Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ЛАЗЕР С ДВУХСТОРОННЕЙ ПОПЕРЕЧНОЙ ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Безъязычная Татьяна Владимировна Богданович Максим Владимирович Григорьев Александр Викторович Кабанов Владимир Викторович Костик Олег Евстафьевич Лебедок Егор Викторович Рябцев Андрей Геннадьевич Рябцев Геннадий Иванович Тепляшин Леонид Леонидович Щемелев Максим Анатольевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Лазер с двухсторонней поперечной диодной накачкой, включающий твердотельный активный элемент, помещенный в резонатор, образованный двумя зеркалами, одно из которых полностью, а второе частично отражает лазерное излучение, и устройство диодной накачки в виде лазерных диодных линеек, снабженных оптическими конденсорами и расположенных на охлаждающих элементах, отличающийся тем, что применены лазерные диодные линейки с линейно поляризованным излучением с направлением поляризации вдоль их активного слоя, расположенные относительно твердотельного активного элемента так, чтобы направление поляризации этого излучения совпадало с направлением распространения излучения генерации внутри данного твердотельного активного элемента, и имеющие геометрические размеры, обеспечивающие накачку данного твердотельного активного элемента через соответствующие две его торцевые и две его боковые поверхности. Полезная модель относится к лазерной технике, а именно к конструкциям твердотельных лазеров с накачкой активного элемента лазерными диодами, лазерными диодными линейками (матрицами), и может найти применение в системах лазерной локации и ночного видения, а также в лазерных приборах для медицины и научных исследований. В настоящее время создано множество различных конструкций лазеров с поперечной накачкой активного элемента диодными линейками (матрицами), работающих в непрерывном или импульсном режимах генерации. Причем активные элементы этих лазеров изготавливаются в виде различных геометрических фигур, включая сложные многогранники с отверстиями. Выбор конфигурации резонатора лазера, геометрической формы его активного элемента и системы накачки направлен на повышение эффективности работы лазера и улучшение пространственных характеристик его выходного излучения. Известен твердотельный лазер 1, в котором активный элемент выполнен в форме цилиндра с торцевыми плоскопараллельными поверхностями, расположенными под таким углом к оси цилиндра, что излучение, распространяющееся параллельно оси цилиндра,выходит из него через торцевые поверхности под углом Брюстера. Накачка активного элемента осуществляется по поперечной схеме диодной линейкой с использованием различных коллиматоров и систем охлаждения. Основной причиной, препятствующей достижению указанных ниже технических результатов при использовании известного лазера, является применение активного элемента цилиндрической формы, в котором сильно проявляются тепловые эффекты, приводящие к уменьшению эффективности генерации и качества пространственных характеристик выходного излучения лазера при значительных выходных мощностях, что связано с недостаточной эффективностью охлаждения всего объема активного элемента вследствие малой площади его боковой поверхности по сравнению с площадью боковой поверхности активного элемента, имеющего другую геометрическую форму, например форму параллелепипеда. Следует отметить, что использование двух и более диодных линеек для накачки цилиндрического активного элемента значительно ухудшает эффективность его охлаждения. Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели и выбранным за прототип является твердотельный лазер с поперечной диодной накачкой 2, в котором активный элемент выполнен в форме параллелепипеда с торцевыми плоскопараллельными поверхностями, расположенными под таким углом к боковым поверхностям, что излучение, распространяющееся внутри активного элемента параллельно его боковым поверхностям, выходит из него через торцевые поверхности под углом Брюстера. Накачка активного элемента осуществляется двумя диодными линейками через противоположные плоскопараллельные боковые поверхности, параллельные плоскости падения излучения лазера на торцевую поверхность этого активного элемента. Выбранная форма активного элемента и конфигурация накачки обеспечивают хорошее согласование возбужденного объема активной среды с объемом генерирующих мод и, как следствие, высокую эффективность его работы и улучшенные пространственные характеристики выходного излучения. Охлаждение активного элемента осуществляется через боковые поверхности, имеющие большую площадь, что повышает его эффективность и уменьшает влияние тепловых эффектов. К основной причине, препятствующей достижению указанных ниже технических результатов при использовании прототипа, относится наличие слабопрокачиваемых участ 2 84572012.08.30 ков вблизи торцевых поверхностей активного элемента, обусловленных формой активного элемента, и, как следствие, увеличение градиента температур в направлении распространения лазерного излучения и в направлении распространения излучения накачки,приводящего к уменьшению эффективности работы лазера из-за увеличения термонаведенного двулучепреломления в резонаторе, содержащем частичные поляризаторы (поверхности, расположенные под углом Брюстера к направлению распространения лазерного излучения). Слабопрокачиваемые участки активного элемента создают значительные дополнительные потери для лазеров, работающих по так называемой трехуровневой схеме (например, - лазеры). Технической задачей полезной модели является создание лазера с поперечной диодной накачкой, обеспечивающего повышение эффективности генерации лазера и улучшение качества его пучка путем формирования максимально равномерного распределения мощности накачки внутри твердотельного активного элемента. Поставленная техническая задача решается тем, что в лазере с двухсторонней поперечной диодной накачкой, включающем твердотельный активный элемент, помещенный в резонатор, образованный двумя зеркалами, одно из которых полностью, а второе частично отражает лазерное излучение, и устройство диодной накачки в виде лазерных диодных линеек, снабженных оптическими конденсорами и расположенных на охлаждающих элементах, применены лазерные диодные линейки с линейно поляризованным излучением с направлением поляризации вдоль их активного слоя, расположенные относительно твердотельного активного элемента так, чтобы направление поляризации этого излучения совпадало с направлением распространения излучения генерации внутри данного твердотельного активного элемента, и имеющие геометрические размеры, обеспечивающие накачку данного твердотельного активного элемента через соответствующие две его торцевые и две его боковые поверхности. Твердотельный активный элемент лазера с двухсторонней поперечной диодной накачкой выполнен в форме параллелепипеда, четыре боковые поверхности которого расположены под углом 90 друг к другу. Две другие торцевые противоположные поверхности расположены под углом к соответствующим боковым поверхностям так, что излучение генерации, распространяющееся параллельно боковым поверхностям твердотельного активного элемента, выходит из него через торцевые поверхности под углом Брюстера. Накачка твердотельного активного элемента излучением лазерных диодных линеек,соответствующие пространственные параметры которого формируются оптическими конденсорами, осуществляется через две его торцевые и две его противоположные боковые поверхности, перпендикулярные плоскости падения излучения генерации на торцевые поверхности, при этом направление поляризации излучения накачки совпадает с направлением распространения излучения генерации внутри твердотельного активного элемента. Геометрическая форма твердотельного активного элемента, лазерные диодные линейки с линейно поляризованным излучением с направлением поляризации вдоль их активного слоя, расположение лазерных диодных линеек относительно твердотельного активного элемента так, чтобы направление поляризации этого излучения совпадало с направлением распространения излучения генерации внутри твердотельного активного элемента, а также их геометрические размеры, обеспечивающие накачку твердотельного активного элемента через соответствующие две его торцевые и две его боковые поверхности,позволяют производить эффективную накачку приторцевых участков твердотельного активного элемента через торцевые поверхности вследствие падения на них линейно поляризованного в плоскости падения излучения накачки под углом Брюстера. Коэффициент отражения для линейно поляризованного излучения накачки в этом случае равен нулю. Для сравнения, коэффициент отражения для линейно поляризованного излучения накачки, падающего на боковые поверхности твердотельного активного элемента при нормальном падении, равен 4 . 3 84572012.08.30 Сущность полезной модели поясняется фигурами. На фиг. 1-3 изображена в различных проекциях схема лазера с двухсторонней поперечной диодной накачкой, где 1 - твердотельный активный элемент 2, 3 - зеркала 4 - охлаждающие элементы 5 - лазерные диодные линейки 6 - оптические конденсоры. Предлагаемый лазер с двухсторонней поперечной диодной накачкой (далее по тексту лазер) состоит из резонатора, образованного зеркалами 2, 3, внутрь которого помещен твердотельный активный элемент 1, имеющий четыре плоские боковые поверхности, расположенные под углом 90 друг к другу, и две торцевые плоские поверхности, расположенные под углом Брюстера фб к соответствующим боковым поверхностям, и устройства диодной накачки, включающего охлаждающие элементы 4, лазерные диодные линейки 5 с линейно поляризованным излучением вдоль их активного слоя (на фигурах не показан),оптические конденсоры 6. Сущность работы заключается в следующем. Лазерные диодные линейки 5, размещенные на охлаждающих элементах 4, генерируют линейно поляризованное излучение с направлением поляризации вдоль их активного слоя. Геометрические размеры лазерных диодных линеек и их расположение относительно твердотельного активного элемента 1 выбраны таким образом, чтобы направление поляризации излучения лазерных диодных линеек совпадало с направлением распространения излучения генерации лазера в его твердотельном активном элементе. Оптические конденсоры 6 формируют пространственное распределение излучения лазерных диодных линеек с расходимостью пучка не более 5 (в этом случае электрический вектор Ен линейно поляризованного излучения лазерных диодных линеек и электрический вектор Ег линейно поляризованного излучения лазера лежат практически в параллельных плоскостях (фиг. 2, 3 и направляют его в твердотельный активный элемент 1 через соответствующие две его боковые и две его торцевые поверхности. Под воздействием излучения лазерных диодных линеек (излучения накачки) в лазере, резонатор которого образован зеркалами 2, 3, возникает генерация излучения. Вследствие небольшой расходимости и линейной поляризации излучения лазерных диодных линеек, соответственно подобранных их геометрических размеров и расположения относительно твердотельного активного элемента, излучение лазерных диодных линеек(излучение накачки) линейно поляризовано в плоскости падения и падает на торцевые поверхности твердотельного активного элемента под углом, близким к углу Брюстера фб,что обеспечивает максимальное проникновение излучения накачки в твердотельный активный элемент через торцевые поверхности и, как следствие, формирование максимально равномерного распределения мощности накачки внутри всего твердотельного активного элемента (фиг. 2, 3). Максимально равномерное распределение мощности накачки внутри твердотельного активного элемента повышает эффективность работы лазера и улучшает пространственные характеристики его выходного излучения. Таким образом, использование лазера с двухсторонней поперечной диодной накачкой твердотельного активного элемента через две его торцевые и две его противоположные боковые поверхности, перпендикулярные плоскости падения излучения генерации на торцевые поверхности линейно поляризованным излучением лазерных диодных линеек (излучением накачки) с направлением его поляризации, совпадающим с направлением распространения излучения генерации внутри твердотельного активного элемента, позволяет производить накачку твердотельного активного элемента не только через его боковые поверхности, но и через его торцевые поверхности, причем практически без потерь на отражения, что повышает эффективность работы лазера и улучшает пространственные характеристики его выходного излучения. 4 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5

МПК / Метки

МПК: H01S 3/091

Метки: поперечной, диодной, накачкой, лазер, двухсторонней

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/5-u8457-lazer-s-dvuhstoronnejj-poperechnojj-diodnojj-nakachkojj.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Лазер с двухсторонней поперечной диодной накачкой</a>

Похожие патенты