Портативный импульсно-периодический полупроводниковый лазерный излучатель Российский патент 2019 года по МПК H01S5/04 H01S3/937 

Изобретение относится к импульсно-периодическим

полупроводниковым лазерным излучателям с пиротехнической накачкой. Может быть использовано для исследования оптических характеристик с помощью лазерного излучения в условиях отсутствия подключения к источнику питания.

Техническим результатом изобретения является получение портативного многоразового полупроводникового лазерного излучателя, простого в эксплуатации и не требующего особых условий хранения, обеспечивающего на выходе интенсивное узконаправленное импульсно-периодическое лазерное излучение с перестраиваемой длиной волны.

Устройство содержит корпус с фокусирующим оптическим элементом, полупроводниковый лазер, источник питания, блок управления работой полупроводникового лазера, система электрической связи электронных элементов, магазин с пиротехническими лампами и системой их подачи и приемник оптического излучения.

Изобретение может быть использовано для исследования оптических характеристик с помощью лазерного излучения в условиях отсутствия подключения к источнику питания.

Известен ряд устройств [1, 2], предназначенных для подавления оптико-электронных средств и исследования их стойкости к лазерному излучению, проведения полевых экспериментов, использующих принцип пиротехнической накачки активного элемента. При этом данные устройства обладают рядом существенных недостатков. В устройстве [1] используется конструкция лазера с накачкой коаксиальным пиротехническим патроном, активированного ионами Nd³⁺ стеклянного волокна, установленного в корпусе, имеющем вид авторучки.

Недостатками данной конструкции являются отсутствие возможности производить многоразовую генерацию лазерных импульсов и невозможность изменения длины волны лазерного излучения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является портативный многоцветный импульсно-периодический волоконный лазерный излучатель с пиротехнической накачкой [2], содержащий несколько пиротехнических ламп и три различных активных элемента, представляющих собой волоконно-активные элементы, изготовленные из стекла, активированного ионами различных металлов для трансформации широкополосного оптического излучения в узкополосное.

Недостатками данного технического решения являются:

ограниченность и дискретность диапазона длин волн генерируемого лазерного излучения, определяемая наличием материалов активирования оптоволокна;

коэффициент преобразования световой энергии лампы вспышки в энергию импульса твердотельного лазера составляет до 10%.

Задачей заявляемого изобретения является разработка портативного многоразового полупроводникового лазерного излучателя, простого в эксплуатации и не требующего особых условий хранения, обеспечивающего на выходе интенсивное узконаправленное импульсно-периодическое лазерное излучение с перестраиваемой длиной волны.

Для решения поставленной задачи предложен корпус с фокусирующим оптическим элементом, полупроводниковый лазер, блок управления работой полупроводникового лазера с источником питания, система электрической связи электронных элементов лазера, магазин с источниками оптического излучения с пиротехнической накачкой, содержащий несколько пиротехнических ламп и систему их подачи [3, 4], приемник оптического излучения.

Отличительные признаки заявляемого изобретения состоят в том, что:

а) преобразование оптического излучения в электрический импульс осуществляется с использованием полупроводникового материала -кристаллического кремния, из которого выполнена поверхность приемника оптического излучения;

б) форма приемника оптического излучения выполнена исходя из обеспечения требований наибольшей площади и наименьших габаритов;

в) в портативных лазерных устройствах впервые предлагается применение полупроводниковых лазеров с перестраиваемым оптическим диапазоном. Данные лазеры нашли широкое применение в различных областях науки и техники. Возможность управления длиной волны излучения базируется на использовании варизонных полупроводниковых лазеров, то есть полупроводников, в которых имеется возможность изменения ширины запрещенной зоны [5], вследствие чего изменяется и длина волны лазерного излучения. В предлагаемом устройстве осуществляется с помощью блока управления работой полупроводникового лазера.

Коэффициент преобразования энергии светового потока кристаллическим кремнием в электрическую энергию составляет около 16%, а коэффициент преобразования электрической энергии в энергию импульса полупроводникового лазера - до 70%, что, в целом, дает около 11% энергии в лазерном импульсе предлагаемого устройства относительно энергии светового излучения пиротехнической лампы. Энергия, излучаемая при срабатывании пиротехнической лампы, может составлять до 20 Дж, а это значит, что энергия лазерного импульса, получаемого в предлагаемом устройстве, может достигать 2 Дж, чего сложно добиться, используя аккумуляторные источники питания.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства. В корпусе (1) с фокусирующим оптическим элементом (2) расположен полупроводниковый лазер (3), источник питания (4), блок управления работой полупроводникового лазера (5), система электрической связи электронных элементов лазера (6) с полупроводниковым лазером (3), магазин с пиротехническими лампами (9) и системой их подачи (7), приемник оптического излучения (8) с расположенной в нем пиротехнической лампой (9).

Для более полного поглощения оптических квантов, образующихся при срабатывании пиротехнической лампы, предлагается помещать ее внутрь приемника оптического излучения. Он, в свою очередь, выполняется из полупроводниковых фотоприемных материалов в форме вытянутой по длине пиротехнической лампы многолучевой звезды. Целесообразность применения подобной конструкции обусловлена тем, что:

такая форма позволит существенно увеличить площадь рабочей поверхности фотодиодного покрытия без увеличения занимаемого приемником оптического излучения объема, что позволит увеличить вероятность поглощения квантов света с образованием свободных носителей заряда;

большее количество граней оптического приемника дополнительно будет выполнять функцию радиатора, что приведет к уменьшению температуры нагрева полупроводника и позволит ему сохранить исходные характеристики.

Количество лучей приемника оптического излучения обусловлено обеспечением оптимального сочетания наибольшего коэффициента преобразования световой энергии в электрическую и минимальных размеров приемника оптического излучения при заданной энергии, излучаемой пиротехнической лампой.

Таким образом, в предлагаемом полупроводниковом лазерном излучателе при сравнительно небольших габаритах коэффициент преобразования световой энергии пиротехнической лампы в световую энергию лазерного импульса будет выше, чем у твердотельных лазерных излучателей, представленных ранее. Портативный импульсно-периодический полупроводниковый лазерный излучатель с пиротехнической накачкой и перестраиваемой длиной волны может быть использован как для исследования влияния лазерного излучения на материалы в условиях отсутствия возможности подключения к источнику питания, так и для осуществления энергетического воздействия на функциональные узлы оборудования, применяемого в оптических электронных системах.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. RU №2217850, 2001 г.

2. RU №2358365, 2007 г.

3. RU №2239264, 2004 г.

4. RU №2227244, 2004 г.

5. Гулевич Е., Кондратюк Н., Протасеня А. Перестраиваемые источники лазерного излучения УФ, видимого, ближнего и среднего ИК-диапазона/ Фотоника №3, 2007. с. 30-33.

Изобретение относится к лазерной технике. Портативный импульсно-периодический полупроводниковый лазерный излучатель с пиротехнической накачкой и перестраиваемой длиной волны содержит корпус с фокусирующим оптическим элементом, полупроводниковый лазер, блок управления работой полупроводникового лазера с источником питания, систему электрической связи электронных элементов лазера и магазин с источниками оптического излучения с пиротехнической накачкой, содержащий несколько пиротехнических ламп и систему их подачи. В излучатель введен приемник оптического излучения, выполненный из монокристаллического кремния. Технический результат заключается в обеспечении возможности создания полупроводникового лазерного излучателя с пиротехнической накачкой. 1 ил.

Портативный импульсно-периодический полупроводниковый лазерный излучатель, содержащий корпус с фокусирующим оптическим элементом, размещенные в нем полупроводниковый лазер и блок управления его работой с источником питания, соединенные между собой системой электрической связи, а также магазин с источниками оптического излучения с пиротехнической накачкой, содержащий несколько пиротехнических ламп и систему их подачи, отличающийся тем, что введен приемник оптического излучения, выполненный из монокристаллического кремния.