Импульсный твердотельный лазер Российский патент 2017 года по МПК H01S3/06 

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к импульсным твердотельным лазерам с диодной накачкой.

Известны твердотельные лазеры, содержащие активный элемент с резонатором и лампу накачки [1]. Преобразование излучения лампы в лазерное излучение недостаточно эффективно из-за неоптимального согласования спектра излучения лампы со спектром поглощения активного элемента и из-за несовпадения процесса горения лампы с кинетикой поглощения-излучения активного элемента.

Эти недостатки устранены в лазерах с диодной накачкой. Лазерные диодные решетки и матрицы, применяемые для накачки твердотельных лазеров обладают по сравнению с лампами более высоким КПД, оптимальным для накачки спектром излучения и управляемыми параметрами импульса накачки. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является твердотельный лазер, описанный в [2]. Этот твердотельный лазер содержит последовательно установленные источник излучения накачки в виде лазерной диодной матрицы, первое дихроичное зеркало резонатора, активный элемент, поляризатор, электрооптический затвор и второе зеркало резонатора.

При накачке через торец активного элемента излучение накачки поглощается в активном элементе, в результате чего степень возбуждения активирующей примеси в ближней и дальней от источника накачки областях активного элемента неодинакова. Это приводит к избыточным энергетическим затратам в ближней части активного элемента и неполному возбуждению активатора в его противоположном конце. В результате снижается как КПД накачки, так и энергия выходного излучения.

Задачей изобретения является повышение эффективности накачки и повышение энергии выходного излучения лазера.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном импульсном твердотельном лазере, содержащем источник излучения накачки, активный элемент, установленный внутри резонатора, включающего глухое и полупрозрачное зеркала, активный элемент выполнен в виде стержня, оба торца которого скошены так, что угол между нормалью к поверхности торца и продольной осью активного элемента превышает предельный угол полного внутреннего отражения, боковые поверхности стержня, противоположные скошенным торцам, выполнены в виде окон, прозрачных для лазерного излучения, у второго торца активного элемента введен второй источник накачки, причем источники накачки установлены у скошенных торцов активного элемента таким образом, чтобы излучение накачки от обоих источников проникало в активный элемент, зеркала резонатора установлены напротив окон в активном элементе у его противоположных торцов так, чтобы между зеркалами выполнялось условие резонанса, причем длина активного элемента соответствует условию Н_мин≥Н_пор, где Н_мин - количество облучения от источника накачки в наименее облученном сечении активного элемента; Н_пор - пороговое количество облучения, необходимое для лазерной генерации.

Источник излучения накачки может быть выполнен в виде лазерной диодной матрицы.

Последовательно с активным элементом внутри резонатора может быть введен модулятор добротности резонатора.

Торцы активного элемента могут быть просветлены для излучения накачки, а окна - для лазерного излучения.

На фиг. 1 представлена схема лазера с параллельными торцами активного элемента. На фиг. 2 показан вариант лазера с непараллельными торцами.

Активный элемент 1 (фиг. 1) установлен между зеркалами резонатора - глухим зеркалом 2 и полупрозрачным зеркалом 3. Перед скошенными торцами активного элемента установлены источники накачки - лазерные диодные матрицы 4, 5. Последовательно с активным элементом внутри резонатора установлен модулятор добротности 6.

Устройство работает следующим образом.

При включении источников оптической накачки 4 и 5 их излучение проникает в активный элемент 1 через его скошенные торцы. В процессе накачки модулятор добротности 6 выключен, и добротность резонатора, образуемого зеркалами 2, 3 недостаточна для возникновении лазерной генерации. По завершении процесса накачки, обеспечивающего заданный уровень возбуждения активного элемента, модулятор добротности восстанавливает рабочую добротность резонатора, и происходит генерация лазерного импульса. Лазерное излучение выводится из резонатора через полупрозрачное зеркало.

Согласно данному техническому решению излучение накачки беспрепятственно проникает в активный элемент через оба его торца с высоким коэффициентом пропускания для излучения накачки. Это обеспечивает равномерность засветки активного элемента и однородного возбуждения активирующей примеси. Для лазерного излучения торцы активного элемента представляют собой стопроцентно отражающие зеркала вследствие расположения под углом полного внутреннего отражения к оси активного элемента.

Благодаря указанным особенностям изобретения обеспечивается повышение эффективности накачки и повышение энергии выходного излучения лазера.

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. LASER-DIODE ARRAYS: Multicolor uncooled diode array efficiently pumps Nd:YAG laser. LaserFocusWorld. 08/01/2007 - прототип.

Изобретение относится к лазерной технике. Импульсный твердотельный лазер содержит активный элемент, выполненный в виде стержня, оба торца которого скошены так, что угол между нормалью к поверхности торца и продольной осью активного элемента превышает предельный угол полного внутреннего отражения. Боковые поверхности стержня, противоположные скошенным торцам, выполнены в виде окон, прозрачных для лазерного излучения. У второго торца активного элемента введен второй источник накачки, причем источники накачки установлены у скошенных торцов активного элемента таким образом, чтобы излучение накачки от обоих источников проникало в активный элемент. Зеркала резонатора установлены напротив окон в активном элементе у его противоположных торцов так, чтобы между зеркалами выполнялось условие резонанса, причем длина активного элемента соответствует условию Н_мин≥Н_пор, где Н_мин - количество облучения от источника накачки в наименее облученном сечении активного элемента; Н_пор - пороговое количество облучения, необходимое для лазерной генерации. Технический результат заключается в повышении эффективности накачки и повышении энергии выходного излучения лазера. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Импульсный твердотельный лазер, содержащий источник излучения накачки, активный элемент, установленный внутри резонатора, включающего глухое и полупрозрачное зеркала, отличающийся тем, что активный элемент выполнен в виде стержня, оба торца которого скошены так, что угол между нормалью к поверхности торца и продольной осью активного элемента превышает предельный угол полного внутреннего отражения, боковые поверхности стержня, противоположные скошенным торцам, выполнены в виде окон, прозрачных для лазерного излучения, у второго торца активного элемента введен второй источник накачки, причем источники накачки установлены у скошенных торцов активного элемента таким образом, чтобы излучение накачки от обоих источников проникало в активный элемент, зеркала резонатора установлены напротив окон в активном элементе у его противоположных торцов так, чтобы между зеркалами выполнялось условие резонанса, причем длина активного элемента соответствует условию Н_мин≥Н_пор, где Н_мин - количество облучения от источника накачки в наименее облученном сечении активного элемента; Н_пор - пороговое количество облучения, необходимое для лазерной генерации.

2. Импульсный твердотельный лазер по п. 1, отличающийся тем, что источник излучения накачки выполнен в виде лазерной диодной матрицы.

3. Импульсный твердотельный лазер по п. 1, отличающийся тем, что последовательно с активным элементом внутри резонатора введен модулятор добротности резонатора.

4. Импульсный твердотельный лазер по п. 1, отличающийся тем, что торцы активного элемента просветлены для излучения накачки, а окна - для лазерного излучения.