Твердотельный лазер с внутрирезонаторной оптической накачкой

Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики им. Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Орлов Лев Николаевич Некрашевич Ярослав Ильич Жуковский Виктор Владимирович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики им. Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Твердотельный лазер с внутрирезонаторной накачкой, содержащий два находящихся на оптическом контакте активных элемента (1, 2) планарной конфигурации, первый (1) из которых активирован ионами тулия, а второй (2) - ионами гольмия, и двухзеркальный резонатор на первом активном элементе, одно из зеркал которого образовано гранью (3) с высокоотражающим покрытием первого активного элемента и служит для ввода излучения накачки от внешнего источника, отличающийся тем, что содержит резонатор на втором активном элементе, зеркала которого образованы гранями (8,9,10) с зеркальными покрытиями (5, 6, 7) второго активного элемента, одно из зеркал которого расположено на грани (10) параллельно оси резонатора на первом активном элементе, а два других зеркала расположены под углами к первому, величины которых связаны соотношением 1/,где- число отражений излучения генерации за половину обхода резонатора на втором активном элементе, - угол между гранями (8) и (10), - угол между гранями (9) и (10),покрытия (6, 7) граней (9, 10) имеют максимально высокий для излучения генерации коэффициент отражения, а покрытие (8) грани (5) - полупрозрачно для него, при этом второе зеркало резонатора на первом активном элементе образовано гранью (4) с высокоотражающим покрытием второго активного элемента. Предполагаемое изобретение относится к области квантовой электроники и лазерной физики и может найти применение в технике, медицине и, в частности, в офтальмологии. Известен твердотельный лазер с внутрирезонаторной лазерной накачкой, содержащий резонатор, образованный двумя зеркалами, одно из которых прозрачно для излучения накачки и полностью отражающее излучение генерации, а другое полупрозрачно для излучения генерации и является выходным, и рабочее вещество в виде твердотельного стержня, помещенного на оси резонатора 1. Недостатком данного лазера является сложность изготовления зеркала, через которое осуществляется накачка, а также неоднородность накачки активного вещества, приводящая к большим термооптическим искажениям, следствием чего является ограничение мощности генерации. Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому изобретению является твердотельный лазер с внутрирезонаторной оптической накачкой 2, содержащий два активных элемента, первый из которых активирован ионами тулия, а второй - ионами гольмия и находящихся на оптическом контакте, резонаторы которых образованы двумя зеркалами, одно из которых выносное, а вторым является наружная грань с диэлектрическим покрытием, активного элемента, активированного ионами тулия. Активный элемент на тулии накачивается лазерным излучением на длине волны 785 нм от внешнего лазера, в результате чего лазер на активном элементе с тулием генерирует на длине волны 1,9 мкм. Излучение лазера на тулии поглощается активным элементом с ионами гольмия, который расположен в этом же оптическом резонаторе. Это приводит к созданию инверсной заселенности рабочих уровней иона гольмия, и в активной среде на ионах гольмия возникает лазерная генерация на длине волны 2,1 мкм. Основными недостатками данного устройства являются неоднородность накачки активной среды, недостаточно высокие к.п.д. лазера и мощность излучения, обусловленные термическими деформациями активной среды. Задачей предполагаемого изобретения является создание компактного твердотельного лазера с высокой мощностью и однородностью накачки, приводящей к увеличению выходной мощности генерации, и позволяющего увеличить эффективную длину прохода лазерного излучения по активному веществу, что дает возможность использовать в качестве активных элементов кристаллы с относительно небольшими коэффициентом усиления и интенсивностью насыщения. Для выполнения поставленной задачи авторами был создан твердотельный лазер с внутрирезонаторной оптической накачкой, содержащий два находящихся на оптическом контакте активных элемента (1, 2) планарной конструкции, первый (1) из которых активирован ионами тулия, а второй (2) - ионами гольмия, и двухзеркальный резонатор на первом активном элементе, одно из зеркал которого образовано гранью (3) с высокоотражающим покрытием первого активного элемента и служит для ввода излучения накачки от внешнего источника. Новым, по мнению авторов, является то, что твердотельный лазер с внутрирезонаторной оптической накачкой содержит резонатор лазера на втором активном элементе, зеркала которого образованы гранями (8, 9, 10) с зеркальными покрытиями (5,6, 7) второго активного элемента, одно из зеркал которогорасположено на грани (10) параллельно оси резонатора лазера на первом активном элементе, а два других зеркала расположены под углами к первому зеркалу, величины которых связаны соотношением 2 6262 11/,где- число отражений излучения генерации за половину обхода резонатора на втором активном элементе, - угол между гранями (8) и (10), - угол между гранями (9) и (10),покрытия (6, 7) граней (9, 10) имеют максимально высокий для излучения генерации коэффициент отражения, а покрытие (5) грани (8) - полупрозрачно для него, при этом второе зеркало резонатора на первом активном элементе образовано гранью (4) с высокоотражающим покрытием второго активного элемента. Предлагаемое устройство изображено на фиг. 1 и 2, где 1 - активный элемент с ионами тулия, 2 - активный элемент с ионами гольмия. Резонатор лазера на активном элементе 1 образован высокоотражающими покрытиями на гранях 3 активного элемента 1 и 4 - активного элемента 2. Резонатор лазера на активном элементе 2 образован тремя зеркалами,представляющими собой отражающие покрытия 5, 6 и 7 на гранях 8, 9 и 10 активного элемента 2. Зеркала 6 и 7 имеют максимально высокий коэффициент отражения для излучения лазера на ионах гольмия на длине волны 2,1 мкм, а зеркало 5 полупрозрачно для этого излучения и является выходным зеркалом для заявляемого лазера. Устройство работает следующим образом. Через грань 3 активного элемента 1 вводят излучение от внешнего источника накачки, причем, коэффициент отражения грани 3 для этого излучения минимален. В результате в лазере на активном элементе 1 в резонаторе,образованном зеркалами 3 и 4, возникает стимулированное излучение ионов тулия на длине волны 1,9 мкм. Это излучение возбуждает активаторы, введенные в матрицу активного элемента 2 - примесные ионы гольмия, и возникает генерация когерентного электромагнитного излучения на вынужденных переходах этих ионов (длина волны 2,1 мкм). Начиная от выходного зеркала 5 световое излучение на этой длине волны распространяется,попеременно отражаясь от каждого из боковых зеркал 6 и 7 (с уменьшением угла падения после каждой пары отражений на 2 а) и усиливаясь за счет вынужденного испускания при его распространении через активный элемент 2. Послеотражений (1/ - число отражений за половину обхода резонатора) угол падения становится равным нулю, происходит обратное отражение и самовоспроизведение всего пути распространения вплоть до исходной точки на зеркале 5. Варьируя углыи , можно изменять число проходовтем самым можно получить полную длинупути одного прохода луча по такому резонатору, намного превышающую его рабочую длину . Длиныиопределяются соотношениями гдеи- угол и максимальное расстояние между гранями 9 и 10 активного элемента 2,- угол между гранями 8 и 10,- длина грани 10 (фиг. 1). При достаточно малых величинах а могут быть реализованы значения(210) , что приводит к более полному использованию энергии, накопленной внутри кристаллического активного элемента, и повышению компактности этих устройств, а также позволяет использовать твердотельные активные вещества с малыми коэффициентами усиления и интенсивностью насыщения. В предложенной конструкции существенно улучшается энергосъем со всего объема активного элемента и легко решается проблема ввода излучения накачки использование планарной конфигурации активного элемента обеспечивает высокую эффективность теплоотвода, что в сочетании с зигзагообразным распространением генерируемого излучения в 3 6262 1 активной среде практически ортогонально направлению излучения накачки позволяет минимизировать влияние термооптических искажений. Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет создать компактный твердотельный лазер, обладающий высокой однородностью и мощностью накачки, приводящие к увеличению мощности генерации и обеспечивающий увеличение эффективной длины прохода лазерного излучения по твердотельному активному элементу, что дает возможность использовать твердотельные вещества с небольшими коэффициентом усиления и интенсивностью насыщения. Источники информации 1. ., . . // . .- 1998. - . 23,22. - . 1757-1762. 2. , . // .. - . - 1992. - .13. . 114-118. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.

МПК / Метки

МПК: H01S 3/00

Метки: твердотельный, накачкой, лазер, оптической, внутрирезонаторной

Код ссылки

<a href="https://bypatents.com/4-6262-tverdotelnyjj-lazer-s-vnutrirezonatornojj-opticheskojj-nakachkojj.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Твердотельный лазер с внутрирезонаторной оптической накачкой</a>

Похожие патенты