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.

Необходимость использования первого зеркала одновременно как элемента резонатора лазера и входного окна для излучения накачки ограничивает возможности конструктивного исполнения зеркала (например, при необходимости использования зеркала, обладающего кривизной) и ухудшает его характеристики по каждому из указанных назначений. В результате снижается выходная энергия излучения лазера и надежность глухого зеркала.

Задачей изобретения является повышение однородности накачки, повышение энергии выходного излучения лазера и повышение надежности лазера.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном твердотельном лазере, содержащем источник излучения накачки, активный элемент, установленный внутри резонатора, включающего глухое и полупрозрачное зеркала, активный элемент выполнен в виде стержня, по крайней мере один из торцов которого скошен так, что угол между нормалью к торцу и продольной осью стержня превышает угол полного внутреннего отражения, боковая поверхность стержня, противоположная скошенному торцу, выполнена в виде окна, прозрачного для лазерного излучения, источник накачки установлен у скошенного торца активного элемента таким образом, чтобы излучение накачки проникало в активный элемент, одно из зеркал резонатора установлено напротив окна в активном элементе так, чтобы угол между осью зеркала и поверхностью скошенного торца был равен углу между этой поверхностью и осью активного элемента.

Поверхность скошенного торца активного элемента может быть просветлена в диапазоне длин волн источника накачки, а поверхность окна - на длине волны лазерного излучения.

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

На фиг. 1 представлена схема лазера.

Активный элемент 1 установлен между зеркалами резонатора - глухим зеркалом 2 и полупрозрачным зеркалом 3. Перед скошенным торцом активного элемента установлена лазерная диодная матрица 4. Последовательно с активным элементом внутри резонатора установлен модулятор добротности 5.

Устройство работает следующим образом.

При включении источника оптической накачки 4 его излучение проникает в активный элемент 1 через скошенный торец. В процессе накачки модулятор добротности 5 выключен, и добротность резонатора, образуемого зеркалами 2, 3, недостаточна для возникновения лазерной генерации. По завершении процесса накачки, обеспечивающего заданный уровень возбуждения активного элемента, включается модулятор добротности, в результате чего восстанавливается рабочая 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 его торец с высоким коэффициентом пропускания для излучения накачки. Для лазерного излучения этот торец представляет собой стопроцентно отражающее зеркало благодаря расположению под углом полного внутреннего отражения. Глухое зеркало резонатора освобождено от функции дихроичного зеркала, поэтому имеет максимально высокий коэффициент отражения при сравнительно простом исполнении отражающей поверхности и высокой лучевой стойкости отражающей поверхности. При этом кривизна глухого зеркала может быть произвольной, например сферической, в соответствии с условиями обеспечения максимальной добротности резонатора. Расстояние от скошенного торца активного элемента до глухого зеркала также может быть произвольным, исходя из конструктивных требований и заданной конфигурации резонатора.

Благодаря указанным особенностям изобретения обеспечивается повышение однородности накачки, повышение энергии выходного излучения лазера и повышение надежности 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. Твердотельный лазер содержит источник излучения накачки, активный элемент, установленный внутри резонатора, включающего глухое и полупрозрачное зеркала. Активный элемент выполнен в виде стержня, по крайней мере один из торцов которого скошен так, что угол между нормалью к торцу и продольной осью стержня превышает угол полного внутреннего отражения. Боковая поверхность стержня, противоположная скошенному торцу, выполнена в виде окна, прозрачного для лазерного излучения. Источник накачки установлен у скошенного торца активного элемента таким образом, чтобы излучение накачки проникало в активный элемент. Одно из зеркал резонатора установлено напротив окна в активном элементе так, чтобы угол между осью зеркала и поверхностью скошенного торца был равен углу между этой поверхностью и осью активного элемента. Технический результат заключается в повышении энергии и однородности выходного излучения, а также надежности лазера. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. 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, по крайней мере один из торцов которого скошен так, что угол между нормалью к торцу и продольной осью стержня превышает угол полного внутреннего отражения, боковая поверхность стержня, противоположная скошенному торцу, выполнена в виде окна, прозрачного для лазерного излучения, источник накачки установлен у скошенного торца активного элемента таким образом, чтобы излучение накачки проникало в активный элемент, одно из зеркал резонатора установлено напротив окна в активном элементе так, чтобы угол между осью зеркала и поверхностью скошенного торца был равен углу между этой поверхностью и осью активного элемента.

2. Твердотельный лазер по п. 1, отличающийся тем, что поверхность скошенного торца активного элемента просветлена в диапазоне длин волн источника накачки, а поверхность окна - на длине волны лазерного излучения.

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