Жидкостный активный элемент лазера на красителе Советский патент 1992 года по МПК H01S3/02 

Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к конструктивному выполнению активного элемента лазера,и может быть использовано в жидкостных лазерах на красителях.

Известен активный элемент лазера на красителе, который содержит.оптическую кювету, заполненную жидким красителем, перемешивающий элемент в виде полого цилиндра, расположенный внутри кюветы, который имеет на двух участках поверхности ряд круглых отверстий, смещенных на 90° друг относительно друга. Между двумя участками существует кольцевое сужение, между внешней стенкой которого и внутренней стенкой кюветы находится зона генерации. Крепление кюветы к основанию осуществляется с помощью профилированного узла крепления. Привод вращения магнитный, взаимодействующий с перемешивающим элементом через дно кюветы. За счет вращения цилиндра внутри кюветы создается тангенциальный поток красителя через зону генерации без применения внешнего контура прокачки 1.

Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает высокой ламинар- ности потока красителя через зону генерации вследствие используемой конструкции перемешивающего элемента, что ограничивает скорость потока красителя и частоту следования импульсов лазера в импульсном режиме работы.

Известен активный элемент лазера на красителе, в котором лазерное вещество помещено в кювету, образован-ную двумя соосными полыми цилиндрами, соединенными между собой концевыми стенками. Кювета жестко связана с аксиальным валом, концы которого закреплены во внутреннем кольце подшипников качения, наружное колько которых жестко связано с основанием. Кювета снабжена внешней системой гидроохлаждения 2. Однако известное устройство не обеспечивает высоко-эффективную накачку, стабильность и частоту

(Л

С

х|

СА ЧЭ

4 Ю 4

следования импульсов генерации из-за недостаточно быстрой и равномерной смены молекул красителя в объеме зоны генерации, а также имеет сложную конструкцию.

Целью изобретения является повышение эффективности накачки, стабильности и частоты следования импульсов генерации и упрощение конструкции путем повышения скорости ламинарного потока красителя внутри кюветы.

На чертеже изображен предлагаемый активный элемент лазера на красителе.

Активный элемент лазера на красителе содержит оптическую кювету 1, заполненную красителем 2, например этанольным раствором родамина 6Ж, основание 3 и привод 4 вращения. Кювета 1 выполнена в виде полого жесткого цилиндра 5 с торцовыми стенками в виде двух прозрачных круглых плоскопараллельных окошек 6, например стеклянных. Кювета 1 на упругих уплотняющих кольцевых прокладках 7 помещена внутри жесткой несущей втулки 8. Эта втулка жестко закреплена во внутреннем кольце подшипника качения 9 с помощью крышек 10 и болтов 11. Наружное кольцо подшипника 9 жестко связано с основанием 3. Несущая втулка 8 имеет выступ с канавкой, в которой помещается трехгранный профилированный ремень 12 ременной передачи привода вращения. Этот ремень связан со шкивом 13, жестко закрепленным на валу 14 высокоскоростного электродвигателя 15.

Привод вращения может быть выполнен бесконтактным электромагнитным. При этом сама несущая втулка 8 является ротором, на который надевается статор высокоскоростного электродвигателя без контакта с ней.

Активный элемент расположен на центральной оси 00 резонатора жидкостного лазера, образованного двумя диэлектрическими зеркалами 16 и 17, одно из которых глухое, а другое - полупрозрачное . Для перестройки по длине волны, а также уменьшения ширины линии генерации излучения лазера внутри его резонатора между активным элементом и одним из зеркал помещен диспергирующий элемент, например, эталон Фабри-Перо 18, Регулировочные перемещения зеркал, активного и диспергирующего элементов совершаются с помощью соответствующих механизмов (не показаны), например микрометрических винтов. Возбуждение (оптическая накачка) красителя производится через торцовое окошко 6 в направлении, указанном стрелкой 19, внешним источником накачки, например импульсным YAgtNd3 лазером (2-й или 3-й гармоникой). При этом внутри кюветы образуется зона 20 генерации цилиндрической формы. Вывод излучения из резонатора производится через полупрозрачное зеркало 16 по оси 00 в направлении, указанном стрелкой 21.

Предлагаемый активный элемент жидкостного лазера на красителе подготавливают к работе следующим образом.

Сначала снимают ремень 12 q несущей

втулки 8. Активный элемент вынимают из резонатора лазера. Вывинчивают болты 11 и последовательно снимают крышки 10, Затем вынимают несущую втулку и левое окошко 6 кюветы 1 вместе с соответствующими двумя прокладками 7. В пространство, ограниченное вторым окошком 6 и стенкой полого цилиндра 5, заливают рабочий раствор красителя. Сборка активного элемента производится в обратном порядке.

После этого активный элемент помещают внутрь резонатора жидкостного лазера. В канавку на несущую втулку 8 надевают ремень 12 привода 4 вращения. Далее производят юстировку резонатора лазера обычным способом, например, по лучу

соответствующего гелий-неонового лазера.

Затем включают высокоскоростной

электродвигатель 15, С его вала 14 со шкивом 13 вращение передается ремнем 12 ременной передачи на несущую втулку 8 с канавкой, связанную с этим ремнем. По- сколько несущая втулка с помощью крышек 10 и болтов 11 жестко связан с внутренним

кольцом подшипника 9, то несущая втулка вместе с помещенной внутри нее кюветой 1 с красителем 2 начинает вращаться в подшипнике 9 с той же скоростью. При этом внутри кюветы создается высокоскоростной поток красителя, который остается ламинарным вплоть до скорости вращения 533 Гц, Далее включают источник накачки, и внутри кюветы образуется зона 20 генерации. Под действием излучения накачки, вводимого в кювету 1 по направлению, указанному стрелкой 19, молекулы красителя в объеме зоны генерации возбуждаются, создаются условия для генерации жидкостного лазера, и последний начинает генерировать излучение, вывод которого наружу производится через прозрачное зеркало 16 резонатора лазера по оси ОО1в направлении, указанном стрелкой 21.

Поскольку поток красителя внутри кюветы в указанных пределах высокоскоростной и строго ламинарный, то с его помощью в промежутке между импульсами излучения накачки производится полная быстрая замена дезактивированных молекул красителя 2 в объеме зоны 20 генерации, причем

распределение молекул красителя по объему зоны генерации остается равномерным. Это позволяет обеспечить более высокие генерационные характеристики жидкостного лазера (высокие эффективность накачки, стабильность и частоту следования импульсов излучения генерации лазера), чем у прототипа, а также исключить внешнюю систему гидроохлаждения, что существенно упрощает конструкцию предлагаемого активного элемента.

Кроме того, при вращении кюветы с красителем возникает центробежная сила, по- вышающая концентрацию молекул красителя от центра к краям кюветы. При увеличении концентрации красителя спектральный диапазон его генерации смещается в длинноволновую область спектра. Следовательно, возможность выбора положения зоны генерации в любой точке кругового сечения кюветы дает простую дополнительную возможность сканирования длины волны излучения лазера.

Таким образом, предлагаемая конструкция жидкостного активного элемента лазера на красителе обеспечивает создание высокоскоростного ламинарного потока красителя через зону генерации, что приводит к повышению эффективности накачки, стабильности и частоты следования импульсов генерации в импульсном режиме работы.

Конструкция компактна, проста в изготовлении, сборке и юстировке.

Формула изобретения Жидкостный активный элемент лазера на красителе, содержащий оптическую кювету, подшипник качения, наружное кольцо которого жестко связано с основанием, и привод вращения, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности накачки, стабильности и частоты следования импульсов, генерации и упрощения конструкции путем повышения скорости ламинарного потйка красителя внутри кюветы, во внутреннем кольце подшипника качения посредством жесткой несущей втулки на упругих прокладках закреплена оптическая кювета, а несущая втулка соединена с приводом вращения.

Использование: квантовая электроника, конструктивное выполнение активного элемента в жидкостных лазерах на красителях. Сущность изобретения: жидкостный активный элемент содержит оптическую кювету, подшипник качения, привод вращения. Наружное кольцо подшипника жестко связано с основанием. Оптическая кювета закреплена во внутреннем кольце подшипника посредством жесткой несущей втулки на упругих прокладках. Несущая втулка соединена с приводом вращения, 1 ил.