым параболическим отражателем, вторым параболическим отражателем, лазерным кристаллом в виде тонкого диска и корректирующим отражателем. В фокусирующем резонаторе многократной накачки свет накачки фокусируется, коллимируется и отклоняется, сходясь на лазерном кристалле в виде тонкого диска. Лазерный резонатор вырабатывает и выводит лазерное излучение.

[0010] Твердотельный лазер в виде тонкого диска содержит группу стопок пластин полупроводникового лазера, формирователь пучка, коллиматор пучка накачки, лазерный кристалл в виде тонкого диска, первый и второй параболические отражатели с одной и той же функцией лицевого контура, корректирующий отражатель или оптический элемент диффузного отражения, выходное зеркало и ударно-струйную систему охлаждения. Лазерный кристалл в виде тонкого диска и выходное зеркало образуют лазерный резонатор. Ударно-струйная система охлаждения используется для охлаждения лазерного кристалла в виде тонкого диска. Первый и второй параболические отражатели с одной и той же функцией лицевого контура располагаются на одной и той же сопряженной оси, и вершина одного из отражателей совмещена с фокусом другого. Лазерный кристалл в виде тонкого диска приварен, приклеен или прикреплен к вершине первого параболического отражателя. Угол наклона β между лазерным кристаллом в виде тонкого диска и оптической осью первого параболического отражателя составляет 3-8 градусов. Корректирующий отражатель или оптический элемент диффузного отражения закреплен на вершине второго параболического отражателя. Угол наклона α образован между корректирующим отражателем и оптической осью второго параболического отражателя. Направление угла наклона α противоположно направлению β, и разность между двумя углами составляет 1-5 градусов, или оптический элемент диффузного отражения перпендикулярен к оптической оси второго параболического отражателя. Два входных отверстия прямоугольного поперечного сечения для света накачки распределены равномерно и симметрично вдоль медленной оси на первом параболическом отражателе, а также по обе стороны лазерного кристалла в виде тонкого диска. Свет накачки, вырабатываемый группой стопок пластин полупроводникового лазера, формируется формирователем пучка, коллимируется коллиматором света накачки и входит в фокусирующий резонатор многократной накачки через два входных отверстия прямоугольного поперечного сечения на первом параболическом отражателе. Фокусирующий резонатор многократной накачки образован первым параболическим отражателем, вторым параболическим отражателем, лазерным кристаллом в виде тонкого диска и корректирующим отражателем или оптическим элементом диффузного отражения. В фокусирующем резонаторе многократной накачки свет накачки фокусируется, коллимируется и отклоняется, сходясь на лазерном кристалле в виде тонкого диска. Лазерный резонатор вырабатывает и выводит лазерное излучение.

[0011] Множество лазерных кристаллов в виде тонкого диска, накачиваемых несколькими фокусирующими резонаторами многократной накачки, последовательно соединены друг с другом посредством плоских или искривленных зеркал полного отражения, образуя лазерный резонатор с выходным зеркалом.

[0012] В различных конкретных планах корректирующий отражатель имеет разного рода покрытия, в том числе сильно отражающее покрытие или покрытие, избирательное по длине волны (сильно отражающее покрытие для света накачки и, в то же время, покрытие высокой степени прозрачности для выходного лазерного излучения).

[0013] Одна сторона лазерного кристалла в виде тонкого диска, ориентированная от другого параболического отражателя, гальванизирована покрытием, которое хорошо отражает свет накачки и выходное лазерное излучение, тогда как другая сторона гальванизирована покрытием, которое хорошо пропускает свет накачки и выходное лазерное излучение.

[0014] Ударно-струйная система охлаждения содержит холодильник, водяной насос, водяной бак, камеру охлаждения, впускную трубу и обратную трубу. Камера охлаждения располагается в параболическом отражателе, где находится лазерный кристалл в виде тонкого диска. Будучи охлаждена холодильником и сжата водяным насосом, низкотемпературная охлаждающая жидкость поступает в камеру охлаждения через форсунку, установленную на конце впускной трубы, поглощает отходящее тепло, выделяемое лазерным кристаллом в виде тонкого диска, и возвращается в водяной бак по обратной трубе и соответствующим трубам вокруг камеры охлаждения.

[0015] На конце впускной трубы в ударно-струйной системе охлаждения предусмотрены одна или более форсунок. Ударная поверхность является плоской, искривленной или конической.

[0016] Оптический элемент диффузного отражения может быть приобретен на рынке.

[0017] Ударно-струйная система охлаждения содержит холодильник, водяной насос, водяной бак, камеру охлаждения, впускную трубу и обратную трубу. Будучи охлаждена холодильником и сжата водяным насосом, низкотемпературная охлаждающая жидкость поступает в камеру охлаждения внутри первого или второго параболического отражателя через форсунку, установленную на конце впускной трубы, поглощает отходящее тепло, выделяемое лазерным кристаллом в виде тонкого диска, и возвращается в водяной бак по обратной трубе и соответствующим трубам вокруг камеры охлаждения. На конце впускной трубы в ударно-струйной системе охлаждения предусмотрены одна или более форсунок.

[0018] Ниже кратко изложены преимущества изобретения.

[0019] 1) Способ накачки группы стопок пластин полупроводникового лазера обеспечивает высокую эффективность и большую эксплуатационную долговечность. Обеспеченное устройство удобно обслуживать и ремонтировать.

[0020] 2) Фокусирующий резонатор многократной накачки, который содержит два параболических отражателя, лазерный кристалл в виде тонкого диска, корректирующий отражатель или оптический элемент диффузного отражения, позволяет снизить сложность преобразователя формы и коллиматора света накачки. Не требуется циркулирование заметного различия в произведении параметров пучка на быстрой или медленной оси группы стопок пластин полупроводникового лазера, что позволяет достичь высокоэффективной многократной накачки, разумной площади пятна света накачки и равномерное распределение плотности мощности.

[0021] 3) Лазерный кристалл в виде тонкого диска может быть непосредственно приварен, приклеен или прикреплен к одному из параболических отражателей. Применяется ударно-струйный способ охлаждения. Эффективность охлаждения высока, структура проста и требования к охлаждающей жидкости, водяному насосу и охлаждающим устройствам низки. При этом температура лазерного кристалла в виде тонкого диска сравнительно низка и радиальный перепад температуры в зоне усиления невелик, что благоприятно для применения таких новых усилительных материалов, как Yb³⁺, и непрерывного лазерного выхода с высокой мощностью, высокого качество пучка и высокой эффективности.

[0022] 4) Лазер может гибко принимать различные разновидности реализации, когда необходимо осуществлять инжекцию множественных световых пучков накачки, повышать максимальную мощность накачки, усиливать выходное лазерное излучение, которое распространяется параллельно средней оси, облегчать применение выходного пучка, строить лазерный резонатор V-образной формы или других форм, получать выход крупномодовой объемной или земляной моды, последовательно соединять несколько лазерных кристаллов в виде тонкого диска для усиления и сбора повышенной выходной мощности.

[0023] 5) Устройство имеет малые размеры, простую механическую структуру и регулировку и небольшой вес. Оно очень удобно для промышленного применения.

Краткое описание чертежей

[0024] Фиг. 1 - схема твердотельного лазера в виде тонкого диска в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.

[0025] Фиг. 2a - вид спереди фокусирующего резонатора многократной накачки, показанного на Фиг. 1.

[0026] Фиг. 2b - вид сверху фокусирующего резонатора многократной накачки, показанного на Фиг. 1.

[0027] Фиг. 3a-3b - схемы твердотельного лазера в виде тонкого диска второго варианта осуществления изобретения.

[0028] Фиг. 4a - вид спереди фокусирующего резонатора многократной накачки, показанного на Фиг. 3.

[0029] Фиг. 4b - вид сверху фокусирующего резонатора многократной накачки, показанного на Фиг. 3.

[0030] Фиг. 5a - общий вид распределения светового пятна на первом параболическом отражателе в ходе многократной накачки согласно второму варианту осуществления изобретения.

[0031] Фиг. 5b - общий вид распределения светового пятна на первом параболическом отражателе в ходе многократной накачки согласно второму варианту осуществления изобретения.

[0032] Фиг. 6a-6c - схемы расположения двух параболических отражателей в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

[0033] Фиг. 7 - схема твердотельного лазера в виде тонкого диска третьего варианта осуществления изобретения.

[0034] Фиг. 8a-8d - схемы ударно-струйной системы охлаждения в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

[0035] Изобретение предусматривает использование одной или более групп стопок пластин полупроводникового лазера в качестве источника накачки. Два параболических отражателя, лазерный кристалл в виде тонкого диска, корректирующий отражатель или оптический элемент диффузного отражения образуют фокусирующий резонатор многократной накачки. Коллимация и фокусировка осуществляются двумя параболическими отражателями, расположенными на сопряженной оси, для реализации эффективной многократной накачки. В первом примере реализации (именуемом примером 1) существуют некоторые смещения между входным отверстием прямоугольного поперечного сечения для света накачки и быстрой осью полупроводникового лазера вдоль центра первого параболического отражателя. После коллимации свет накачки входит в фокусирующий резонатор через входное отверстие прямоугольного поперечного сечения. Корректирующий отражатель, расположенный под наклоном, избирателен по длине волны. Кристалл в виде тонкого диска установлен перпендикулярно к оси вращения параболического отражателя, что позволяет пучку света накачки постепенно перемещаться в пространстве после входа в фокусирующий резонатор для реализации многократной накачки, повышения эффективности светового преобразования лазера и обеспечения распространения выходного лазерного излучения в направлении вращения параболического отражателя. Во втором примере реализации (именуемом примером 2) входное отверстие прямоугольного поперечного сечения равномерно распределено по обе стороны от центра первого параболического отражателя. Два пучка света накачки входят в фокусирующий резонатор через входное отверстие прямоугольного поперечного сечения, будучи сформированы и сколлимированы. В фокусирующем резонаторе корректирующий отражатель располагается в наклонном положении, и кристалл в виде тонкого диска установлен перпендикулярно или наклонно к оси вращения параболического отражателя, что позволяет двум пучкам света накачки постепенно перемещаться в разных областях пространства. Таким образом, можно реализовать многократную накачку, инжектировать более высокую мощность накачки, повысить максимальную выходную мощность лазера, снизить сложность формирователя пучка, гибко проектировать состав резонатора или обеспечивать последовательное соединение нескольких кристаллов в виде тонкого диска, повысить максимальную выходную мощность лазера и добиться более высокого качества пучка. В 3-м примере реализации (именуемом примером 3) входное отверстие прямоугольного поперечного сечения равномерно распределено по обе стороны первого параболического отражателя вдоль медленной оси полупроводникового лазера. Два пучка света накачки входят в фокусирующий резонатор через входное отверстие прямоугольного поперечного сечения, будучи сформированы и сколлимированы. В фокусирующем резонаторе кристалл в виде тонкого диска располагается в наклонном положении, и оптический элемент диффузного отражения установлен либо перпендикулярно, либо наклонно, что позволяет двум пучкам света накачки распределяться по всему параболическому отражателю посредством рассеяния. По достижении многократной накачки также можно инжектировать более высокую мощность накачки, повысить максимальную выходную мощность лазера и снизить сложность формирователя пучка. Во всех вышеупомянутых примерах предполагается применение ударно-струйного охлаждения лазерного кристалла.

[0036] Изобретение описано ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.

[0037] Как показано на Фиг. 1, твердотельный лазер в виде тонкого диска, предложенный в примере 1, содержит группу 1 стопок пластин полупроводникового лазера, формирователь 2 пучка, коллиматор 3 света накачки, первый параболический отражатель 4, второй параболический отражатель, лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска, корректирующий отражатель 7, выходное зеркало 8 и ударно-струйную систему 10 охлаждения. Из этих компонентов первый параболический отражатель 4 и второй параболический отражатель располагаются на одной оси. Свет накачки, передаваемый группой 1 стопок пластин полупроводникового лазера, входит в фокусирующий резонатор многократной накачки, образованный первым параболическим отражателем 4, вторым параболическим отражателем 5, лазерным кристаллом 6 в виде тонкого диска и корректирующим отражателем 7, будучи сформирован формирователем 2 пучка и сколлимирован коллиматором 3 света накачки, для достижения многократной, эффективной и равномерной накачки; и лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска и выходное зеркало образуют резонатор для выработки выходного лазерного излучения.

[0038] Группа стопок пластин полупроводникового лазера служит источником света накачки для твердотельного лазера в виде тонкого диска. Такого рода пучок имеет разные углы расхождения и размеры светового пятна на быстрой оси (в направлении x) и медленной оси (в направлении y). Произведение оптических параметров BPP в направлении медленной оси значительно больше, чем в направлении быстрой оси. В частности, поперечное сечение выходного светового пучка в группе 1 стопок пластин полупроводникового лазера имеет форму прямоугольника размерами 20 мм в направлении быстрой оси и 10 мм в направлении медленной оси. При этом, в таких обстоятельствах, угол расхождения в направлении быстрой оси составляет менее 1 мрад, тогда как угол расхождения в направлении медленной оси, в общем случае, превышает 50 мрад. В целом, качество пучка группы 1 стопок пластин полупроводникового лазера хуже.

[0039] Коллиматор 3 света накачки коллимирует пучок прямоугольного поперечного сечения, который формируется формирователем 2 пучка и передается группой 1 стопок пластин полупроводникового лазера. Прямоугольное световое пятно будет образовываться на входном отверстии 9 прямоугольного поперечного сечения для света накачки под первым параболическим отражателем 4. Размер светового пятна в направлении x гораздо меньше, чем в направлении y. Углы расхождения коллимированного пучка света накачки в направлениях x и y сравнительно малы и равны друг другу. При этом пучок, коллимированный коллиматором 3 света накачки, может передаваться либо единичной группой стопок пластин полупроводникового лазера, либо несколькими группами стопок пластин полупроводникового лазера, будучи сформирован формирователем пучка.

[0040] Первый параболический отражатель 4, второй параболический отражатель 5, лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска и корректирующий отражатель 7 образуют фокусирующий резонатор многократной накачки. Фиг. 2 иллюстрирует взаимное расположение всех компонентов в фокусирующем резонаторе. На фигуре первый параболоид 11 и второй параболоид 12 являются, соответственно, отражающими поверхностями первого параболического отражателя 4 и второго параболического отражателя 5. Первый параболоид 11 и второй параболоид 12 совместно используют одни и те же параболическую функцию и ось, и их фокусные расстояния равны P. Расстояние между их вершинами равно P/2. Фокус первого параболоида 11 совпадает с вершиной второго параболоида 12, а фокус второго параболоида 12 совпадает с вершиной первого параболоида 11, таким образом, два параболических отражателя сопряжены друг с другом.

[0041] Лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска представляет собой кристалл дисковидной формы толщиной 0,1-1 мм и диаметром 4-20 мм. Он является активной средой лазера. Сторона этого кристалла, ориентированная от второго параболоида 12, гальванизирована покрытием, которое хорошо отражает свет накачки и выходное лазерное излучение и которое образует лазерный резонатор совместно с выходным зеркалом 8. Другая сторона кристалла гальванизирована покрытием, которое хорошо пропускает свет накачки и выходное лазерное излучение, для снижения потерь на отражение света накачки и выходного лазерного излучения. Лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска приварен, приклеен или прикреплен к области вершины первого параболоида 11, а именно к зоне фокусирования второго параболоида 12. В ходе установки фокус кристалла можно надлежащим образом отрегулировать, чтобы его передняя и задняя поверхности были перпендикулярны к оси вращения параболоидов 11 и 12.

[0042] Диаметр корректирующего отражателя 7 равен около 20 мм, и его отражающая поверхность является плоской. Он установлен в области вершины второго параболоида 12, а именно в зоне фокусирования первого параболоида 11. Нормаль к его отражающей поверхности вращается вокруг оси y, и угол α между корректирующим отражателем и первым параболоидом 11 или вторым параболоидом 12 составляет 1-5 градусов. Гальванизированное покрытие корректирующего отражателя избирательно по длине волны и является сильно отражающим покрытием для света накачки, но при этом является покрытием высокой степени прозрачности для выходного лазерного излучения. Другими словами, корректирующий отражатель является вставным элементом в лазерном резонаторе. При этом, совместно с лазерным кристаллом 6 в виде тонкого диска в зоне фокусирования второго параболоида 12 и сопряженными первым и вторым параболоидами 11 и 12, корректирующий отражатель обеспечивает вход коллимированного пучка света накачки через входное отверстие прямоугольного поперечного сечения таким образом, чтобы он сходился на лазерном кристалле 6 в виде тонкого диска несколько раз, давая возможность осуществлять многократную накачку и повышать плотность мощности, скорость поглощения и равномерность света накачки. Ниже подробно рассмотрен конкретный пример реализации многократной накачки.

[0043] Как показано на Фиг. 2a-2b, входное отверстие 9 прямоугольного поперечного сечения является длинным и узким, причем его длинные и короткие стороны, соответственно, параллельны осям x и y (размер в направлении x гораздо меньше, чем в направлении y). Его центр располагается в плоскости, образованной осью вращения двух параболоидов и осью x, и существует некоторое отличие от первого параболического отражателя. Через него коллимированный свет накачки входит в фокусирующий резонатор многократной накачки.

[0044] Как показано на Фиг. 1, сформированный и коллимированный пучок света накачки сначала попадает на второй параболический отражатель 5 через входное отверстие прямоугольного поперечного сечения на основании того принципа, что параболический отражатель может отражать и сводить коллимированный световой пучок, параллельный оси вращения, в фокус. Свет накачки будет сходиться на лазерном кристалле 6 в виде тонкого диска. Лазерный кристалл поглощает часть света накачки, тогда как оставшаяся часть отражается покрытием высокой степени прозрачности лазерного кристалла 6 на второй параболический отражатель 5, поскольку нормаль к отражающей поверхности лазерного кристалла является осью вращения параболоида, и углы входящего пучка и исходящего пучка относительно оси вращения одинаковы. Второй параболический отражатель 5 отражает и коллимирует расходящийся пучок, передаваемый от фокуса на первый параболический отражатель 4, параллельно оси вращения. Первый параболический отражатель 4 снова сводит световой пучок в фокус, а именно на корректирующий отражатель 7. Поскольку существует прилежащий угол α между нормалью к отражающей поверхности корректирующего отражателя 7 и осью вращения, прилежащий угол между исходящим светом и осью вращения будет равен 2α после отражения от корректирующего отражателя 7. Вследствие смещающего действия корректирующего отражателя 7 световой пучок от корректирующего отражателя возвратится на первый параболический отражатель 4, а не во входное отверстие 9 прямоугольного поперечного сечения. Затем световой пучок отражается и коллимируется на второй параболический отражатель 5 параллельно оси вращения в место, несколько смещенное относительно входного отверстия 9 прямоугольного поперечного сечения для света накачки. Световой пучок продолжает фокусироваться, коллимироваться и смещаться в фокусирующем резонаторе многократной накачки для повторения вышеупомянутого процесса передачи. Корректирующий отражатель 7 постоянно смещает направление исходящего светового пучка, и световой пучок также сам смещается вдоль оси x на параболическом отражателе. В ходе процесса передачи световой пучок будет сходиться и поглощаться на лазерном кристалле 6 в виде тонкого диска несколько раз для реализации многократной накачки и повышения частоты применения света накачки. При этом лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска и корректирующий отражатель 7 установлены вне фокуса. Каждый раз световое пятно, полученное фокусировкой на лазерном кристалле 6 в виде тонкого диска, немного смещается, деформируется и изгибается. Наложение нескольких световых пятен накачки позволяет добиться равномерного распределения плотности мощности в зоне накачки.

[0045] При инжектировании пучка накачки такого рода распределение входного отверстия прямоугольного поперечного сечения позволяет располагать лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска перпендикулярно к оси вращения двух параболоидов и полностью использовать площадь параболического отражателя для увеличения кратности накачки.

[0046] Выходное зеркало 8 является зеркалом выходного подключения. Оно может быть плоским или искривленным. Совместно с сильно отражающим покрытием на одной стороне лазерного кристалла 6 в виде тонкого диска выходное зеркало образует резонатор для усиления резонанса и вывода лазерного излучения.

[0047] Ударно-струйная система 10 охлаждения отвечает за охлаждение активной среды лазера для повышения эффективности преобразования и рабочей стабильности выходного лазерного излучения. Эта система подробно объяснена ниже.

[0048] Как показано на Фиг. 3a-3b, твердотельный лазер в виде тонкого диска, предложенный во втором примере реализации, содержит группу 1 стопок пластин полупроводникового лазера, формирователь 2 пучка, коллиматор 3 света накачки, первый параболический отражатель 4, второй параболический отражатель 5, лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска, корректирующий отражатель 7, выходное зеркало 8 и ударно-струйную систему 10 охлаждения. Из этих компонентов лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска и выходное зеркало 8 образуют лазерный резонатор, тогда как первый параболический отражатель 4 и второй параболический отражатель 5 сопряжены друг с другом, образуя фокусирующий резонатор многократной накачки совместно с лазерным кристаллом 6 в виде тонкого диска и корректирующим отражателем 7, для достижения многократной, эффективной и равномерной накачки лазерного кристалла в виде тонкого диска.

[0049] Группа 1 стопок пластин полупроводникового лазера делится на часть A и часть B, обозначенные как 1A и 1B на Фиг. 3b. Соответствующий формирователь 2 пучка и коллиматор 3 пучка также имеют, соответственно, две части. Свет накачки, передаваемый несколькими группами 1A стопок пластин полупроводникового лазера, сначала проходит через формирователь 2A пучка и коллиматор 3A света накачки для уменьшения и выравнивания углов расхождения на быстрой оси и медленной оси и затем входит в фокусирующий резонатор многократной накачки, образованный первым параболическим отражателем 4, вторым параболическим отражателем 5, лазерным кристаллом 6 в виде тонкого диска и корректирующим отражателем 7, через входное отверстие 9A прямоугольного поперечного сечения. Аналогично, световой пучок, передаваемый несколькими группами 1B стопок пластин полупроводникового лазера, входит в фокусирующий резонатор многократной накачки через входное отверстие 9B прямоугольного поперечного сечения, будучи сформирован и сколлимирован формирователем 2B пучка и коллиматором 3B света накачки.

[0050] Два входных отверстия 9A и 9B прямоугольного поперечного сечения на отражающем зеркале первого параболического отражателя распределены равномерно по обе стороны медленной оси (направления y) полупроводникового лазера. Размер в направлении x гораздо меньше, чем в направлении y, благодаря чему они согласуются по размеру с поперечными сечениями двух коллимированных пучков света накачки.

[0051] Как показано на Фиг. 4a-4b, наподобие примера 1, отражающие поверхности первого параболического отражателя 4 и второго параболического отражателя 5 соответственно именуются первым параболоидом 11 и вторым параболоидом 12. Эти два параболоида имеют одну и ту же функцию поверхности и сопряжены друг с другом. Лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска и корректирующий отражатель 7, соответственно, располагаются в зоне фокусирования двух параболоидов в наклонном положении. Нормали к отражающим поверхностям на лазерном кристалле 6 в виде тонкого диска и корректирующему отражателю 7 образует прилежащие углы β и α с осью x в плоскости, образованной осью x и осью вращения двух параболоидов. Принцип построения изображения с помощью двух сопряженных параболических отражателей используется для смещения и корректировки направления передачи пучка света накачки с помощью наклонного лазерного кристалла 6 в виде тонкого диска и корректирующего отражателя 7 и выполнения процесса многократной накачки в фокусирующем резонаторе многократной накачки для эффективного повышения плотности мощности, скорости поглощения и равномерности света накачки. Ниже подробно объяснен конкретный пример обеспечения многократной накачки.

[0052] В первом примере реализации для надлежащего смещения и корректировки направления передачи пучка света накачки направление наклона лазерного кристалла 6 в виде тонкого диска противоположно направлению наклона корректирующего отражателя 7 и угол наклона также отличается. В общем случае разность углов составляет 1-5 градусов. Угол наклона лазерного кристалла 6 в виде тонкого диска составляет 3-8 градусов для отделения направления лазерного резонанса от направления света накачки.

[0053] Как показано на Фиг. 5a-5b, будучи передан группой 1A стопок пластин полупроводникового лазера, сформирован формирователем 2A светового пучка и сколлимирован коллиматором 3A света накачки, пучок света накачки входит в фокусирующий резонатор многократной накачки через входное отверстие 9A прямоугольного поперечного сечения для отражения на участке A1 второго параболоида 12 и фокусировки на кристалле 6 в виде тонкого диска. Наклонный тонкий диск отражает часть, которая не была поглощена, на участок A2 второго параболоида 12. Световой пучок вновь отражается в виде коллимированного пучка, параллельного оптической оси, на участок A3 первого параболоида 11. Первый параболоид 11 отражает световой пучок на корректирующий отражатель 7. Поскольку направление наклона корректирующего отражателя 7 противоположно направлению наклона кристалла 6 в виде тонкого диска и углы наклона также различны, вышеупомянутый световой пучок попадает на участок A4 первого параболоида 11, а не во входное отверстие 9A прямоугольного поперечного сечения, будучи отражен корректирующим отражателем 7. Будучи отражен участком A4 первого параболоида, световой пучок идет ко второму параболоиду 12 параллельно оси вращения параболоида по аналогии с коллимированным светом накачки от 9A. Световой пучок продолжает фокусироваться, коллимироваться, смещаться и корректироваться в фокусирующем резонаторе многократной накачки, а также сходиться на лазерном кристалле 6 в виде тонкого диска несколько раз в дальнейшем процессе передачи, пока не будет полностью поглощен или пока световое пятно не выйдет за пределы диаметра зеркала или фокусирующего резонатора.

[0054] Как показано на Фиг. 5a-5b, свет накачки, передаваемый группой 1A стопок пластин полупроводникового лазера, имеет свои световые пятна на верхнем левом и нижнем правом участках двух отражающих поверхностей в фокусирующем резонаторе в ходе процесса многократной накачки. Аналогично, свет накачки, передаваемый другой группой из групп 1B стопок пластин полупроводникового лазера, входит в фокусирующий резонатор многократной накачки через входное отверстие 9B прямоугольного поперечного сечения, выполняет процесс многократной накачки, аналогичный процессу, выполняемому световым пучком, передаваемым группой 1A стопок пластин полупроводникового лазера, и световые пятна распределены равномерно на верхнем правом и нижнем левом участках двух параболоидов. Направление передачи и пространственное положение пучков света накачки, передаваемых группами 1A и 1B стопок пластин полупроводникового лазера, симметричны, благодаря чему такая структура накачки может принимать пучки света накачки одновременно из двух входов. Это позволяет более эффективно использовать отражающие поверхности параболоидов и повышать максимальную мощность накачки или упрощать формирователь 2 пучка.

[0055] Поскольку лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска установлен в наклонном положении, лазерный резонатор, образованный лазерным кристаллом 6 в виде тонкого диска и выходным зеркалом 8, избегает корректирующего отражателя 7 и достигает отделения направления лазерного резонанса от направления света накачки.

[0056] Перпендикулярно расположенный лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска позволяет более рационально использовать ударно-струйную систему 10 охлаждения для осуществления равномерного и эффективного охлаждения, облегчения регулировки и настройки лазерного резонатора и обеспечивает удобство в установке и приваривании лазерного кристалла. Что наиболее важно, в ходе процесса многократной накачки в сопряженной параболической структуре, наклонный лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска может приводить к изгибанию и деформации формы пятна света накачки. Это не способствует достижению ожидаемого квадратного пятна света накачки. В этом примере поставленная цель может достигаться за счет описанной ниже конфигурации.

[0057] На Фиг. 6a показана реализация, в которой лазерный кристалл в виде тонкого диска установлен перпендикулярно к оси вращения первого и второго параболоидов 11 и 12. Аналогично способу реализации, показанному на Фиг. 3a, угол расхождения света накачки, передаваемого одной из двух групп 1 стопок пластин полупроводникового лазера вдоль быстрой и медленной оси, уменьшается и выравнивается после того, как свет накачки формируется формирователем 2 пучка и коллимируется коллиматором 3 света накачки. Затем свет накачки входит в фокусирующий резонатор многократной накачки через входное отверстие 9 прямоугольного поперечного сечения на первом параболическом отражателе 4. Отличие состоит в том, что лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска установлен в области вершины второго параболического отражателя 5 перпендикулярно к оси вращения двух параболоидов, а корректирующий отражатель 7 установлен в области вершины первого параболического отражателя 4 с направлением наклона таким же, как на Фиг. 3a, и угол наклона сравнительно мал. Пучок света накачки выполняет процесс многократной накачки, описанный на Фиг. 3a, 5a и 5b, в фокусирующем резонаторе. Ударно-струйная система 10 охлаждения закреплена на втором параболическом отражателе 5. При этом корректирующий отражатель хорошо отражает свет накачки и выходное лазерное излучение, благодаря чему лазерный резонатор, образованный лазерным кристаллом 6 в виде тонкого диска, корректирующим отражателем 7 и выходным зеркалом 8, может обеспечивать выход лазерного излучения.

[0058] На Фиг. 6b показана другая конфигурация. В этой конфигурации положение установки и угол лазерного кристалла 6 в виде тонкого диска и корректирующего отражателя 7 такие же, как на Фиг. 6a. Свет накачки, передаваемый двумя группами 1 стопок пластин полупроводникового лазера, распространяется к прерывающему отражателю 17 в направлении x, будучи сформирован формирователем 2 пучка и сколлимирован коллиматором 3 света накачки. Прерывающий отражатель 17 представляет собой прямоугольное плоское зеркало, которое поворачивает ось y на 45°. Другими словами, нормаль к поверхности отражателя лежит в плоскости xz, и прилежащий угол между отражателем и осью x равен 45°. Поскольку пучок света накачки, падающий на прерывающий отражатель 17, является квазипараллельным световым пучком, который был сколлимирован, он остается квазипараллельным световым пучком с теми же углами расхождения вдоль быстрой и медленной осей после отражения от прерывающего отражателя 17. После этого световой пучок инжектируется в фокусирующий резонатор света накачки через входное отверстие 9 прямоугольного поперечного сечения для дальнейшей фокусировки, коллимации, отклонения и коррекции для выполнения многократной накачки лазерного кристалла 6 в виде тонкого диска. На Фиг. 5a и 5b показано, что в ходе передачи, поскольку пучок света накачки подвергается тепловой дисторсии каждый раз, проходя через лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска, световое пятно на параболоиде постепенно увеличивается. Поскольку лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска установлен перпендикулярно, то есть нормаль к его поверхности лежит в плоскости yz, лазерному кристаллу 6 в виде тонкого диска, выходному зеркалу 8A и зеркалу полного отражения легче образовывать резонатор. Выходные зеркала 8A и 8B могут быть либо плоскими зеркалами, либо искривленными зеркалами. Такой резонатор можно гибко конструировать, и углы раствора двух плеч такого резонатора V-образной формы могут быть меньше, как показано на Фиг. 6b. Другими словами, колеблющийся лазерный пучок проходит через первый параболический отражатель 4 между корректирующим отражателем 7 и входным отверстием 9 прямоугольного поперечного сечения. Входное отверстие прямоугольного поперечного сечения также может быть установлено почти в центре первого параболического отражателя 4, и углы раствора плеч резонатора увеличиваются, что позволяет световому пучку проходить через первый параболический отражатель 4 с внешней стороны входного отверстия 9 прямоугольного поперечного сечения. Кроме того, структура резонатора не ограничивается резонатором V-образной формы, ее также можно расширить до Z-образной формы, круглой формы или других форм, чтобы гибко регулировать такие параметры, как размер систематического модуля и выходные характеристики.

[0059] Фиг. 6c иллюстрирует конфигурацию последовательного соединения усиливающих сред, предусмотренного в этом примере. Две группы двойной параболической структуры многократной накачки, согласно Фиг. 6b, располагаются зеркально-симметрично. Прерывающее зеркало 8C полного отражения располагается на оси симметрии. Выходное зеркало 8A, первый лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска, прерывающее зеркало 8C полного отражения, второй лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска и зеркало 8B полного отражения образуют лазерный резонатор. Выходное зеркало 8A, зеркало 8B полного отражения и прерывающее зеркало 8C полного отражения могут быть либо плоскими зеркалами, либо искривленными зеркалами. Такого рода последовательное соединение не ограничивается соединением двух лазерных кристаллов 6 в виде тонкого диска. Оно может предусматривать соединение нескольких лазерных кристаллов.

[0060] Как показано на Фиг. 7, твердотельный лазер в виде тонкого диска, предусмотренный в 3-м примере реализации (именуемом примером 3), содержит группу 1 стопок пластин полупроводникового лазера, формирователь 2 светового пучка, коллиматор 3 света накачки, первый параболический отражатель 4, второй параболический отражатель 5, лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска, оптический элемент 18 диффузного отражения, выходное зеркало 8 и ударно-струйную систему 10 охлаждения. Из этих компонентов лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска и выходное зеркало 8 образуют лазерный резонатор, тогда как первый и второй параболические отражатели 4 и 5 сопряжены друг с другом, и эти два отражателя образуют фокусирующий резонатор многократной накачки совместно с лазерным кристаллом 6 в виде тонкого диска и оптическим элементом 18 диффузного отражения для обеспечения многократной, эффективной и равномерной накачки лазерного кристалла 6 в виде тонкого диска.

[0061] Углы расхождения света накачки, передаваемого одной из двух групп 1 стопок пластин полупроводникового лазера вдоль быстрой и медленной осей, уменьшаются и выравниваются после того, как свет накачки формируется формирователем 2 светового пучка и коллимируется коллиматором 3 пучка света накачки. После этого свет накачки входит в фокусирующий резонатор многократной накачки, образованный первым параболическим отражателем 4, вторым параболическим отражателем 5, лазерным кристаллом 6 в виде тонкого диска и оптическим элементом диффузного отражения, через входное отверстие 9 прямоугольного поперечного сечения. Входное отверстие 9 прямоугольного поперечного сечения на первом параболическом отражателе равномерно распределено по обе стороны его центра вдоль медленной оси полупроводникового лазера (в направлении y). Размер в направлении x гораздо меньше, чем в направлении y, что обеспечивает согласование с размерами поперечного сечения двух пучков коллимированного света накачки.

[0062] По аналогии с примерами 1 и 2, отражающими поверхностями первого и второго параболических отражателей 4 и 5 являются первый и второй параболоиды 11 и 12, и два параболоида сопряжены друг с другом. Лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска и оптический элемент 18 диффузного отражения, соответственно, располагаются в зонах фокусирования двух параболоидов в наклонном положении. Направление нормали к отражающей поверхности лазерного кристалла 6 в виде тонкого диска лежит в плоскости, образованной осью x и осью вращения двух параболоидов, и прилежащий угол β между ним и осью x составляет 3-8 градусов. Здесь используется принцип построения изображения с помощью отражающей поверхности сопряженных параболоидов. Наклонный лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска отклоняет направление передачи света накачки, и оптический элемент 18 диффузного отражения действует на входной световой пучок для выполнения процесса многократной накачки в фокусирующем резонаторе многократной накачки. Это позволяет эффективно повышать плотность мощности, скорость поглощения и равномерность света накачки. Ниже подробно объяснен конкретный пример обеспечения многократной накачки.

[0063] В конкретных практических применениях влияние оптического элемента 18 диффузного отражения на входные световые пучки может изменять положение входного светового пучка на первом параболоиде 4. Для отделения направления лазерного резонанса от направления света накачки и из резонатора лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска имеет сравнительно малый угол наклона, в общем случае, 3-8 градусов.

[0064] Как показано на Фиг. 7, пучок света накачки передается группой 1 стопок пластин полупроводникового лазера. Он входит в фокусирующий резонатор многократной накачки через входное отверстие 9 прямоугольного поперечного сечения, будучи сформирован формирователем 2 светового пучка и коллиматором 3 света накачки. Сначала световой пучок фокусируется на кристалл 6 в виде тонкого диска вторым параболоидом 12. Затем наклонный тонкий диск отражает часть, которая была поглощена, на второй параболоид 12, после чего отражает ее в виде квазипараллельного (параллельного оптической оси) светового пучка на первый параболоид 11. Поскольку тонкий диск до некоторой степени наклонен, положение светового пятна на вышеупомянутых двух параболоидах немного отклоняется в направлении x относительно входного отверстия для света, благодаря чему световой пучок не будет выходить из фокусирующего резонатора многократной накачки через симметричные входные отверстия для света. После этого первый параболоид 11 фокусирует световой пучок на оптический элемент 18 диффузного отражения, который рассеивает входной световой пучок. Тогда световой пучок утрачивает направление, в котором он рассеивался на первый параболоид 11. Лишь малая часть светового пучка покидает фокусирующий резонатор многократной накачки через входное отверстие 9 прямоугольного поперечного сечения первого параболоида 11, тогда как основная часть отражается первым параболоидом в виде коллимированного светового пучка, параллельного оптической оси, на второй параболоид 12 и кристалл 6 в виде тонкого диска для повторной фокусировки. Непоглощенная часть отражается сильно отражающим покрытием кристалла 6 в виде тонкого диска на второй параболический отражатель. Процесс повторно осуществляется таким образом, что световой пучок фокусируется, коллимируется и рассеивается в фокусирующем резонаторе многократной накачки и затем сходится на лазерном кристалле 6 в виде тонкого диска до полного своего поглощения. Такой способ накачки можно использовать, если характеристики рассеяния значительно повышают кратность эффективной накачки и повышают частоту применения света накачки. Соответственно, в конкретной реализации, можно использовать более тонкий, менее плотный лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска для эффективного ослабления эффекта тепловой фокусировки, достижения более высокого коэффициента преобразования света и повышения качества выходного лазерного пучка. Кроме того, по сравнению с корректирующим отражателем, оптический элемент 18 диффузного отражения требует менее строгих условий в установке и имеет более равномерное распределение света на параболоиде, более низкую плотность мощности и более низкую вероятность вызвать разрушение или деформацию параболического отражателя.

[0065] Согласно такому способу реализации, структура резонатора (образованного выходным зеркалом 8) показана на Фиг. 7. Отверстие также может быть предусмотрено на втором параболическом отражателе для образования V-образной формы или других форм резонатора. Такого рода способ реализации может предусматривать вышеупомянутую компоновку структуры, в которой лазер содержит один кусок лазерного кристалла или резонатор, показанный на Фиг. 6c, который предусматривает последовательное соединение нескольких кусков кристалла в виде тонкого диска.

[0066] Примеры 1-3 предусматривают применение ударно-струйной системы 10 охлаждения для охлаждения активных сред лазера. Ударно-струйная система охлаждения, в основном, содержит следующие части: холодильник, водяной насос, водяной бак, камеру охлаждения и соответствующий трубопровод. Как показано на Фиг. 8a-8d, низкотемпературная охлаждающая жидкость, охлажденная холодильником и сжатая водяным насосом, распыляется форсункой 14, установленной на конце впускной трубы 13, и поступает в камеру 15 охлаждения в первом параболическом отражателе 4 или втором параболическом отражателе 5. Под действием форсунки 14 охлаждающая жидкость ударяет по поверхности, которую необходимо охладить, с определенным углом рассеяния. Низкотемпературная охлаждающая жидкость поглощает отходящее тепло, выделяемое лазерным кристаллом 6 в виде тонкого диска, и быстро возвращается в водяной бак холодильника через несколько обратных труб 16 и соответствующие трубы вокруг камеры 15 охлаждения.

[0067] В конкретной реализации система может быть снабжена одной (как показано на Фиг. 8a) или более форсунками (как показано на Фиг. 8b). Ударяемая поверхность может быть плоской или искривленной, определять направление течения охлаждающей жидкости и повышать эффективность охлаждения (как показано на Фиг. 8c). Кроме того, лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска может быть приварен, приклеен или прикреплен к области вершины первого параболического отражателя 4, что позволяет охлаждающей жидкости ударяться о соответствующие участки отражателя. Лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска также может быть прикреплен к отверстию в области вершины первого параболического отражателя 4, чтобы струя могла ударять непосредственно в заднюю часть кристалла в виде тонкого диска (как показано на Фиг. 8d). Согласно такому способу охлаждения, лазерный кристалл 6 в виде тонкого диска может быть образован только активной средой и соответствующим покрытием или составным кристаллом в виде тонкого диска, который образован слоем активной среды, слоем механического усиления и теплопроводящим слоем с соответствующим гальванизированным покрытием. При этом форма камеры 15 охлаждения, впускной трубы 13 и обратной трубы 16 допускает гибкое проектирование и размещение.

[0068] Хотя были показаны и описаны конкретные варианты осуществления изобретения, специалисты в данной области техники могут предложить разнообразные изменения и модификации, не выходя за рамки изобретения в его более широких аспектах, и, таким образом, нижеследующая формула изобретения призвана охватывать все подобные изменения и модификации, отвечающие истинной сущности и объему изобретения.

Изобретение относится к лазерной технике. Твердотельный лазер дисковидной формы включает в себя матрицу (1) полупроводниковых лазеров накачки, резонатор с кристаллом (6) дисковидной формы и выходной линзой (8), ударно-струйную систему (10) охлаждения лазерного кристалла (6) и коллиматор (2) пучка накачки. Коллимированный свет накачки входит в фокусирующий резонатор, который содержит два параболических зеркала (4,5) и корректирующее зеркало (7), и многократно фокусируется на лазерный кристалл (6). В первом параболическом отражателе имеется одно или два входных отверстия (9) прямоугольной формы для света накачки. В случае наличия одного отверстия, его геометрический центр смещен вдоль быстрой оси матрицы полупроводниковых лазеров. В случае наличия двух отверстий, они распределены равномерно и симметрично вдоль медленной оси матрицы полупроводниковых лазеров. Технический результат заключается в упрощении конструкции и повышении мощности лазера. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Твердотельный лазер в виде тонкого диска, содержащий:
a) группу стопок пластин полупроводникового лазера,
b) формирователь пучка,
c) коллиматор пучка накачки,
d) лазерный кристалл в виде тонкого диска,
e) первый и второй параболические отражатели с одной и той же функцией лицевого контура,
f) корректирующий отражатель,
g) выходное зеркало и
h) ударно-струйную систему охлаждения для охлаждения лазерного кристалла в виде тонкого диска,
при этом
лазерный кристалл в виде тонкого диска и выходное зеркало образуют лазерный резонатор,
первый и второй параболические отражатели располагаются на одной и той же сопряженной оси, и вершина одного из отражателей совмещена с фокусом другого,
лазерный кристалл в виде тонкого диска приварен, приклеен или прикреплен к вершине первого параболического отражателя,
лазерный кристалл в виде тонкого диска перпендикулярен к оптической оси первого параболического отражателя,
корректирующий отражатель закреплен на вершине второго параболического отражателя,
угол α между корректирующим отражателем и оптической осью второго параболического отражателя составляет 1-5 градусов,
входное отверстие прямоугольного поперечного сечения для света накачки находится в фиксированном положении на первом параболическом отражателе, и геометрический центр входного отверстия прямоугольного поперечного сечения смещается вдоль быстрой оси относительно лазерного кристалла в виде тонкого диска,
свет накачки, вырабатываемый группой стопок пластин полупроводникового лазера, формируется формирователем пучка, коллимируется коллиматором света накачки и входит в фокусирующий резонатор многократной накачки через входное отверстие прямоугольного поперечного сечения на первом параболическом отражателе,
фокусирующий резонатор многократной накачки образован первым параболическим отражателем, вторым параболическим отражателем, лазерным кристаллом в виде тонкого диска и корректирующим отражателем, и
в фокусирующем резонаторе многократной накачки свет накачки фокусируется, коллимируется и отклоняется, сходясь на лазерном кристалле в виде тонкого диска, и лазерный резонатор вырабатывает и выводит лазерное излучение.

2. Твердотельный лазер в виде тонкого диска, содержащий:
a) группу стопок пластин полупроводникового лазера,
b) формирователь пучка,
c) коллиматор пучка накачки,
d) лазерный кристалл в виде тонкого диска,
e) первый и второй параболические отражатели с одной и той же функцией лицевого контура,
f) корректирующий отражатель,
g) выходное зеркало и
h) ударно-струйную систему охлаждения для охлаждения лазерного кристалла в виде тонкого диска,
при этом
лазерный кристалл в виде тонкого диска, корректирующий отражатель и выходное зеркало или лазерный кристалл в виде тонкого диска, выходное зеркало и зеркало полного отражения образуют лазерный резонатор,
первый и второй параболические отражатели располагаются на одной и той же сопряженной оси, и вершина одного из отражателей совмещена с фокусом другого,
лазерный кристалл в виде тонкого диска приварен, приклеен или прикреплен к вершине второго параболического отражателя,
лазерный кристалл в виде тонкого диска перпендикулярен к оптической оси второго параболического отражателя,
корректирующий отражатель закреплен на вершине первого параболического отражателя,
угол α между корректирующим отражателем и оптической осью первого параболического отражателя составляет 1-5 градусов,
два входных отверстия прямоугольного поперечного сечения для света накачки распределены равномерно и симметрично вдоль медленной оси на первом параболическом отражателе, а также по обе стороны лазерного кристалла в виде тонкого диска,
свет накачки, вырабатываемый группой стопок пластин полупроводникового лазера, формируется формирователем пучка, коллимируется коллиматором света накачки и входит в фокусирующий резонатор многократной накачки через два входных отверстия прямоугольного поперечного сечения на первом параболическом отражателе,
фокусирующий резонатор многократной накачки образован первым параболическим отражателем, вторым параболическим отражателем, лазерным кристаллом в виде тонкого диска и корректирующим отражателем,
в фокусирующем резонаторе многократной накачки свет накачки фокусируется, коллимируется и отклоняется, сходясь на лазерном кристалле в виде тонкого диска, и лазерный резонатор вырабатывает и выводит лазерное излучение.

3. Твердотельный лазер в виде тонкого диска, содержащий:
a) группу стопок пластин полупроводникового лазера,
b) формирователь пучка,
c) коллиматор пучка накачки,
d) лазерный кристалл в виде тонкого диска,
e) первый и второй параболические отражатели с одной и той же функцией лицевого контура,
f) корректирующий отражатель или оптический элемент диффузного отражения,
g) выходное зеркало и
h) ударно-струйную систему охлаждения для охлаждения лазерного кристалла в виде тонкого диска,
при этом
лазерный кристалл в виде тонкого диска и выходное зеркало образуют лазерный резонатор,
первый и второй параболические отражатели располагаются на одной и той же сопряженной оси, и вершина одного из отражателей совмещена с фокусом другого,
лазерный кристалл в виде тонкого диска приварен, приклеен или прикреплен к вершине первого параболического отражателя,
угол наклона β между лазерным кристаллом в виде тонкого диска и оптической осью первого параболического отражателя составляет 3-8 градусов,
корректирующий отражатель или оптический элемент диффузного отражения закреплен на вершине второго параболического отражателя,
угол наклона α образован между корректирующим отражателем и оптической осью второго параболического отражателя,
направление угла наклона α противоположно направлению β, и разность между упомянутыми двумя углами составляет 1-5 градусов, или оптический элемент диффузного отражения перпендикулярен к оптической оси второго параболического отражателя,
два входных отверстия прямоугольного поперечного сечения для света накачки распределены равномерно и симметрично вдоль медленной оси на первом параболическом отражателе, а также по обе стороны лазерного кристалла в виде тонкого диска,
свет накачки, вырабатываемый группой стопок пластин полупроводникового лазера, формируется формирователем пучка, коллимируется коллиматором света накачки и входит в фокусирующий резонатор многократной накачки через два входных отверстия прямоугольного поперечного сечения на первом параболическом отражателе,
фокусирующий резонатор многократной накачки образован первым параболическим отражателем, вторым параболическим отражателем, лазерным кристаллом в виде тонкого диска и корректирующим отражателем или оптическим элементом диффузного отражения,
в фокусирующем резонаторе многократной накачки свет накачки фокусируется, коллимируется и отклоняется, сходясь на лазерном кристалле в виде тонкого диска, и лазерный резонатор вырабатывает и выводит лазерное излучение.

4. Твердотельный лазер в виде тонкого диска по п.2 или 3, в котором множество лазерных кристаллов в виде тонкого диска, накачиваемых несколькими фокусирующими резонаторами многократной накачки, последовательно соединены друг с другом посредством плоских или искривленных зеркал полного отражения, образуя лазерный резонатор с выходным зеркалом.

5. Твердотельный лазер в виде тонкого диска по п.1, в котором корректирующий отражатель содержит покрытие, избирательное по длине волны, причем покрытие хорошо отражает свет накачки и хорошо пропускает выходное лазерное излучение.

6. Твердотельный лазер в виде тонкого диска по п.1, 2 или 3, в котором одна сторона лазерного кристалла в виде тонкого диска, ориентированная в сторону от другого параболического отражателя, гальванизирована покрытием, которое хорошо отражает свет накачки и выходное лазерное излучение, тогда как другая сторона гальванизирована покрытием, которое хорошо пропускает свет накачки и выходное лазерное излучение.

7. Твердотельный лазер в виде тонкого диска по п.1, 2 или 3, в котором:
ударно-струйная система охлаждения содержит холодильник, водяной насос, водяной бак, камеру охлаждения, впускную трубу и обратную трубу,
камера охлаждения располагается в параболическом отражателе, где находится лазерный кристалл в виде тонкого диска,
будучи охлажденной холодильником и сжатой водяным насосом, низкотемпературная охлаждающая жидкость поступает в камеру охлаждения через форсунку, установленную на конце впускной трубы, поглощает отходящее тепло, выделяемое лазерным кристаллом в виде тонкого диска, и возвращается в водяной бак по обратной трубе и соответствующим трубам вокруг камеры охлаждения.

8. Твердотельный лазер в виде тонкого диска по п.7, в котором на конце впускной трубы в ударно-струйной системе охлаждения предусмотрены одна или более форсунок, и ударная поверхность является плоской, искривленной или конической.