Изо6ретё ше относится к области физики, в частности к квантовой элекгроннке. В настоящее время известны следующие устройства для усиления лазерного излуче ния в твердотельк лазерах. Усилители выполнены в вкде цилиндрического стержня из активного материала l. Ось пучка усиливаемого излучения совпадает с осью стержня. Накачка производится обычно 1, 2 или 4 лампами, расположенными параллельно оси стержня Во всех случаях распределение создаваемой накачкой инверсии по сечению существенно неравномерно, следовательно, и выходящее излучение имеет различную интенсивность по сечению. В мощных лазе,рак такие усилители в качестве выходных каскадов используются редко, Известен усипатель -лазерного излуче ння, состоящий-из твердотелого активного элеменга прямоугольного сечения н источников накачки, расположенных параллельно основаниям активного элемента 2J. Так как иа/тучение накачки поглощается главным образом у поверхности активного элемента, то распределение инверсии по толишне активного элемента керавномернов, Усилемяе К. испытываемое лучачи при прохождении через усилитель, oп|Jeдeляётся по следующей формуле:; y.eCT&Nb, -сечение генерационного перехода (консганга стекла); -длина пгути луча в активном элемем ге; ДН - инверсия. Таким образом, различие в уровне инверсии на пуги различных лучей в 2-3 раза приводит к большому различию коэффициентов усиления лучей. Допустим, что инверсия у пов эхиости активного элемента в 3 раза вьоие, чем в центре, тогда Коэффициент усиления на краю К., будет равен К ,gG-.3(AN)L .,3 . I, .
3 1
где К ц - усиление в центре.
При К ., 5 получаем Kj,125, т.о. в 23 раа вьпае, чем в цеигре. В го же время для. много «1сленных применений лазеров,- в часгносги для лазерного гермо- ядерного синтеза, требуется однородность .ангенсивносгн пучка но сечению. Особую акгуальносгь это, имеет, для Mous.bix лазеров, генерирующих импульсы с длительностью короче lO.i о, гак как при неравномерном распределении ингенсивносги по сечению пгучка сильно возрасгаег вероятность самофокусировки на отдельных выбросах интенсивности. В свою очередь, самофокусировка гфиводиг к разруиюнию активных элементов.
Целью настоящех о и зобрегения явпяегся гговь шение коэ44|55«иенга усиления гфи огаховременном повышении его равномерност-я tfo сечению активного элемента.
Указанная .цель достиг ается тем, что aKTSiTsHbxft элемент выпачнеи в виде наклонного, параллелепипеда с (толированнь ми основаниями, а угол скоса входного и выход ного торцов онределен на основании соогаошения
П gjvi (oVct g NV I Ь) -gin
cto-X Vi CO5 («HTtg- HV( I L)-..COS
X угол скоса торцов;
VI показатель преломления активной сСреды; IN - число отражений от оснований
активного элемента Ц - гатщина активного элемента; Ь - длина активного элемента; g - угол межд;/ осью входящего пучка к осью активного элемента.
Для расширений Диапазона углов падения усиливаемого излучения на основание активного элемента активньо элемент может быть выполнен с отражающим покрытием на основаниях.
Н.а фиг. -1 изображена схема активного элемента} на фиг, 2 кривая заввсимосги коэф-фициента усиления. Схема содержит активный элемент 1, поверхности 2-5 отражения усиливаемого изл чеиия.
Число отражений от- оснований выбира-эгся, во-первых, из энергегическшс требований, t.e. исходя из условия максимальнои о съема энергии с активного объема, OITТймальное .значение op. опредедяёгся в oaBVicHMOcTH от требуемых энергетических
в4
характеристик с учетом iac,IЩeния, зави- сящего от сечен 1я генерационного нерехоДа используемого активного р ещества. Необходимо учитывать, что в отсутствие о.тражающих, покрытий число N ограничено условием полного внутреннего отражения усиливаемого излучения от оснований активного элемента. Угол падения усиливаемого излучения на основание плиты о
(фиг. 1) определяется выражением
ffiVl oi И JH ,
где V - показатель преломления активной среды;
Y показатель преломления средьЕ, охлаждающей основания активного элемента (воздух или охлаждающая жидкость). Таким образом, число N ограничено еледующим условием;
NI;
где ц - длина активного элемента; Ц - его толщина.
При наличии отражающих покрытий данное ограничение снимается. Для конкретной конфигурации усилителя определяется мащинным счетом. В зависимости от распределения инверсии оптимальными являются схемы с числом N , лежащим в пределах от двух до десяти.
При выборе NQO-J;, также следует учитывать искажение фронта волны, распространяющейся в акти.вном элементе, вследствие эффектов, связанных с неоднородностью Поля накачки по , а также искажения боковьк поверхностей активного элемента, источниками которых являются, в частности, лампы накачки.
Усилитель, представляет собой тверДогельньй активный элемент прямоугольного сечения, а источники накачки (лампы) расположены параллельно основаниям активного элемента. Входной и вькодной горцы активного элемента накленены к сек плиты под углом X, определяемым сЪогношением
п в1м (arc-tg- NH/L)-3iHfc
h со-эСагс Ш (Ь) co5i
где X угол между осью пучка и осью активного элемента. Основания активного элемента, от которых происходи отражение излучения, изготавливаются час гично или полностью полированными (в случаях, когдй угол падения превосходит угол полного внутреннего отражения) или же имеют отражающее покрытие (при меньших углах падения). 5 7 На ф(л% 2 приведены резульгагы измерения коэффициента усиления, где Т крнзая распределения коэффициента усиления по сечению активного элемента в про тотипе, а И - распределение коэффициента усиления в данной схеме, Pi3 приведенных эксггериментальных результатов видно, что в Данной схеме йн- TeHcfiBHocTb излучения близка к равномерной по сучению, причем величина коэффициента усиления намного выше, ЧРМ по центру в прототипе. Так, например, в исследованных нами активных элементах с размерами 40x240x720 (использующихся в лазерной установке , предназ наченной для исследований в области термоядерного синтеза) усиление в центре дл силикатного стекла Л1 С-247-2 имеет ве личину ,2. Переход на Данную cxeNfy приводит к равномерному по сечению уск лению К-б,2 (при одинаковой энергии накачки. Для фосфатного стекла ЛГС-И получены ,9 и ,8 (фиг, 2, кривью I и Ц). Формула изобретения 1. Усилитель лазерного излучения, состоящий из твердотельного активного элемента прямоугольного сечения и источников накачки, расположенных параллельно основаниям активного элемента, отличающийся тем, что, с целью по вышения коэффициента усиления при одно-временном повь шении его равномерности ПО сечению активного элемента, активный S6 элемент ус.илителя выполнен в виде наклонного параллелепипеда с пошфованными основаниями, а угол скоса входного и выходного торцов определены на основании соот(ю1цения ii6iH(avctg NH ll). COSCai-ci NH /L) Где X - угол скоса торцов; }1 - показатель преломления активной среды; N число отражений от оснований активного элемента; Ь - длина активного элемента; - угол между осью аходящего пучка и осью активного элемента;И - толщина активного элемента. 2. Усилительпо п, 1, о г л и ч а ю щ и и с я тем, что, с цель-ю расширения диапазона углов падения усиливаемого ноучення на основание активного элемента, активный элемент выполнен с отражающим по1фь тием на основаниях. Источники информааиИг принятые во внимание при злссперт.гое 1,Еэелостоцкий Б. Р. и д;о. Основы лазерной техники. М., Советское радио, 1872, с, 19, 2.Калинин Ю, А. и др. Влияние распределения неинверсной населенносгн на поперечные типы колебаний ОКГ, -Техн, физики, 1968, т. 38, № 7, с. НОВ,
