ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ ЛАЗЕРНОЕ УСТРОЙСТВО С ОПТИЧЕСКОЙ НАКАЧКОЙ И САМОЮСТИРУЮЩЕЙСЯ ОПТИКОЙ ДЛЯ НАКАЧКИ Российский патент 2017 года по МПК H01S3/941 H01S3/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к твердотельному лазерному устройству с оптической накачкой, содержащему среду твердотельного лазера, размещенную в лазерном резонаторе, и один или несколько лазерных диодов накачки, при этом указанные лазерные диоды накачки размещены для оптической накачки указанной среды твердотельного лазера путем отражения излучения накачки на зеркальном элементе. Твердотельные лазеры с диодной накачкой принадлежат к числу самых используемых лазерных источников в большом количестве областей применения, в которых требуется более высокая яркость и/или более короткие импульсы по сравнению с теми, которые могут выдаваться лазерными диодами. Настоящее изобретение не ограничено такими областями применения и также может использоваться в любой области применения, в которой требуется надлежащий твердотельный лазер.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Устройство для продольной накачки среды лазера раскрыто в патентном документе US 2010/0014547 A1. Это устройство содержит несколько лазерных диодов накачки, которые установлены на боковых поверхностях охлаждающего устройства среды лазера. Излучение накачки, испускаемое указанными лазерными диодами, отражается несколькими параболическими зеркалами к одной из торцевых поверхностей среды твердотельного лазера. Проблема, связанная с твердотельными лазерами с торцевой накачкой, заключается в требовании точной юстировки лазеров накачки и оптики лазеров накачки относительно оптической моды лазерного резонатора. Эта проблема также возникает в устройстве из патентного документа US 2010/0014547 A1, в котором каждое из параболических зеркал необходимо точно юстировать, чтобы достигать заданного распределения интенсивности излучения накачки на входе среды твердотельного лазера.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения заключается в создании твердотельного лазерного устройства с оптической накачкой, в котором обеспечивается возможность более легкой юстировки оптики для накачки, а устройство может быть реализовано компактным.

Задача решается твердотельным лазерным устройством с оптической накачкой по п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления устройства являются предметом изобретения зависимых пунктов формулы изобретения или могут быть установлены из последующих частей описания и предпочтительных вариантов осуществления.

Предложенное твердотельное лазерное устройство с оптической накачкой содержит среду твердотельного лазера, размещенную в лазерном резонаторе, и один или несколько лазерных диодов накачки для оптической накачки среды твердотельного лазера. Лазерные диоды накачки размещены для накачки указанной среды твердотельного лазера, предпочтительно через торцевую поверхность среды твердотельного лазера, путем отражения излучения накачки на зеркальном элементе. Зеркальный элемент размещен на оптической оси лазерного резонатора и предназначен, с одной стороны, для отражения излучения накачки к среде твердотельного лазера, предпочтительно к торцевой поверхности среды твердотельного лазера, а с другой стороны, для образования одного из резонаторных торцевых зеркал лазерного резонатора. Таким образом, благодаря этому зеркальному элементу две функции объединены в одном элементе. Другое торцевое зеркало лазерного резонатора может быть отдельным зеркалом или может быть образовано как покрытие на противоположной торцевой поверхности среды твердотельного лазера. Лазерный резонатор может быть неустойчивым резонатором.

В твердотельном лазерном устройстве согласно настоящему изобретению использован надлежащим образом сконструированный зеркальный элемент, который направляет свет накачки в среду твердотельного лазера и в то же время действует как зеркало лазерного резонатора. Поэтому пучок накачки и лазерная мода всегда идеально совмещаются без сложной юстировки, поскольку участок зеркального элемента, образующий оптику для накачки, всегда находится в фиксированном пространственном положении относительно участка зеркального элемента, образующего торцевое зеркало резонатора. При таком самоцентрирующемся зеркальном элементе юстировка оптики для накачки значительно упрощается. В предложенной схеме обеспечивается возможность направления излучения накачки компоновкой лазерных диодов накачки, по существу, параллельно оптической оси к зеркальному элементу. Следствием такой компоновки является очень компактная конструкция твердотельного лазерного устройства.

Предпочтительно, чтобы зеркальный элемент содержал центральную область, которая формирует зеркало резонатора, и внешнюю область, которая предназначена для отражения излучения накачки к торцевой поверхности среды твердотельного лазера. В этой связи предпочтительно изготавливать зеркальный элемент как оптику произвольной формы, что позволит иметь почти любую форму отражающих поверхностей зеркала в центральной и внешней областях зеркального элемента. Внешняя область, которая предпочтительно полностью окружает центральную область, может быть предназначена для образования распределения интенсивности излучения накачки с плоским профилем на торцевой поверхности среды твердотельного лазера, которое соответствует форме поперечного сечения торцевой поверхности или которое соответствует размеру и/или форме заданной оптической моды лазера.

Среду твердотельного лазера можно образовать в виде стержня, волокна, диска или пластины или можно придать ей любую другую форму, подходящую для использования в твердотельном лазере. Лазерные диоды накачки могут быть одиночными диодами или матрицами лазерных диодов, например матрицами лазеров поверхностного излучения с вертикальным объемным резонатором (ЛПИВОР) или матрицами лазеров поверхностного излучения с вертикальным объемным резонатором на микрокристаллах. Тело зеркального элемента можно образовать из любого подходящего материала, например металла, стекла с покрытием или пластиков с покрытием. В случае металлического тела отражающие поверхности зеркального элемента можно образовать из этого же металла, например из полированного алюминия. В случае стеклянного или пластикового тела зеркальную поверхность образуют нанесением соответствующего металлического или диэлектрического покрытия способом, известным в соответствующей области техники.

Зеркальный элемент содержит тело из материала, который является оптически прозрачным для лазерного излучения и излучения накачки. Это позволяет формировать переднюю поверхность тела, обращенную к среде твердотельного лазера, и заднюю поверхность тела как оптические поверхности и тем самым обеспечивать большую гибкость при конструировании резонатора. Предпочтительно, чтобы центральный участок передней поверхности образовывал линзу и центральный участок задней поверхности образовывал зеркало резонатора. В то же время внешний участок передней или задней поверхности образовывал зеркало для фокусировки излучения накачки в среду твердотельного лазера.

Эта схема оптического элемента позволяет иметь более значительные размеры мод и поэтому более высокие мощности лазера даже при небольших размерах резонатора. Без такой линзы, образованной на передней поверхности тела, максимальная мощность ограничена вследствие небольшого объема моды в среде твердотельного лазера. В случае дисковых лазеров этот небольшой объем моды определяется преимущественно перетяжкой пучка моды в среде лазера. Максимальная перетяжка пучка достигается в полуконфокальном резонаторе и определяется квадратным корнем из длины волны, умноженным на длину L резонатора, деленным на π. Для компактной системы с длиной порядка 10-20 мм размер моды без упомянутой выше линзы ограничен величиной приблизительно 50 мкм. При использовании сочетания линзы и зеркала резонатора в теле оптического элемента можно получать значительно больший размер моды в среде лазера и, следовательно, более высокую мощность лазера.

Кроме того, размещение зеркала для отражения излучения накачки к среде твердотельного лазера на задней поверхности тела позволяет реализовать дополнительную функцию отклонения пучка или формирования пучка для излучения накачки путем надлежащего конструирования или профилирования передней поверхности.

Среда твердотельного лазера может быть расположена в охлаждающем устройстве или присоединена к такому охлаждающему устройству. В лазерном устройстве согласно предпочтительному варианту осуществления лазерные диоды накачки размещены на боковой поверхности указанного охлаждающего устройства, обращенной к указанному зеркальному элементу. Это позволяет иметь очень компактную конструкцию твердотельного лазерного устройства. Предпочтительно, чтобы лазерные диоды накачки были распределены вокруг торцевой поверхности среды твердотельного лазера. Лазеры накачки могут быть установлены непосредственно на боковой поверхности охлаждающего устройства и при этом будет извлекаться польза от функции охлаждения этого охлаждающего устройства. Охлаждающее устройство может быть теплоотводом из объемного материала, в частности из металла, и может также иметь охлаждающие ребра для воздушного охлаждения. Кроме того, это охлаждающее устройство можно реализовать как камеру для жидкостного охлаждения, например водой, которая прокачивается через охлаждающее устройство во время работы лазера.

Кроме того, другие полупроводниковые элементы могут быть добавлены к лазерам накачки, например датчики температуры или фотодиоды для обнаружения мощности излучения накачки или мощности излучения твердотельного лазера. Также могут быть добавлены элементы электрического возбудителя диодов накачки.

В дальнейшем варианте осуществления предложенного твердотельного лазерного устройства зеркальный элемент образован для механической посадки на внешние стороны охлаждающего устройства. Внешняя форма переднего участка зеркального элемента рассчитана таким образом, что при установке или посадке зеркального элемента на охлаждающее устройство обеспечивается автоматическое выравнивание относительно оптической оси среды твердотельного лазера. Благодаря надлежащей конструкции и механической фиксации зеркального элемента к охлаждающему устройству поверхность зеркала и торцевая поверхность среды твердотельного лазера автоматически герметизируются по отношению к окружению.

Эти и другие аспекты изобретения станут очевидными после изучения вариантов осуществления, описанных ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Ниже предложенное твердотельное лазерное устройство описано для примера более подробно с использованием сопровождающих чертежей. На чертежах:

Фиг. 1 - вид предложенного твердотельного лазерного устройства согласно первому примеру;

Фиг. 2 - вид предложенного твердотельного лазерного устройства согласно второму примеру;

Фиг. 3 - вид предложенного твердотельного лазерного устройства согласно третьему примеру;

Фиг. 4 - поперечное сечение предложенного твердотельного лазерного устройства согласно примеру, имеющего стержневую среду твердотельного лазера;

Фиг. 5 - поперечное сечение предложенного твердотельного лазерного устройства согласно примеру, имеющего пластинчатую среду твердотельного лазера;

Фиг. 6 - схематичный вид предложенного твердотельного лазерного устройства согласно дальнейшему примеру, имеющего дисковидную среду твердотельного лазера;

Фиг. 7 - поперечное сечение предложенного твердотельного лазерного устройства согласно дальнейшему примеру;

Фиг. 8 - поперечное сечение зеркального элемента предложенного твердотельного лазерного устройства согласно примеру;

Фиг. 9 - поперечное сечение зеркального элемента предложенного твердотельного лазерного устройства согласно дальнейшему примеру;

Фиг. 10 - поперечное сечение зеркального элемента предложенного твердотельного лазерного устройства согласно дальнейшему примеру;

Фиг. 11 - поперечное сечение зеркального элемента предложенного твердотельного лазерного устройства согласно дальнейшему примеру;

Фиг. 12 - поперечное сечение зеркального элемента предложенного твердотельного лазерного устройства согласно дальнейшему примеру; и

Фиг. 13 - поперечное сечение зеркального элемента предложенного твердотельного лазерного устройства согласно дальнейшему примеру.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг. 1 показан вид сбоку твердотельного лазерного устройства согласно первому примеру. Стержень 300 твердотельного лазера встроен в середину теплоотвода 400. На одной стороне теплоотвода 400 помещены лазерные диоды 100 накачки, например матрицы лазеров поверхностного излучения с вертикальным объемным резонатором. Зеркальный элемент 200 установлен на внешних сторонах теплоотвода 400 и при этом центрирован относительно оптической оси стержня 300 лазера. Этот зеркальный элемент 200 образует одно из торцевых зеркал резонатора на центральном участке 210 зеркального элемента. Внешняя область 220 зеркального элемента 200 образована в виде параболического зеркала, которое отражает излучение накачки, испускаемое лазерными диодами 100 накачки, к торцевой поверхности стержня 300 лазера. Это схематично показано на чертеже. В этом примере второе торцевое зеркало 500 лазерного резонатора установлено по другую сторону стержня 300 лазера с аналогичным самоцентрированием благодаря посадке держателя этого зеркала на внешние стороны теплоотвода 400. При такой установке и соответствующей внешней форме тела зеркального элемента 200 поверхности зеркал и поверхности стержня 300 лазера могут быть легко герметизированы от окружения. На поверхности стержня 300 лазера нанесены антиотражающие (АО) покрытия. На торцевую поверхность 310, обращенную к зеркальному элементу 200, может быть нанесено антиотражающее покрытие (R<2%, предпочтительно R<0,2%) применительно к длине волны накачки и длине волны лазера. На противоположную поверхность 320 нанесены высокоотражающее (ВО) покрытие применительно к длине волны накачки и антиотражающее покрытие применительно к длине волны твердотельного лазера.

На Фиг. 2 также показан твердотельный лазер, в котором зеркало произвольной формы использовано в качестве зеркального элемента 200, выполняющего две функции: придание формы и направление света накачки к торцевой поверхности 310 стержня 310 лазера и образование резонаторного торцевого зеркала лазерного резонатора. Форма внешней области 220 зеркального элемента 200 может иметь сложный рисунок, при котором особым образом оптимизируется распределение интенсивности лазеров 100 накачки. Центральная область 210 действует как сферическое зеркало твердотельного лазера и формирует моду резонатора. Кроме того, эта центральная область 210 может иметь особую произвольную форму для формирования моды резонатора, например моды, соответствующей пучку с почти равномерной плотностью потока в пределах диска. Сочетанием торцевого зеркала резонатора и оптики для накачки в одном зеркальном элементе гарантируется идеальное совмещение пятна накачки с модой резонатора. На торцевую поверхность 310 стержня 300 лазера должно быть нанесено антиотражающее покрытие применительно к обеим длинам волн: длине волны накачки и длине волны лазера, тогда как на противоположной поверхности 320 образуют второе торцевое зеркало резонатора. На эту торцевую поверхность наносят высокоотражающее покрытие применительно к свету накачки и оно имеет заданную выходную отражательную способность при длине волны твердотельного лазера. Лазерное излучение 600 твердотельного лазера показано на всех чертежах.

В дальнейшем варианте осуществления, показанном на Фиг. 3, зеркало произвольной формы изготовлено из стекла, и его центральная область 210 используется в качестве выходного зеркала твердотельного лазера, тогда как поверхностью внешней области 220 свет накачки фокусируется на стержень 300 лазера. На торцевую поверхность 310 стержня 300 лазера должно быть нанесено антиотражающее покрытие применительно к обеим длинам волн, тогда как на противоположную поверхность 320 нанесено высокоотражающее покрытие применительно к обеим длинам волн. На зеркальный элемент 200 произвольной формы нанесено высокоотражающее покрытие применительно к длине волны накачки и оно имеет заданную выходную отражательную способность применительно к длине волны твердотельного лазера. Кроме того, зеркальный элемент 200 может иметь различные покрытия в двух областях 210 и 220. На заднюю сторону 230 нанесено антиотражающее покрытие применительно к длине волны твердотельного лазера. Эта задняя сторона 230 может быть плоской или может быть также криволинейной для коллимирования или формирования пучка твердотельного лазера, проходящего через зеркальный элемент 200. Вторая торцевая поверхность 320 стержня 300 твердотельного лазера образует второе торцевое зеркало резонатора твердотельного лазера. Вследствие оптической прозрачности тела зеркального элемента согласно варианту осуществления из Фиг. 3 два зеркала 210 и 220 также могут быть реализованы на противоположных сторонах зеркального элемента 200.

Активная среда твердотельного лазера может быть образована, например, стержнем 300, пластиной 301, диском 302 или образована волокном волоконного лазера. На Фиг. 4-6 показаны некоторые из различных геометрий. На Фиг. 4 показано для примера поперечное сечение предложенного твердотельного лазера со стержнем 300 лазера в качестве активной среды твердотельного лазера. На Фиг. 5 показано для примера поперечное сечение твердотельного лазера, имеющего пластину 301 в качестве среды твердотельного лазера. В частности, в случае такого щелевого лазера оптика произвольной формы (зеркальный элемент 200) может быть несимметричной относительно оси вращения, а форма пучка накачки и/или мода лазера - согласованной с геометрией активного материала, показанной для примера на Фиг. 5.

На Фиг. 6 схематично показан для примера твердотельный лазер, имеющий диск 302 в качестве активной среды лазера. В этом случае диск 302 установлен на одной стороне теплоотвода 400. На той же самой стороне на теплоотводе 400 размещены лазеры 100 накачки, окружающие диск 302 твердотельного лазера. Торцевые зеркала лазерного резонатора образованы таким же образом, как в примере из Фиг. 2. В случае такого дискового лазера, показанного на Фиг. 6, активным материалом также может быть полупроводниковый дисковый кристалл с оптической накачкой (полупроводниковый дисковый лазер с оптической накачкой или лазер поверхностного излучения с вертикальным объемным резонатором и с оптической накачкой).

Согласно другому варианту осуществления, показанному на Фиг. 7, зеркальный элемент 200 реализован как одно сферическое или параболическое зеркало. Радиус R кривизны зеркального элемента 200 выбран равным двойному расстоянию L1 (±10%) между центральным участком зеркального элемента 200 и торцевой гранью 310 среды 300 лазера, фокусирующей свет накачки в среду 300 лазера. В то же время полная длина L2 лазерного резонатора, образованного центральным участком зеркального элемента 200 и другой торцевой гранью 320 среды 300 лазера, меньше или равна радиусу кривизны зеркального элемента 200 для образования устойчивого лазерного резонатора, такого, чтобы пятно света накачки на среде лазера само совмещалось с оптической осью лазерного резонатора.

На последующих чертежах показаны варианты осуществления зеркального элемента предложенного твердотельного лазерного устройства, в котором в центральной области передней стороны тела зеркального элемента 200 образована линза, а зеркало резонатора образовано на задней стороне.

На Фиг. 8 показан диск 302, образующий активную среду, который присоединен к теплоотводу 400 и окружен по меньшей мере одним лазерным диодом 100 накачки. Тело зеркального элемента 200 содержит две оптические поверхности: переднюю поверхность, обращенную к диску 302, и заднюю поверхность. Зеркало 221, отражающее излучение накачки в активную среду 302, размещено во внешней области задней поверхности. На всю заднюю поверхность нанесено высокоотражающее покрытие, которое обладает отражательной способностью применительно к длине волны лазера, что делает возможной генерацию лазерного излучения (обычно R=90-99,5%, а отражательная способность при длине волны накачки больше 90%, предпочтительно больше 99%). На переднюю поверхность нанесено антиотражающее покрытие применительно к обеим длинам волн.

Внутренняя или центральная область задней поверхности образует выходное зеркало 211 лазерного резонатора с радиусом R кривизны. Внутренняя или центральная область передней поверхности образует линзу 212 с фокусным расстоянием f. Сторона лазерного диска 302, отвернутая от зеркального элемента 200, образует другое торцевое зеркало резонатора, который включает в себя это зеркало резонатора, лазерный диск 302, линзу 212 и выходное зеркало 211. Расстояние d1 между лазерным диском 302 и линзой 212 и расстояние d2 между линзой 212 и выходным зеркалом 211, а также фокусное расстояние f линзы 212 и радиус R кривизны выходного зеркала 211 выбирают из условия образования устойчивого резонатора с большим размером моды в активном элементе, то есть на лазерном диске 302. Предпочтительно, чтобы линза 212 имела выпуклую форму для фокусировки лазерного света на выходное зеркало 211, которое может быть выпуклым или плоским, или предпочтительно вогнутым. Сочетание выпуклой линзы с вогнутым зеркалом позволяет иметь наибольший размер моды в активной среде при заданной полной длине L=d1+d2 всего резонатора. При одной и той же общей длине L размер моды может быть от 2 до 3 раз больше по сравнению с конфокальной схемой без такой линзы, и это означает множитель от 4 до 9 для оптической силы в пределах фундаментальной оптической моды.

В дальнейшем варианте осуществления, показанном на Фиг. 9, две оптические поверхности тела зеркального элемента 200 могут иметь пространственно локализованные покрытия, дающие большую свободу выбора при проектировании. В этом случае отражатель 221 накачки может быть реализован на передней поверхности (с нанесенным высокоотражающим покрытием для излучения накачки) вместе с линзой 212, снабженной антиотражающим покрытием, в центре этой поверхности. Торцевое зеркало 211 с нанесенным высокоотражающим покрытием реализовано на задней поверхности и оно может быть образовано плоским, вогнутым или выпуклым. При использовании этой схемы длина L полости лазерного резонатора не связана с положением f накачки отражателя 221 накачки, что позволяет иметь небольшое фокусное расстояние отражателя накачки с получением небольшого пятна накачки и в то же время иметь длинный резонатор с получением больших объемов мод.

Кроме того, это развязывание L и f накачки может быть достигнуто с помощью отличающихся толщин материалов тела оптического элемента, но в стандартных способах изготовления максимальная разность между обеими толщинами обычно ограниченна.

В предложенном твердотельном лазере согласно дальнейшему варианту осуществления центральная область зеркального элемента 200 образует неустойчивый резонатор, состоящий из линзы 212 с нанесенным антиотражающим покрытием, расположенной на передней поверхности, торцевого зеркала 211 с нанесенным высокоотражающим покрытием, расположенного во внутреннем центре задней поверхности, и выходной участок 213, который окружает торцевое зеркало 211 и предпочтительно имеет антиотражающее покрытие. Такой вариант осуществления показан на Фиг. 10. Дополнительно выходной участок 213 может быть образован в виде линзы или оптики произвольной формы для дополнительного формирования выходного пучка.

На Фиг. 11 показан вариант осуществления, в котором отражатель 221 накачки размещен на задней поверхности зеркального элемента 200, а внешней области 222 передней поверхности придана форма, обеспечивающая в сочетании с отражателем 221 накачки направление излучения накачки к активной среде. При надлежащей форме этой внешней области 222 передней поверхности параболический отражатель накачки, показанный на Фиг.1, может быть заменен криволинейной с нанесенным антиотражающим покрытием передней областью 222 и задней поверхностью с нанесенным высокоотражающим покрытием (отражателем 221), которая может быть плоской или также криволинейной.

Кроме того, внешней области передней поверхности может быть придана форма массива 223 линз, показанного на Фиг. 12. Массив 223 линз образован и размещен для коллимирования пучков диодов 100 накачки, тогда как внешняя область задней поверхности действует как (параболическое) зеркало 221 накачки. По сравнению с предшествующими вариантами осуществления это позволяет иметь более значительную длину L полости при постоянном пятне накачки и, следовательно, более значительную площадь моды. Кроме того, меньше термическая нагрузка на единицу площади теплоотвода.

В дальнейшем варианте осуществления, показанном на Фиг. 13, выходное зеркало 211 из предшествующих фигур заменено второй линзой, что позволяет образовать резонатор с телескопом, состоящим из первой линзы 212 и второй линзы 214, для увеличения размера моды в активной среде. В этом варианте осуществления отдельная пластинка или криволинейное выходное зеркало 215 присоединено к задней поверхности.

Хотя изобретение было показано на чертежах и подробно рассмотрено в приведенном выше описании, такой показ и рассмотрение следует считать иллюстративными или приведенными для примера, а не ограничивающими; изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Например, хотя на чертежах показано непосредственное соединение переднего участка зеркального элемента 200 с теплоотводом 400, также возможно размещение этого зеркального элемента отдельно от теплоотвода. Кроме того, функциональные лазерные элементы для твердотельного лазера, аналогичные эталонам, нелинейным кристаллам, полупроводниковым зеркалам с насыщаемым поглощением (ПЗНП), насыщаемым поглотителям, поляризаторам, ячейкам Поккельса, акустооптическим модуляторам (АОМ) и т.д., могут быть помещены на переднюю или заднюю поверхность 210, 230, или вблизи них, центрального участка зеркального элемента 200 или на поверхности 310, 320, или вблизи них, материала твердотельного лазера. Другие изменения раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и выполнены специалистами в соответствующей области техники при применении на практике заявленного изобретения в результате изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а использование элементов или этапов в единственном числе не исключает их множества. То, что некоторые признаки перечисляются во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетание этих признаков не может с успехом использоваться. В частности, все пункты изобретения на устройство можно свободно комбинировать. Все позиции в формуле изобретения не следует толковать ограничивающими объем.

ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ

100 - лазерные диоды накачки

200 - зеркальный элемент

210 - центральная область зеркального элемента/зеркала резонатора

211 - выходное зеркало

212 - линза

213 - выходной участок

214 - вторая линза

215 - выходное зеркало

220 - внешняя область зеркального элемента

221 - отражатель накачки

222 - внешняя область передней поверхности

223 - массив линз

230 - задняя сторона зеркального элемента

300 - стержень лазера

301 - пластина

302 - диск

310 - первая торцевая поверхность стержня лазера

320 - вторая торцевая поверхность стержня лазера

400 - теплоотвод

500 - второе зеркало резонатора

600 - лазерное излучение

Твердотельное лазерное устройство с оптической накачкой содержит активный элемент (302) в резонаторе (221, 302). Несколько лазерных диодов накачки (100) выполнены с возможностью отражения излучения накачки от одной поверхности зеркала резонатора. Указанное зеркало обеспечивает направление излучения накачки в активный элемент твердотельного лазера. Дополнительно на второй поверхности указанного зеркала в центральной части выполнена линза (212). Технический результат заявленного решения заключается в упрощении юстировки оптики накачки и обеспечении компактности лазерного устройства. 11 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Твердотельное лазерное устройство с оптической накачкой, содержащее:

среду (300-302) твердотельного лазера в лазерном резонаторе и один или несколько лазерных диодов (100) накачки, при этом указанные лазерные диоды (100) накачки выполнены с возможностью оптической накачки указанной среды (300-302) твердотельного лазера путем отражения излучения накачки на зеркальном элементе (200),

при этом указанный зеркальный элемент (200) размещен на оптической оси указанного лазерного резонатора и предназначен для отражения указанного излучения накачки к среде (300-302) твердотельного лазера и формирования в то же время зеркала лазерного резонатора, и

при этом указанный зеркальный элемент (200) содержит тело из материала, оптически прозрачного для лазерного излучения, при этом указанное зеркало резонатора сформировано в центральной области задней поверхности тела, и

при этом линза (212) сформирована в центральной области передней поверхности тела, обращенной к среде (300-302) твердотельного лазера, при этом указанное зеркало резонатора и указанная линза (212) размещены и предназначены для формирования резонатора со вторым зеркалом резонатора на противоположной стороне среды (300-302) твердотельного лазера.

2. Устройство по п. 1, в котором указанный зеркальный элемент (200) содержит центральную область (210), которая формирует указанное зеркало резонатора, и внешнюю область (220), которая предназначена для отражения указанного излучения накачки к среде (300-302) твердотельного лазера.

3. Устройство по п. 2, в котором указанная центральная область (210) и указанная внешняя область (220) сформированы с различной кривизной.

4. Устройство по п. 1, в котором указанное зеркало резонатора и указанная линза (212) размещены и предназначены для увеличения размера моды лазерного излучения в среде (300-302) твердотельного лазера по сравнению с резонатором равной длины без указанной линзы.

5. Устройство по п. 1, в котором внешняя область задней поверхности тела предназначена для отражения указанного излучения накачки к среде (300-302) твердотельного лазера.

6. Устройство по п. 5, в котором массив (223) линз сформирован на передней поверхности тела, при этом указанный массив (223) линз размещен и предназначен для коллимирования лазерных пучков лазерных диодов (100) накачки, распространяющихся к задней поверхности тела.

7. Устройство по п. 1, в котором внешняя область передней поверхности тела предназначена для отражения указанного излучения накачки к среде (300-302) твердотельного лазера.

8. Устройство по п. 2, в котором указанные лазерные диоды (100) накачки выполнены с возможностью испускания указанного излучения накачки, по существу, параллельно оптической оси лазерного резонатора к указанному зеркальному элементу (200).

9. Устройство по п. 2, в котором указанная среда (300-302) твердотельного лазера расположена в охлаждающем устройстве (400) или присоединена к охлаждающему устройству (400), а указанные лазерные диоды (100) накачки размещены на боковой поверхности указанного охлаждающего устройства (400) перпендикулярно к оптической оси лазерного резонатора.

10. Устройство по п. 9, в котором указанные лазерные диоды (100) накачки размещены так, чтобы окружать торцевую поверхность (310) среды (300-302) твердотельного лазера, на которой излучение накачки входит в среду (300-302) твердотельного лазера.

11. Устройство по п. 10, в котором телу указанного зеркального элемента (200) придана форма, подходящая для механической посадки внешнего переднего участка на внешний профиль охлаждающего устройства (400).

12. Устройство по п. 2, в котором указанная центральная область (210) указанного зеркального элемента (200) предназначена для генерации лазерной моды, которая не имеет гауссова профиля интенсивности в среде (300-302) твердотельного лазера.