ЛАЗЕР (ЕГО ВАРИАНТЫ) Советский патент 1994 года по МПК H01S3/05 

Изобретение относится к лазерной технике, более конкретно к лазерам, содержащим активную среду с рабочей областью трубчатой формы, и может быть использовано в лазерной технологии.

Известен лазер [1] , содержащий газовую активную среду с рабочей областью трубчатой формы и оптический резонатор из 2-х зеркал. Такой лазер может работать при сравнительно больших энерговкладах (до 1000 Вт на метр длины активного элемента без разрушения лазерной инверсии), что связано с выгодными условиями теплообмена трубчатой активной среды с окружающим пространством.

Однако этот лазер может работать только с многолучевым резонатором, не обеспечивающим высокой когерентности выходного излучения.

Наиболее близким к предложенному лазеру является лазер, содержащий активную среду в виде полого цилиндра, помещенного в оптический резонатор многопроходовой конструкции [2] .

Однако эффективность связи оптического резонатора с активной средой в таком лазере невысока. Вследствие этого КПД известного лазера оказывается весьма низким, порядка 0,05% .

Для такого лазера характерны: недостаточно высокий КПД из-за слабой связи оптического резонатора с активной средой; недостаточно высокая направленность излучения, обуславливающая низкий уровень плотности мощности лучистого потока на облучаемой мишени.

Цель изобретения - повышение КПД лазера за счет более полного использования объема активной среды и повышения плотности лучистого потока на облучаемой мишени.

При удаленной мишени это достигается тем, что в лазере, содержащем активную среду в виде полого цилиндра, помещенного в оптический резонатор, оптический резонатор выполнен из четырех зеркал: двух вогнутых, одно из которых полупрозрачное, расположенных по концам оптического резонатора, и двух выпуклых, расположенных между вогнутыми зеркалами так, что выпуклые и вогнутые зеркала попарно образуют конфигурации неустойчивых резонаторов, соосных с активной средой.

При близко расположенной мишени это достигается тем, что в лазере, содержащем активную среду в виде полого цилиндра, помещенного в оптический резонатор, оптический резонатор выполнен из четырех зеркал: двух вогнутых, расположенных по концам резонатора, и двух полупрозрачных выпуклых, расположенных между вогнутыми зеркалами так, что выпуклые и вогнутые зеркала попарно образуют конфигурации неустойчивых резонаторов, соосных с активной средой, а расстояние между выпуклыми зеркалами равно сумме их фокусных расстояний.

На фиг. 1 показан лазер для облучения удаленной мишени; на фиг. 2 - лазер для облучения близко расположенной мишени.

Лазер (фиг. 1) содержит активную среду 1 в виде полого цилиндра, размещаемую между вогнутыми зеркалами 2 и 3 (зеркало 3 - полупрозрачное). Ближе к середине лазера на общей оси помещаются выпуклые зеркала 4 и 5, обращенные отражающими поверхностями к вогнутым зеркалам. Геометрические параметры - радиусы кривизны и расстояние между зеркалами 2 и 4, 3 и 5 выбираются из условия самосогласования встречных световых волн, движущихся между этими зеркалами навстречу друг другу. Такая конфигурация соответствует неустойчивому (в частности телескопическому) оптическому резонатору, образуемому зеркалами 2, 4 и 3, 5. Резонаторы обращены (раскрыты) навстречу друг другу. При этом 6 - внутреннее излучение; 7 - выходное излучение.

Лазер (фиг. 2) содержит все элементы, характерные для лазера по первому варианту, но имеет следующие конструктивные отличия. Зеркала 2 и 3 выполняются полностью отражающими. Зеркала 3 и 5 выполняются полупрозрачными.

Лазер работает следующим образом.

После накачки активной среды 1 она получает возможность усиливать излучение, частота которого находится внутри ее полосы усилия. Из всех частот внутри этой полосы существует набор некоторых дискретных частот, соответствующих собственным частотам оптических резонаторов из зеркал 2, 4 и 3, 5. Излучение на этих частотах эффективно отражается от резонаторов в сторону активной среды и, усиливаясь там, образует внутрирезонаторное лазерное излучение, распространяющееся через активную среду в двух направлениях. Дальнейшая судьба этого излучения зависит от варианта конструктивного исполнения лазера.

Лазер по первому варианту работает следующим образом.

Излучение покидает резонатор, проходя через полупрозрачное зеркало 3. Выходное излучение лазера, выходящее через это зеркало, оказывается очень остронаправленным, поскольку поле в неустойчивом резонаторе имеет одномодовый характер.

Лазер по второму варианту работает следующим образом.

При втором варианте исполнения выпуклые зеркала 4 и 5 полупрозрачны и пропускают накопленное в резонаторе излучение, которое проходит внутрь лазера в виде сходящихся пучков, остросфокусированных в одну и ту же область.

Использование рассмотренной конфигурации оптического резонатора позволяет более чем на порядок повысить КПД по сравнению с прототипом за счет лучшего использования активной среды и почти на два порядка повысить плотность лучистого потока на мишени. (56) 1. Crocker A. , Willis H. Carbon - dioxide laser with high power unit length. Electr. Lett. , 1969, v. 5, N 4, о. 63.

2. Алейников В. С. и др. Принципиальные вопросы создания эффективных газовых лазеров. Электронная промышленность. 1981, вып. 5-6, с. 39-51.

1. Лазер, содержащий активную среду в виде полого цилиндра, помещенного в оптический резонатор, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД за счет более полного использования объема активной среды и повышения плотности лучистого потока на удаленной мишени, оптический резонатор выполнен из четырех зеркал: двух вогнутых, одно из которых полупрозрачное, расположенных по концам оптического резонатора и двух выпуклых, расположенных между вогнутыми зеркалами так, что выпуклые и вогнутые зеркала попарно образуют конфигурации неустойчивых резонаторов, соосных с активной средой. 2. Лазер, содержащий активную среду в виде полого цилиндра, помещенного в оптический резонатор, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД за счет более полного использования объема активной среды и повышения плотности лучистого потока на близко расположенной мишени, оптический резонатор выполнен из четырех зеркал: двух вогнутых, расположенных по концам резонатора, и двух полупрозрачных выпуклых, расположенных между вогнутыми зеркалами так, что выпуклые и вогнутые зеркала попарно образуют конфигурации неустойчивых резонаторов, соосных с активной средой, а расстояние между выпуклыми зеркалами равно сумме их фокусных расстояний.