ЛАЗЕР

ЛАЗЕР


RU (11) 2086057 (13) C1

(51) 6 H01S3/05

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 94038411/25
(22) Дата подачи заявки: 1994.10.11
(45) Опубликовано: 1997.07.27
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Ананьев Ю.А. Оптические резонаторы и лазерные пучки. - М.: Наука, 1990, с. 161 - 163. Климентьев С.И. и др. Численное моделирование кольцевого неустойчивого резонатора с фазовым Фурье-корректором. - Квантовая электроника, 1989, 16, N 4, с. 825. Иванченко А.И. и др. Самофильтрующий резонатор в СО 2 - лазере непрерывного действия. - Квантовая электроника, 1989, т. 16, N 2, с. 305. S.De Silwestry, W.Magni, M.Masini, O.Svelto, Qian Lie Jia, "Rod-imaging super-Gaussian instable resongators for high power Sodid-state lazers", Conference au Lasnrs and Electro-Optics/Quantune Electronics and Lazer science Conference, CLED/FELS-92, 1992, Anaheim, California, v.1, s.542. басиев Т.Т. и др. Модуляция добротности технологического ИАГ%Nd - лазера кристаллами LiF : F2. - квантовая электроника, 1991, т. 18, N, с. 223.
(61) Сведения о предыдущих заявках: 05057617/00-25
(71) Заявитель(и): Горланов Александр Васильевич; Димаков Сергей Александрович; Климентьев Сергей Иванович; Орлова Ирина Борисовна; Свенцицкая Наталия Александровна
(72) Автор(ы): Горланов Александр Васильевич; Димаков Сергей Александрович; Климентьев Сергей Иванович; Орлова Ирина Борисовна; Свенцицкая Наталия Александровна
(73) Патентообладатель(и): Горланов Александр Васильевич; Димаков Сергей Александрович; Климентьев Сергей Иванович; Орлова Ирина Борисовна; Свенцицкая Наталия Александровна

(54) ЛАЗЕР

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть применено при разработке лазеров с малой угловой расходимостью излучения и высокой средней мощностью. Сущность изобретения: в лазере использованы два активных элемента с наведенной линзовостью в качестве оптических элементов неустойчивого резонатора с расположением диафрагмы между активным элементом и зеркалом, наклоном ее к оси резонатора, с использованием диафрагмы в качестве выходного зеркала и расположением элементов резонатора на таких расстояниях друг от друга, что элементы образуют в совокупности неустойчивый резонатор, причем размер диафрагмы a удовлетворяет определенному условию. 3 ил.


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к квантовой электронике и может быть применено при разработке лазеров с малой угловой расходимостью излучения и высокой средней мощностью.

Известен лазер с неустойчивым резонатором отрицательной ветви [1] обеспечивающий малую угловую расходимость излучения вследствие низкой чувствительности к внутрирезонаторным аберрациям. Недостатками лазера являются неравномерное распределение излучения по активной среде, наличие фокусировки в среде, ухудшение параметров выходного излучения при использовании активных сред с сильной наведенной линзовостью, фокусное расстояние которой не превышает длину резонатора.

Известен лазер с кольцевым неустойчивым резонатором [2] включающим наклоненное к оси резонатора выводное зеркало с центральным отверстием, размер которого не превышает размера сечения активной среды. Лазер формирует выходной пучок с малой расходимостью, поскольку наружный размер пучка на выходе в М раз (где М увеличение резонатора) превышает размер сечения активной среды. Недостатками лазера являются обусловленные кольцевой схемой построения резонатора необходимость развязки встречных пучков излучения и большое количество элементов резонатора, а также увеличение расходимости выходного излучения при сильной наведенной линзовости в активной среде.

Известен лазер с самофильтрующим неустойчивым резонатором [3] включающий два зеркала и наклоненную к оси резонатора диафрагму, размер которой не превышает размера сечения активной среды, выполненную в виде выводного зеркала. В случае однородной активной среды или активной среды со слабой наведенной линзовостью лазер обеспечивает малую расходимость выходного излучения и достаточно высокую энергетическую эффективность. Недостатками лазера являются неравномерное распределение по активной среде и резкое ухудшение параметров выходного излучения при использовании неоднородных активных сред с сильной наведенной линзовостью из-за увеличения пассивных потерь в резонаторе в процессе угловой фильтрации излучения.

Известен лазер [4] содержащий один активный элемент с сильной наведенной линзовостью, фокусное расстояние которой не превышает длину резонатора, и неустойчивый резонатор. Достоинствами лазера являются малая угловая расходимость выходного излучения и высокая энергетическая эффективность. Однако, недостатком данного лазера является невысокий уровень выходной мощности излучения, определяемый применением в лазере лишь одного активного элемента.

Известен лазер ЛТН-103 [5] содержащий два активных элемента с сильной наведенной линзовостью, фокусное расстояние которой не превышает длину резонатора, и диафрагму, размер которой не превышает размера сечения активной среды, расположенные в резонаторе, образованном двумя зеркалами. Лазер обеспечивает малую угловую расходимость излучения вследствие одномодового режима генерации в устойчивом резонаторе.

Недостатком лазера является низкая энергетическая эффективность, обусловленная большими потерями на диафрагме при селекции низшей поперечной моды и плохим заполнением активной среды излучением низшей моды.

Техническая задача изобретения увеличение выходной мощности лазера при обеспечении малой угловой расходимости излучения.

Поставленная цель достигается использованием в изобретении двух активных элементов с наведенной линзовостью в качестве оптических элементов неустойчивого резонатора, причем фокусное расстояние наведенной линзовости не превышает длину резонатора; расположением диафрагмы между активным элементом и зеркалом, наклоном ее к оси резонатора, использованием диафрагмы в качестве выводного зеркала и расположением элементов резонатора на таких расстояниях друг от друга, что элементы образуют в совокупности неустойчивый резонатор, причем размер диафрагмы a удовлетворяет условию

do> a > K(l1+l2)/do,

где длина волны излучения лазера,

k эмпирический коэффициент,

l1 расстояние между диафрагмой и ближайшим зеркалом,

l2 расстояние между диафрагмой и ближайшим активным элементом,

d0 размер сечения ближайшего к диафрагме активного элемента.

В известных технических решениях [1] [2] и [3] отличающихся наличием выводного зеркала и неустойчивой конфигурацией резонатора, обеспечивается высокая энергетическая эффективность и малая угловая расходимость только при использовании активной среды, не обладающей в процессе генерации линзовостью с фокусным расстоянием, меньшим длины резонатора.

В лазере, описанном в [4] выходная мощность невелика из-за невозможности использования более одного активного элемента. Непосредственная установка в оптическую схему лазера друг за другом двух активных элементов приводит к искажению требуемой неустойчивой конфигурации резонатора и, как следствие, к ухудшению угловой расходимости, к фокусировке излучения в активной среде и к падению энергетической эффективности лазера из-за неоптимальной засветки активной среды.

Предлагаемое техническое решение обладает существенным отличием от прототипа, описанного в [5] где выходная мощность невелика из-за больших потерь на диафрагме, используемой для селекции низшей поперечной моды, и плохого заполнения активной среды излучением низшей моды в устойчивом резонаторе. Увеличение диаметра селектирующей диафрагмы в устойчивом резонаторе приводит к увеличению выходной мощности, но одновременно резко возрастает угловая расходимость выходного излучения вследствие выхода в генерацию более высоких мод.

На фиг.1 показана оптическая схема лазера; на фиг.2 оптическая схема лазера с плоскими зеркалами и ход краевого луча; на фиг. 3 -оптическая схема телескопического неустойчивого резонатора с ходом краевого луча.

На фиг. 1 приведена оптическая схема предложенного лазера, включающего активные элементы 1, 2 с сильными наведенными фокусирующими линзами с фокусными расстояниями, не превышающими длину резонатора, зеркала резонатора 3, 4 и наклоненное к оси резонатора выводное зеркало 5 с центральным отверстием. Все элементы расположены таким образом, что образуют линейный неустойчивый резонатор.

Лазер работает следующим образом.

Часть светового пучка, падающего со стороны зеркала 3 на выводное зеркало 5, отражается от последнего и выводится из резонатора, поскольку выводное зеркало наклонено к оси резонатора. Прошедший через отверстие в зеркале 5 пучок усиливается и фокусируется активными элементами 1, 2, отражается от зеркала 4 и снова проходит через элементы 1,2 в обратном направлении. Затем пучок через отверстие в зеркале 5 распространяется к зеркалу 3, отражается от него и вновь падает на зеркало 5. После этого цикл обхода излучения по резонатору повторяется. Элементы лазера расположены на таких расстояниях друг от друга, что образуют в совокупности неустойчивый резонатор с необходимым увеличением М. Поперечный размер выходного пучка, падающего на выводное зеркало 5, в раз больше отверстия в выводном зеркале, причем это увеличение формируется при проходе излучения на участке резонатора от отверстия в зеркале 5 до зеркала 3 и обратно. Зеркало 5 с отверстием, размер которого не превышает поперечного размера активного элемента 1 и удовлетворяет условию:

a > K(l1+l2)/do,

где длина волны излучения лазера,

k эмпирический коэффициент,

l1 расстояние между диафрагмой 5 и зеркалом 3,

l2 расстояние между диафрагмой 5 и активным элементом 1,

d0 размер сечения активного элемента 1,

является апертурной диафрагмой на участке резонатора от зеркала 5 до зеркала 4. При этом прошедший через отверстие пучок, распространяющийся в сторону зеркала 4 и обратно, оптимально заполняет объем активных элементов 1, 2.

Если размер отверстия в зеркале 5 превышает поперечный размер активного элемента 1, то возникают дополнительные потери излучения на оправе активного элемента 1, приводящие к снижению выходной мощности лазера.

Если размер отверстия в зеркале 5 не удовлетворяет условию a > K(l1+l2)/do, то возникают дополнительные потери излучения на диафрагме при распространении сходящегося пучка от активного элемента 1 к зеркалу 5, также приводящие к снижению выходной мощности лазера. Выражение, стоящее в правой части условия для a определяет минимальный размер сечения сходящегося пучка, распространяющегося от активного элемента 1 в сторону зеркала 5. Этот размер обратно пропорционален размеру сечения активного элемента 1 d0 и прямо пропорционален длине волны излучения и расстоянию l между плоскостью наилучшей фокусировки и активным элементом. (Плоскость наилучшей фокусировки в данном лазере расположена между зеркалами 3 и 5. Наибольшее возможное расстояние от плоскости наилучшей фокусировки до активного элемента 1 равно l l1+l2. ). Кроме этих параметров на размер сечения пучка в перетяжке влияет исходное оптическое качество активных элементов 1 и 2, аберрации линз, наведенных накачкой в активных элементах 1 и 2 и чувствительность резонатора к внутрирезонаторным аберрациям. Влияние этих факторов выражается эмпирическим коэффициентом K, значение которого по результатам экспериментов оказалось равным K=7.

Выходная мощность лазера увеличивается из-за эффективного заполнения активной среды излучения основной моды и отсутствия дополнительных пассивных потерь в резонаторе.

Малая угловая расходимость выходного излучения обеспечивается работой лазера на основной поперечной моде, низкой чувствительностью неустойчивого резонатора к внутрирезонаторным аберрациям, а также увеличением поперечного размера выходного пучка в раз по отношению к поперечному размеру активного элемента.

На фиг.2 показан ход краевого луча в конкретном резонаторе, образованном линзами 1 и 2, наведенными в активных элементах лазера, плоскими полностью отражающими зеркалами 3 и 4 и вогнутым сферическим выводным зеркалом 5. В данной схеме расстояние l2=f1, a l4=f2, радиус кривизны сферического выводного зеркала выбирается из условия обеспечения необходимой кривизны фронта выходного излучения лазера.

Необходимое увеличение М резонатора реализуется, если расстояние между главными плоскостями линз 1 и 2 l3 равно:

l3= f1+f2-f21(M-1)2/4Mli,

где f1, f2 фокусное расстояния наведенных линз в активных элементах 1 и 2 соответственно;

l1 расстояние между зеркалом 3 и выводным зеркалом 5.

На фиг. 3 показан ход краевого луча в одном из конкретных вариантов реализации лазера, включающем активные элементы 1 и 2, сферические зеркала 3 и 4 и частично пропускающее выводное зеркало 5. Расстояние между активным элементом 1 и зеркалом 3 равно f1+f3, между элементами 1 и 2 - f2+f1, и между элементом 2 и зеркалом 4 f2+f4, где f1, f2, f3 и f4 фокусные расстояния элементов 1,2 и зеркал 3,4 соответственно. Расстояние между выводным зеркалом 5 и зеркалом 3 не превышает 2f3. Увеличение резонатора M -f4/f3, и образуемый неустойчивый резонатор является телескопическим.


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Лазер, содержащий резонатор, образованный двумя зеркалами, расположенные между ними два активных элемента с наведенной положительной линзовостью, причем ее фокусное расстояние не превышает длину резонатора, и диафрагму, размер которой не превышает размера сечения активной среды, отличающийся тем, что элементы резонатора расположены на таких расстояниях друг от друга, что образуют неустойчивый резонатор, диафрагма расположена между активным элементом и зеркалом, наклонена к оси резонатора, выполнена в виде выводного зеркала, причем размер диафрагмы удовлетворяет условию:

a > k(l1+l2)/do,

где к 7 эмпирический коэффициент;

- длина волны излучения лазера;

l1 расстояние между диафрагмой и ближайшим зеркалом;

l2 расстояние между диафрагмой и ближайшим активным элементом;

d0 размер сечения ближайшего к диафрагме активного элемента.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru