Моноимпульсный Nd:YAG лазер с поперечной диодной накачкой

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(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 Машко Василий Вячеславович 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) Моноимпульсныйлазер с поперечной диодной накачкой, включающий твердотельный активный элемент, закрепленный на охлаждающем основании, и оптический затвор, помещенные в резонатор, образованный двумя зеркалами, одно из которых полностью, а второе частично отражает лазерное излучение, и устройство диодной накачки в виде лазерных диодных линеек, закрепленных вместе с охлаждающим основанием на механическом держателе, отличающийся тем, что твердотельный активный элемент закреплен на охлаждающем основании специальным клеящим составом, толщина которого,задаваемая соотношением внутреннего диаметра охлаждающего основания и диаметра твердотельного активного элемента, составляет от 150 до 210 мкм. 88502012.12.30 Полезная модель относится к области лазерной техники, а именно к твердотельным лазерам с диодной накачкой, и может найти применение в системах лазерной локации,ночного видения, передачи информации, а также для обработки материалов. Для получения излучения высокой мощности в твердотельных лазерах используют моноимпульсный режим генерации. Однако при увеличении энергии накачки происходит ограничение роста выходной энергии излучения и коэффициента усиления активной среды. Это явление в значительной мере обусловлено развитием суперлюминесценции и генерации при многократном отражении излучения от боковых поверхностей активного элемента и поверхностей отражателя системы накачки. В твердотельных лазерах с поперечной диодной накачкой отражение излучения происходит также и от выходных зеркал лазерных диодов или линеек, которые, как правило, располагаются вблизи боковой поверхности активного элемента. Компактность твердотельных лазеров с поперечной диодной накачкой облегчает возникновение суперлюминесценции и генерации в поперечном направлении и, следовательно, еще быстрее ограничивает рост выходной энергии излучения лазера, работающего в моноимпульсном режиме. Увеличение энергии излучения лазера, работающего в моноимпульсном режиме, достигается путем ухудшения условий для формирования излучения суперлюминесценции в направлении, перпендикулярном оси резонатора. Для ухудшения условий формирования излучения суперлюминесценции с участием элементов системы накачки осуществляют их экранирование от активного элемента соответствующими светофильтрами, а с участием активного элемента - специальной обработкой его боковой поверхности. Известен лазер 1 с ламповой накачкой активного элемента, изготовленного изкристалла в виде цилиндра, на боковую поверхность которого нанесена метрическая резьба с шагом 0,3 мм. Такая обработка боковой поверхности активного элемента позволила почти в два раза увеличить энергию моноимпульса лазерного излучения по сравнению с обработкой, обеспечивающей получение матированной боковой поверхности активного элемента. Основной причиной, препятствующей достижению указанных ниже технических результатов, является невозможность эффективного использования активного элемента, на боковую поверхность которого нанесена метрическая резьба, в компактных твердотельных лазерах с боковой диодной накачкой. Это связано с тем, что в данных лазерах для эффективного охлаждения активного элемента необходимо обеспечить хороший тепловой контакт активного элемента с охлаждающим основанием, который осуществляется с помощью клея с хорошей теплопроводностью. Однако клей, заполняя резьбовые неровности боковой поверхности активного элемента, улучшает условия возникновения суперлюминесценции и паразитной генерации, которые ограничивают энергию моноимпульса лазерного излучения. Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели и выбранным за прототип является твердотельный лазер с поперечной диодной накачкой 2,активный элемент которого, выполненный в виде цилиндра, прикрепленного за боковую поверхность к охлаждаемому основанию с помощью клеящего состава, накачивается двумя диодными линейками. Основнрой причиной, препятствующей достижению указанных ниже технических результатов при использовании прототипа, является ограничение роста выходной энергии излучения и коэффициента усиления активной среды при увеличении энергии накачки,так как боковая поверхность активного элемента и поверхности системы накачки способствуют возникновению суперлюминесценции и паразитной генерации в направлении,перпендикулярном оси резонатора. Технической задачей полезной модели является созданиелазера с поперечной диодной накачкой, обеспечивающего эффективную генерацию моноимпульсного излучения путем ухудшения условий для формирования излучения суперлюминесценции и паразитной генерации в направлении, перпендикулярном оси резонатора. 2 88502012.12.30 Поставленная техническая задача решается тем, что в моноимпульсномлазере с поперечной диодной накачкой, включающем твердотельный активный элемент, закрепленный на охлаждающем основании, и оптический затвор, помещенные в резонатор,образованный двумя зеркалами, одно из которых полностью, а второе частично отражает лазерное излучение, и устройство диодной накачки в виде лазерных диодных линеек, закрепленных вместе с охлаждающим основанием на механическом держателе, твердотельный активный элемент закреплен на охлаждающем основании специальным клеящим составом, толщина которого, задаваемая соотношением внутреннего диаметра охлаждающего основания и диаметра твердотельного активного элемента, составляет 150-210 мкм. Сущность полезной модели поясняется фигурами. На фиг. 1 изображена схема лазера с поперечной диодной накачкой, а на фиг. 2 - изометрическое изображение механического держателя с активным элементом и диодными линейками, где 1 - твердотельный активный элемент 2 - охлаждающее основание 3 - специальный клеящий состав 4 - механический держатель 5 - лазерные диодные линейки 6 - оптический затвор 7, 8 - зеркала резонатора- толщина. На фиг. 3, 4 показано поперечное сечение зондирующего пучка излучения на длине волны генерации, прошедшего через трехслойный элемент, имитирующий охлаждающее основание и твердотельный активный элемент, скрепленные между собой с использованием соответственно обычного и специального клеящих составов толщиной 165 мкм. Предлагаемая (фиг. 1, 2) полезная модель состоит из резонатора, образованного зеркалами 7, 8, внутрь которого помещены оптический затвор 6 и твердотельный активный элемент 1, закрепленный на охлаждающем основании 2 с помощью специального клеящего состава 3 толщиной , которое, в свою очередь, закреплено на механическом держателе 4, к которому также крепятся лазерные диодные линейки 5 для накачки твердотельного активного элемента. Твердотельный активный элемент 1 лазера изготовлен из кристаллав форме цилиндра с матированной боковой поверхностью, торцевые поверхности которого просветлены на длину волны генерации 1,064 мкм. Охлаждающее основание 2 изготовлено из сапфира в виде трубки с внутренним диаметром (позиция не указана) на 300-420 мкм больше диаметра (позиция не указана) твердотельного активного элемента. Твердотельный активный элемент 1 крепится внутри охлаждающего основания с помощью специального клеящего состава 3, толщинакоторого задается соотношением внутреннего диаметра охлаждающего основания 2 и диаметра твердотельного активного элемента 1 и составляет 150-210 мкм, что обеспечивает необходимое ухудшение условий для формирования излучения суперлюминесценции и паразитной генерации в направлении, перпендикулярном оси резонатора. Охлаждающее основание 2, в свою очередь, крепится на механический держатель 4, к которому также крепятся лазерные диодные линейки 5, осуществляющие накачку твердотельного активного элемента 1. Твердотельный активный элемент 1 на механическом держателе 4 и оптический затвор 6 помещены в резонатор лазера, образованный двумя зеркалами 7 и 8, одно из которых полностью, а второе частично отражает лазерное излучение. Сущность работы моноимпульсноголазера с поперечной диодной накачкой заключается в следующем. Лазерные диодные линейки 5 генерируют излучение, которое через боковые поверхности охлаждающего основания 2, специальный клеящий состав 3 и боковые поверхности твердотельного активного элемента 1 попадает внутрь твердотельно 3 88502012.12.30 го активного элемента. Под воздействием излучения лазерных диодных линеек 5 (излучения накачки) в лазере, резонатор которого образован зеркалами 7, 8 и, кроме твердотельного активного элемента 1, содержит также оптический затвор 6, возникает генерация моноимпульсного излучения. Благодаря наличию специального клеящего состава 3 толщиной 150-210 мкм, излучение на длине волны генерации, распространяющееся в направлении, перпендикулярном оси резонатора лазера, претерпевает значительное рассеяние(фиг. 3, 4) при выходе из твердотельного активного элемента, что ухудшает условия для формирования излучения суперлюминесценции и паразитной генерации в этом направлении, обеспечивая тем самым эффективную генерацию моноимпульсного излучения. Для проверки работы предлагаемой полезной модели создан и опробован моноимпульсныйлазер с твердотельным активным элементом цилиндрической формы длиной 50 мм и диаметром 5 мм, накачиваемый тремя лазерными диодными линейками. Лазерные диодные линейки работали в импульсном режиме с длительностью импульса 200 мкс и частотой следования до 30 Гц. Максимальная энергия импульса накачки составила 600 мДж. В ходе испытания полезной модели исследовались характеристики моноимпульсного режима генерации при двух вариантах крепления твердотельного активного элемента к охлаждаемому основанию обычным и специальным клеящим составом толщиной 165 мкм. Исследования показали, что в случае использования специального клеевого состава происходит увеличение энергии моноимпульса излучения на 43 . Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4