ЛАЗЕР Советский патент 1996 года по МПК H01S3/18 

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к лазерам, возбуждаемым импульсами высокого напряжения, и может быть использовано при изготовлении устройств оптической связи, оптоэлектроники, для изучения быстропротекающих процессов.

Целью изобретения является повышение КПД лазера.

На чертеже представлена конструкция предложенного устройства.

Генератор электрических импульсов высокого напряжения с длительностью фронта 10^-9-10^-10 с соединен с помощью коаксиального кабеля 1 с излучателем 2, представляющим собой оболочку 3 из твердого, оптически прозрачного на длине волны излучения диэлектрика, в которой размещена монокристаллическая пластина 4 гексагонального полупроводника или диэлектрика с двумя плоскопараллельными гранями 5. Пластина соединена с электродом 6, являющимся продолжением центральной жилы коаксиального кабеля 1, через омический точечный контакт 7. Второй электрод 8 соединен с оплеткой коаксиального кабеля 1. Оболочка 3 имеет также отверстие 9 для крепления и преломляющую поверхность 10.

Устройство работает следующим образом.

От генератора через кабель 1 высоковольтный импульс с крутым фронтом поступает в излучатель 2. В излучателе импульс через центральную жилу, электрод 6 и контакт 7 подается на пластину 4. При этом в области контакта 7 создается область сильного (≈ 10⁷ В/см) резко неоднородного электрического поля, усиленного вследствие наличия второго электрода 8, и на этой области в пластине 4 начинает распространяться стримерный разряд в виде тонкой нити диаметром несколько микрометров, в головке которого, движущейся со скоростью 10⁸-10⁹ см/с, происходит интенсивная генерация свободных носителей заряда с образованием высокой (10¹⁹-10²⁰ см^-3) концентрации электронно-дырочных пар.

Непосредственно за головкой стримера электрическое поле вытесняется из области высокопроводящей плазмы за время порядка 10¹² с и в результате энергетической релаксации носителей заряда образуется инверсная населенность в области за головкой стримера. Среда в указанной области становится активной и обладает большим коэффициентом усиления (до 10³ см^-1). При наличии обратной связи, образованной резонатором, состоящим из двух параллельных граней 5, в пластине возникает генерация света с длительностью до 10^-3 с и мощностью до 10⁴ Вт. Выбор ориентации пластины способствует повышению стабильности излучения, уменьшению негативного влияния внешних факторов (температура, освещение) и меньшему проявлению статистического разброса яркости и мощности разрядов от импульса к импульсу, а также минимизации или полному прекращению переотражений разрядов от граней пластины в широкой температурной области, расширяя температурный интервал стабильной работы.

Излучение выводится из резонатора в направлении, перпендикулярном направлению распространения стримера и плоскости пластины, через диэлектрическую оболочку 3 и преломляющую поверхность 10. Преломляясь на поверхности 10, излучение меняет диаграмму направленности.

Разработана конструкция лазера на кристалле сульфида кадмия. Генератор импульсов обеспечивает получение импульсов положительной полярности амплитудой 5-40 кВ общей длительностью по основанию 2 нс при длительности фронта 0,7-1 нс частотой 0,5-50 Гц. Импульсы с выхода генератора поступают на коаксиальный кабель типа РК 50 7-11, центральная жила которого через омический точечный контакт, полученный вправлением индия, соединена с монокристаллом сульфида кадмия, имеющим форму пластины с кристаллографической ориентацией 10{100}0} толщиной 20 мкм и габаритами 8х3 мм, с двумя параллельными гранями, образующими оптический резонатор, ориентированными в плоскости10{100}0} на которые нанесены диэлектрические зеркала с коэффициентом отражения 0,96. Омический контакт находится на одной из граней, образующих резонатор. Пластина помещена в оболочку из эпоксидной смолы ЭД-20, отвержденной полиэтиленполиамином. Параллельно пластине на расстоянии от нее, равном 2 мм, со стороны, противоположной направлению выхода излучения, расположен второй электрод из меди в форме пластины размером 7,5х2,5х0,1 мм со скругленными углами, соединенный с оплеткой коаксиального кабеля. Преломляющая поверхность излучателя представляет собой плоскость.

При испытаниях устройства измеряли амплитуду сигнала на выходе ФЭУ типа ЭЛУ Ф7, регистрируемую с помощью осциллографа С8-2 или С9-4А, которая пропорциональна мощности излучения лазера, поскольку изменений длительности генерируемых импульсов в процессе измерений не было. Параметры импульсов генератора при этом контролировали с помощью осциллографа С9-4А. Поскольку вычисление коэффициента пропорциональности, необходимое для вычисления абсолютных значений КПД и мощности, представляет значительные трудности и приводит к погрешности, превышающей 100% и кроме того, наблюдается значительный разброс параметров генерации от кристалла к кристаллу, были проведены сравнительные испытания устройства, собранного по схеме прототипа, и предлагаемого устройства. Накачку осуществляли импульсами положительной полярности. Результат измерения усредняли по данным 100 измерений.

Результаты измерений приведены в таблице.

Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к лазерам, и может быть использовано при изготовлении устройств оптической связи, оптоэлектроники, для изучения быстропротекающих процессов. Изобретение позволяет повысить КПД устройства. Лазер содержит излучатель 2, представляющий собой оболочку 3 из твердого, оптически прозрачного на длине волны излучения диэлектрика, в которой размещена монокристаллическая пластина 4 гексагонального полупроводника или диэлектрика с двумя плоскопараллельными гранями 5. Пластина соединена с электродом 6, являющимся продолжением центральной жилы коаксиального кабеля 1, через омический точечный контакт 7. Второй плоский электрод 8 соединен с оплеткой коаксиального кабеля 1. Оболочка 3 имеет также преломляющую поверхность 10 и отверстие 9 для крепления. 1 з. п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. ЛАЗЕР, содержащий генератор импульсов высокого напряжения с длительностью фронта 10^- 9 - 10^- 1 0 с и излучатель, включающий монокристаллическую пластину гексагонального полупроводника или диэлектрика с двумя плоскопараллельными гранями, образующими оптический резонатор и ориентированными в кристаллографической плоскости помещенную в диэлектрическую среду, возбуждающие электроды, подключенные к генератору, причем первый электрод соединен с пластиной через омический точечный контакт, а второй соединен с заземленной шиной генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, второй электрод выполнен плоским и расположен на расстоянии 0,3 - 2 мм от одной из граней пластины, образующих оптический резонатор. 2. Лазер по п.1, отличающийся тем, что в качестве диэлектрической среды применен твердый диэлектрик.