Излучатель твердотельного лазера Советский патент 1993 года по МПК H01S3/05 

Изобретение относится к области квантовой электроники и лазерной техники и может быть использовано при разработке твердотельных лазеров.

Целью изобретения является повышение однородности распределения поля излучения лазера при сохранен1Ш его КПД и- упрощение изготовления лазерного стержня.

На фиг.1 показан излучатель, общий вид на фиг.2 - диаграмма распределения интенсивности первичных световых потоков излучения накачки по периметру поперечного сечения лазерного стержня в осветителе оиального сечения; на фиг.З - осветитель излучателя, поперечное сечение{ на фиг.А - диаграмма азимуталт-мого распределения угловой силы лазерного излучения.

Излучатель твердотельного лазера содержит выходиое 1 (фиг.1) и 2 зеркала резонатора и осветитель 3 цилиндрической формы с зеркально отражающим излучение лампы накачки покрытием А и прямой трубчатой лампой накачки 5. Лазерный стержень 6 установлен в осветитель 3 таким образом, что его продольная ось параллельна оси лампы накачки 5 и образующей осветителя. Для однолампопого осветителя типичное распределение интенсивности первичных световых потоков излучения накачки по периметру поперечного сечения лазерного стержня показано а фиг.З. Интенсивность

4ib

;о

00

со «

25

nernnhrx иотокпп, превышаютая уро- ень 0,6 ее максимальной неличиш., яи дуги 7 с длиной, не ipf Рьппающ -й 0,3 параметра каждая. , гол й/ межлу нормалями 8, проходяими черея середину дуг , составяет 15013°. Относительное расределение интенсивности первичных потоков излг чения накачки по пери- tO метру поперечного сечения лазерного стержня не меняется вдоЛь его длины, и, таким образом, интенсивность, превышающая уровень 0,6 ее максимальной величины по периметру попереч- 15 Ного сечения лазерного стержня, распределена на его боковой поверхности в виде двух продольных полос с площадью каждой, не превышающей 0,3 площади всей боковой поверхности. 20

Распределение интенсивности оптического излучения накачки на боковой поверхности лазерного стержня опре- деля ется фотометрическим методом. На фиг.2 приведена диаграмма распределения интенсивности первичных световых потоков излучения накачки на боковой поверхности лазерного стегж- ня (по периметру его поперечного сечения) .

Две продольные полосы 9 (фиг.З) боковой поверхности лазерного стержня 6, направленные вдоль образующей шлйфованны микропорошком карбида бора М 20 (размер зерна 20/14 мкм). 35 Угол йЛ составляет 15045. Площадь каждой из этих полос составляет 6 0,26 площади боковой поверхности. Остальная часть боковой поверхности полирована, i-40

Положительный эффект (повышение - однородности распределения поля лазерного излучения) наблюдается в случаях, когда части боковой поверхности лазерного излучения выполнены 45 в В1зде полос вдоль его образующей с шириной индикатрисы рассеяния по уровню двухкратного ослабления больше ширины индикатрисы рассеяния остальной части боковой поверхности на 50 20-70 и обращены к потокам излуче- 1ия накачки, интенсивность которых составляет не менее 0,6-0,8 ее максимальной по периметру поперечного сечения стержня величины.55

Для использованных при испытаниях цилиндрических одноламповых освети- . гелей овального и кругового сечения

величина интенсивности световых потоков излучения нпкачки на поверх,но ти лазерного стержня распределена зеркально симметрично относительно плоскости, в которой расположены продольные оси лазерного стержня и лампы накачки (фиг.2) причем средний угол к направлению от оси лазерного стержня к оси лампы накачки при котором интенсивность потоков излучения накачки на поверхности стержня составляет не менее 0,6-0,8 ее максимального по периметру поперечного сечения значения, равен 7017. (Для осветителя овального сечения с размерами большой и малой осей 30 мм и 28 мм,соответственно, и диаметром лампы 5 мм этот угол составляет 731, а для осветителя

5

5 0

5 0 5

кругового сечения диаметром 30 мм и диаметром лампы 5 мм - 67i3°).

Вследствие такого распределения потоков излучения накачки, для дос- ижент1Я положительного эффекта две зеркально симметричные части боковой поверхности лазерного стержня с повышенным светорассеянием выполнены в виде полос вдоль его образующей, середина которых по периметру поперечного сечения расположена под углом 7013 (фиг.З) к направлению от оси стержня к оси лампы накачки. При атом площадь каждой полосы с по- вышеиньл- светорассея {ием составляет 0,2-0,3 площади всей боковой поверхности лазерного стержня, что соответствует потокам излучения накачки, формируею м на поверхности стержня осветителем, интенсивность которых по периметру его поперечного сечения составляет, соответственно, не менее 0,6-0,8 ее максимального значения.

В соответствии с таким распреде- леяием интенсивности первичных световых потоков излучения накачки, две продольные части 9 (фиг.З) боков ой поверхности лазерного стержня 6, при использовании его с данной конфигурацией осветителя, выполнены в виде полос вдоль его обрг зук-щей с удельной площадью 0,2-0,3 каждая и шириной индикатрисы рассеяния по уровню двухкратного ослабления больше ширины индикатрисы рассеяния остальной части боковой поверхности на 20-70° таким образом, что угол между нормалями к

его 6oK(Mioii пшицжиости Иi(lxoл l; через cepe;inHy луг, o6i:in: nnriiiiib x )ia периметре поперечного сочеппд лазерного стержня П(. тогл.м ,1 О (ф.иг.З), равем углу , (Лиг. 2), JIn: rpHb:ii стержень 6 (фпг.З) ус гапонлеи осие.тп- тель 3 тпкпм образом, что УГОЛ

ci

- меж;1у нормалью

IC, его Ooiconofi

поверхности, прохо;;яп1 пг череп copi - дину дуги (проекцяя полое - 9) , и направлением .11 от осп лляориого стержня 6 к оеп ламчЕ- пакт.чки 3 составляет 7017 .

Работа излучателя тиердотельиого лазера описана в следу|- чсм npu-iepa, Излучатель т1)ердотел))Ного лепрерьлг- пого лазера подержит осветитель 3 (фиг.1), предстпиляюи И| 1 cqCoi i г;лпр- цевьй цпл1П1дрпческиГ1 отражател.. моНобЛОЧИоГ конструкции О аЛ1|1()

сечения с покрытием А, ле1ткальло отражающим излучение ишгачки и прямо1 1 трубчатой лампы акачг;и : типа ДПП 5/38Л, в которой ycTiUsoB- лен лазерньи стержень 6 из а/П - мо-- иттриепого граната, акти и1рован1 ого неодима (ЛИГ: Nd ) тигга П1 (ГС .кбЗ). 1 азмср болымой и мало ocei отр; жателч оспститпля составляет 30 и 28 мм соотпстст- пенно, Рпсс:тоиние мелсду пролсльиг .м осями лпмиы ла1сачкп и лач - рчого стержня 11,5 мм. Резонато.п излучате образован глyxи f сперическим зеркалом 2 ропиусоп кривизны 0,8 (i с коэффициентом отражении 0,99 на длине волны генерироваипя мкм и выходн,1М илоским зеркалом 1 с ко- эф(1 ициентом отражения 0,95 на д, волны генерирования, Расстолпис: ise;. ду зеркалами составляет b iOib i . -..

Для охла /кдения лазерного стержня, лампы пакачк и и отражателя и фильтрац и ультрафиолетового излучения накачки ирименяагся 1%-- ный водны; растпор хромовокислого KajniH в дистил.лпрованкоГ воде. Источником питани; ла:-ил 1 ма са па; слу-, жит источник тока типа M1IT-47. Измерение мсш.лоети и:1.т учени;1 ирово- дится с по:-1ощыо измеритеги средлот мощности и энерг И1 лазерного излучения 1С-Ю-2П. Пространственно оперге тнческие характеристики излучения определяются в зоне (л фокальной плоскости линзы, расиолоVO .llOl l МОЛИ-Ц lilixon f ro .PI T- b i

тлу лтеля) путем К Ж реипи питеп- сирпости излуче1П я, npo jipzunerci «кмюз диaфpaг Iy при гкаиировапии се лолергч-юм спчоиии ллперного пучка, 1л фщ-. tipiiiKvu Ha лиаграммл пзи- iiy т.-.л ыип о р;1С1;родрлс11Т1П ут лопой CH0

j;;.: и.м.лу чеип) Q Ти/,, где IL и 1 0

:)

H

5

т И1-;и1-;а. и макс1 ма.ль)ое значения y: 4ortiii силы излучеУшя, соотпетст- : О-1| 1о,

Для срамиенич нроведень измерения .егп1ости и распределение излучения лазср Л с излучателамц изготовленным с(от11етстпии с прототипом, содер- A;nI;, (jcj- ern гель овального сече}П1Я, Ла.:ерн.1Й етерт ;ень типа Аи65 D соответствии с прототипом имеет опти чески леоднородную боковую поверхность, /Uie хгасти боковой поверхности в пидо поясков, прилегающих к lopuoBiiM поверхностям, на расстоя- до 15 мм от них, матированы (111Л фозаиьт микропороп ком карбида бо- 1)а Н 20) , остальная часть боковой поверхнос.ти полирована, Коэффици- (Mi i елгатия распределенпя угловой си- л-ч .1ения 6 - 0,Д8 (см. поз. 12, liiur. V),

И:;(1бретение позволяет повысить на 20-10) однородность распроде- . поли лазерного излуч-эвия (см, 1103. 13, флг. 4) . при незначи- тальиом измоиелии его мощности.

р г-:

л а я 3

е и и я

1 ,1. злулагель твердотельного лазера, )1слюча Г и Й зеркала резонат.ра и ос- 3 :тител1з, содержап;ий дштиндрический отрг /ксятель с эерка;7ьны:( покрытием, Г) которого парлллел1Л о друг другу установлены прямая лггкла накачки и лазерны стерхгень с оптически неоднородной бозсовой лоперх- ностЬ О, о т л и ч а ю ц и ii с я Т.-;, -что, с целью иовытисния однород- ИОС.ТИ распределения поля излучения Л 1зера при сохранении ei o КПД, продольные части боковой ис-всрхности лазе зногс1 стержня, обрап енные к по- Г1.-- :с:;- излучения накачки, интенеив- iiocTii которьк составляет менее 0,6-0,8 ее aкc мaльнoгo по периметру, иопсрсчного ce4eiu i стеркня зи,)чслия, выполнены с шир.чно;) индикатрисы, рассеяния по хфовмю .-iryx- крачиого ослабления больше ii;;:p Hbi

индикатрисы рассеяния остальной части боковой поверхности на 20- 70.

2.Излучатель поп.1,отли- чающийся тем, что две продольные части боковой поверхности лааернбго стержня вьтолн ны в виде полос вдоль его образующей с удельной площадью 0,,3 каждая и рас- положены симметрично относительно плоскости зеркальной симметрии осветителя, причем середина каждой

из мих по периметру поперечного сечения стержня расположена под углом 7017 к направлению от оси стержня к оси лампы накачки.

3.Ивлучатеяь по п.1, о т л и - чаюцийся тем, что, с целью упрощения изготовления лазерного

, ю

14983418

стержня, диаметрально противоположные .части его боковой поверхности выполнены в виде полос вдоль образую- J щей с удельной площадью 0,20-0,23 каждая и расположены симметрично относительно плоскости зеркальной сим- метрии осветителя.

А. Излучатель по пп.1-3, отличающийся тем, что продольные части боковой поверхности лазерного стержня из ЛИГ Nd , обращенные к потокам излучения накачки, интенсивность которых составляет не менее 0,6-0,8 ее максимального по периметру поперечного сечения стержня значения, шлифованы абразивным материалом зер- нистостью 20/14-28/20, а остальная часть боковой поверхности полирован.

Изобретение относится к области квантойой электроники и лазерной техники и может быть использовано при разработке твердотельных лазеров. Цель - повышение однородности распределения поля излучения лазера при сохранении его КПД. Сущность изобретения заключается в том, что лазериьп1 стержень имеет неоднородную по периметру поперечного сечения величину светорассеяния боковой поверхности и установлен в осветителе таким образом, что продольные части боковой поверх.ности с большей величиной светорассеяния обращены к более интенсииным потокам излучения накачки, формируемым на его поверхности осветителем, а остальные части боковой поверхности с меньщей величиной светорассеяния обращены к менее интенсивным потокам излучения накачки. Изобретение позволяет повысить однородность распределения поля лазерного излучения на 20-100%. 3 э.п. Л-лы, 4 ил. i (Л

Фие. 2

Фие.З

/3

/2

-Х

ФигМ