ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР Российский патент 2015 года по МПК H01S3/08 

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к импульсным твердотельным лазерам с ламповой накачкой, преимущественно для импульсных дальномеров.

Известны твердотельные лазеры, содержащие активный элемент с резонатором и лампу накачки [1].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является твердотельный лазер, описанный в [2]. Этот твердотельный лазер содержит активный элемент и лампу накачки, установленные в осветителе, включающем отражатель, а также резонатор, образованный глухим и полупрозрачным зеркалами.

Этот лазер имеет сравнительно сложную конструкцию: осветитель установлен своими опорными элементами на компенсационные прокладки, расположенные на основании. А основание имеет форму угольника или иного жесткого профиля и закреплено в корпусе лазера. Наличие основания и корпуса, а также отдельного отражателя не позволяет миниатюризировать эту конструкцию для использования лазера в портативных приборах и усложняет его изготовление. Кроме того, такая сборная конструкция не обладает достаточной стойкостью к механическим воздействиям.

Задачей изобретения является уменьшение габаритов и массы твердотельного лазера без снижения его энергетических характеристик и при повышении эксплуатационной стойкости.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном твердотельном лазере, содержащем активный элемент и лампу накачки, установленные в осветителе, а также резонатор, образованный глухим и полупрозрачным зеркалами, осветитель выполнен монолитным из высокоотражающего материала и имеет две внутренние полости, причем в одной внутренней полости установлены активный элемент и лампа накачки, в другой внутренней полости напротив одного из торцов активного элемента установлено глухое зеркало, обе внутренние полости закрыты герметичными крышками, в отверстии одной из которых напротив второго торца активного элемента закреплено полупрозрачное зеркало резонатора, а выводы лампы выведены через крышки наружу сквозь герметичные уплотнения.

Осветитель может быть выполнен из керамики, спеченной из порошка оксида металла, например оксида алюминия.

Керамика может быть образована с добавлением в керамическую массу люминофора, который поглощает излучение лампы в спектральной полосе ее излучения и излучает в полосе поглощения активного элемента.

На фиг.1 представлена конструкция твердотельного лазера.

Активный элемент 1 и лампа накачки 2 установлены в осветителе 3, выполненном из белой керамики, внутренняя рабочая полость 4 которого имеет высокий коэффициент отражения и служит отражателем лазера. Осветитель имеет переднюю 5 и заднюю 6 крышки, с помощью которых осуществляется герметизация внутренней полости лазера после сборки. Лампа накачки 2 крепится в отверстиях крышки 5 и герметизирующей втулки 7, вставленной в заднюю крышку 6. Выходное полупрозрачное зеркало 8 резонатора лазера закреплено на передней крышке 5. Глухое зеркало резонатора 9 установлено во второй внутренней полости осветителя 3. После сборки и юстировки стыки элементов конструкции герметизируются компаундом.

Таким образом, осветитель является одновременно корпусом лазера, а его первая внутренняя полость - отражателем. Отражательные характеристики внутренней полости могут быть улучшены путем введения в состав материала осветителя люминофоров, преобразующих энергию излучения лампы в спектральную область, где поглощение активного элемента максимально.

Устройство работает следующим образом.

При протекании тока через разрядный промежуток лампы накачки 2, ионизированный разрядным током газ, наполняющий лампу накачки, излучает свет в ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях спектра. Этот световой поток проникает в активный элемент 1 частью непосредственно, а частью, отразившись от стенок 4 рабочей полости осветителя 3. При наличии люминофора в составе материала осветителя 3 коэффициент полезного действия накачки может быть увеличен, если люминофор поглощает излучение лампы в широкой спектральной полосе, а излучает в полосе поглощения активного элемента 1. Возбужденный поглощенным излучением накачки активный элемент 1 совместно с зеркалами 8, 9 резонатора генерирует когерентное лазерное излучение, выходящее наружу через полупрозрачное зеркало 8.

Предлагаемый твердотельный лазер имеет следующие преимущества.

- Осветитель, построенный согласно предлагаемому решению, совмещает в своей конструкции функции корпуса, конструктивно несущего активный элемент, лампу накачки и зеркала резонатора, а также функции отражателя.

- Такое совмещение позволяет исключить сложные узлы, применяемые в известных лазерах, благодаря чему упрощается конструкция устройства, снижается трудоемкость его изготовления и повышается надежность.

- Предлагаемое техническое решение позволяет существенно сократить габариты и массу устройства, что дает возможность его использования в портативных системах, например в дальномерных модулях для малогабаритных беспилотных летательных аппаратов.

- Использование высокоотражающих и люминесцентных материалов для осветителя, например керамики [3], повышает эффективность накачки и позволяет упростить устройство накачки при сохранении энергетических характеристик выходного лазерного излучения.

- Использование керамического материала для осветителя упрощает его изготовление путем прессования из порошковых материалов с контролируемыми отражательными и механическими характеристиками, что позволяет объединить функции осветителя и отражателя.

Указанные преимущества обеспечивают решение поставленной задачи: уменьшение габаритов и массы твердотельного лазера без снижения его энергетических характеристик и при повышении эксплуатационной стойкости.

Данный вывод подтвержден положительными результатами изготовления и испытаний макетного образца лазера. После корректировки документации по результатам испытаний лазер будет запущен в производство.

Источники информации

1. Справочник по лазерной технике. Киев, «Технiка», 1978 г., с.60.

2. Твердотельный лазер. Патент РФ №2102824 - прототип.

3. High reflectance laser resonator cavity. Patent US 4805181 A.

Изобретение относится к лазерной технике. Твердотельный лазер содержит активный элемент и лампу накачки, установленные в осветителе, включающем отражатель, а также резонатор, образованный глухим и полупрозрачным зеркалами. Осветитель выполнен монолитным из высокоотражающего материала и имеет две внутренние полости, причем в одной внутренней полости установлены активный элемент и лампа накачки, в другой внутренней полости напротив одного из торцов активного элемента установлено глухое зеркало, обе внутренние полости закрыты герметичными крышками, в отверстии одной из которых напротив второго торца активного элемента закреплено полупрозрачное зеркало резонатора, а выводы лампы выведены через крышки наружу сквозь герметичные уплотнения. Технический результат заключается в обеспечении возможности уменьшения габаритов и массы твердотельного лазера без снижения его энергетических характеристик и при повышении эксплуатационной стойкости. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Твердотельный лазер, содержащий активный элемент и лампу накачки, установленные в осветителе, а также резонатор, образованный глухим и полупрозрачным зеркалами, отличающийся тем, что осветитель выполнен монолитным из высокоотражающего материала и имеет две внутренние полости, причем в одной внутренней полости установлены активный элемент и лампа накачки, в другой внутренней полости напротив одного из торцов активного элемента установлено глухое зеркало, обе внутренние полости закрыты герметичными крышками, в отверстии одной из которых напротив второго торца активного элемента закреплено полупрозрачное зеркало резонатора, а выводы лампы выведены через крышки наружу сквозь герметичные уплотнения.

2. Твердотельный лазер по п.1, отличающийся тем, что осветитель выполнен из керамики, спеченной из порошка оксида металла, например оксида алюминия.

3. Твердотельный лазер по п.2, отличающийся тем, что керамика образована с добавлением в керамическую массу люминофора, который поглощает излучение лампы в спектральной полосе ее излучения и излучает в полосе поглощения активного элемента.