ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ МИНИ-ЛАЗЕР НА КРАСИТЕЛЕ

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ МИНИ-ЛАЗЕР НА КРАСИТЕЛЕ


RU (11) 2091941 (13) C1

(51) 6 H01S3/10 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие, но может быть восстановлен 

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

(21) Заявка: 95113840/25 
(22) Дата подачи заявки: 1995.08.01 
(45) Опубликовано: 1997.09.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Wang H.R. et al. OpticalComm. 1978, v. 18, N 4, p. 444 - 446. Авторское свидетельство СССР N 1126161, кл. H 01 S 3/10, 1983. Дюмаев К.М. и др. Известия АН СССР. Серия: Физика. 1987, т. 51, N 8, с. 1387 - 1398. Савельев И.В. Курс общей физики.- М.: Наука, 1988, т. 2, с. 470. 
(71) Заявитель(и): Акционерное общество открытого типа НИИ "Зенит" 
(72) Автор(ы): Кытина И.Г.; Кытин В.Г.; Константинов Б.А.; Денисов Л.К.; Цогоева С.А.; Чистяков А.А. 
(73) Патентообладатель(и): Акционерное общество открытого типа НИИ "Зенит" 

(54) ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ МИНИ-ЛАЗЕР НА КРАСИТЕЛЕ 

Использование: изобретение относится к лазерам на красителях в твердой матрице. Сущность изобретения: в лазере вдоль рабочей поверхности активного элемента прямоугольной формы по всей его длине расположен отражатель, выполненный в виде оптически согласованных между собой элементов, установленных под углом n к рабочей поверхности активного элемента, а излучение накачки подается вдоль оптической оси активного элемента с углом падения на него o , имеющего значения , где n - угол падения излучения накачки, переотраженного n - м элементом отражателя на рабочую поверхность активного элемента. 3 ил., 1 табл. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к лазерам на красителях в твердой матрице, и предназначено для повышения мощностных и энергетических характеристик лазерного излучения.

Известны лазеры на красителях в твердой матрице на основе полиметилметакрилата (ПММА) [1] в которых активный элемент выполнен в форме круглого диска, вращающегося вокруг своей осевой линии, проходящей через центр. Накачка такого диска осуществляется лазерным излучением (Рнак), которое облучает на диске небольшую площадку размером 1 мм2. Вращение диска позволяет заменить прогенерировавший участок активного элемента и тем самым поддерживать постоянное значение энергии и мощности генерации активного элемента.

Однако такие лазеры отличаются небольшими значениями выходной энергии (Еизл) лазерного излучения и небольшим ресурсом работы, так как повышение Еизл связано с увеличением Pнак, которая ограничена значениями Pнак, при которых достигается порог разрушения активного элемента, определяемый лучевой стойкостью материала.

Известны также лазеры на красителях в твердой матрице [2, 3] в которых для увеличения ресурса дискового активного элемента предусмотрено не только вращение его вокруг оси, но и одновременное перемещение элемента по радиусу, что создает дополнительные зоны облучения в активном элементе и ведет к увеличению ресурса работы.

Однако и этот тип лазеров отличается небольшими значениями выходных энергетических и мощностных характеристик, так как в нем ограничена возможность повышения энергии накачки, так как это приводит к увеличению плотности мощности накачки, что в свою очередь ведет к снижению энергии лазерного излучения активного элемента из-за увеличения фотохимической деструкции лазерного красителя и уменьшению ресурса работы активного элемента из-за оптического пробоя материала твердой матрицы (ПММА).

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание лазера на красителе в твердой матрице (ПММА) с повышенными значениями энергии излучения (Eизл) и мощности излучения, а также с уменьшенными массогабаритными показателями.

Задача достигается тем, что в лазере на красителе в твердой матрице активный элемент выполнен в форме прямоугольной пластины, вдоль оптической оси которой подается излучение накачки с углом падения o(0 o 89); по всей длине активного элемента со стороны рабочей поверхности расположен отражатель, содержащий ряд оптически согласованных между собой линейных элементов, расположенных под углами n к рабочей поверхности активного элемента, причем n= 90-(n-1-n)/2, где o угол падения излучения накачки на активный элемент, n угол падения излучения накачки переотраженного на рабочую поверхность активного элемента n-м элементом отражателя.

Физическая сущность предлагаемого решения заключается в том, что для повышения энергетических и мощностных характеристик лазера на красителе в полимере необходимо существенно повышать энергию и мощность излучения накачки, что соответственно приводит к увеличению параметров лазерного излучения (Eизл, Pизл). В известных вариантах лазеров на красителях в полимере увеличение Eнак и Рнак практически невозможно, так как эти лазеры работают с фокусировкой излучения накачки в небольшую зону возбуждения диаметром от 0,8 до 6,0 мм и плотностью мощности излучения накачки (нак) 100 500 МВт/см2, что близко к величине порога разрушения полимерного материала, из которого состоит активный элемент [4] В предлагаемом решении излучение накачки, которое, как правило, подается от лазера на АИГ:Nd(532 нм) и имеет форму небольшого круга диаметром 5 6 мм, преобразуется в пятно, растянутое в одном направлении (направлении оптической оси активного элемента), т.е. существенно увеличивается площадь зоны возбуждения в активном элементе и тем самым уменьшается плотность мощности накачки, практически до величины порога генерации. Для сохранения коэффициента преобразования накачки выбирается необходимая длина элемента, с увеличением которой увеличивается коэффициент усиления в резонаторе лазера. Т.е. при сохранении плотности мощности излучения, равной той, которая существует в аналоге предлагаемого решения, существенно увеличивается величена мощности накачки, подаваемой на активный элемент, и соответственно увеличивается мощность излучения лазера на красителе. Технически линейное растяжение пятна излучения накачки вдоль оси активного элемента достигается тем, что элемент выполнен в форме прямоугольной плоскопараллельной пластины, а излучение накачки подается на него под углом падения o, который может иметь значения от 0 до 89o. Поскольку при больших величинах угла падения излучения накачки увеличивается коэффициент отражения излучения накачки [5] то возникает необходимость более эффективного использования излучения накачки за счет его повторного поглощения активным элементом. Для этого в лазере предусмотрен отражатель, состоящий из ряда линейных элементов, расположенных со стороны рабочей поверхности активного элемента под углом n к ней, где n= 90-(n-1-n)/2. Количество линейных элементов должно быть таким, которое соответствует созданию зоны возбуждения, равной длине активного элемента, и обеспечивает наиболее полное и эффективное использование излучения накачки. Причем длина линейных элементов отражателя (lэл) должна быть достаточной для переотражения излучения накачки (lотр. изл.) т. е. lэл lотр. изл..

Вариант выполнения предлагаемого лазера на красителе представлен на фиг. 1 3. Твердотельный минилазер на красителе состоит из активного элемента (2), на который подается излучение накачки от лазера АИГ:Nd (532 нм) (1), двух зеркал резонатора (3, 4), отражателя, состоящего из n линейных элементов (5, 6).

Излучение накачки от лазера (1) подается под углом o на активный элемент, в котором оно частично поглощается, а частично отражается на первый элемент отражателя (5), от которого оно вновь возвращается под углом 1 на невозбужденную ранее часть активного элемента. Далее отраженное излучение снова частично поглощается активным элементом, а частично отражается, попадая на второй элемент отражателя, от которого оно возвращается на следующую, не возбужденную ранее зону активного элемента под углом 2 и т.д.

В конкретном варианте исполнения были изготовлены два экспериментальных образца минилазера на красителе в твердой матрице. Один образец (по схеме на фиг. 1, 2) размером 40 х 40 х 70 мм, весом 0,35 кг содержал активный элемент в форме пластины из ПММА, активированной лазерными красителями (Р6Ж, РС, Ф510 и 01) размером 2 х 10 х 40 мм. На элемент подавалось излучение накачки (532 нм) в форме круглого пятна диаметром 5 мм, мощностью 750 мВт, с энергией в импульсе от 30 до 70 мДж, частотой повторения импульсов от 10 до 50 Гц и длительностью импульса 25 нс под углом падения на активный элемент 8o. Излучение накачки создавало зону возбуждения в форме линейного участка длиной 40 мм и площадью 1,5 см2. Плотность мощности излучения накачки составляла от 0,8 до 1,9 МВт/см2. Отражатель лазера содержал один линейный элемент, который в одном случае возвращал отраженное от активного элемента излучение накачки в первоначальную зону возбуждения (фиг. 1), а во втором случае в зону активного элемента, необлученную ранее, увеличивая зону возбуждения (фиг. 2). Резонатор лазера содержал два зеркала, одно "глухое" с коэффициентом отражения (Rотр) 99% второе полупрозрачное с Rотр 8 15% В лазере было получено излучение мощностью до 150 МВт, с энергией в импульсе от 6,0 до 15,0 мДж.

Второй образец минилазера размером 40 х 40 х 110 мм, весом 0,45 кг содержал активный элемент в форме пластины размером 2 х 10 х 70 мм, на который подавалось излучение накачки аналогично первому варианту с углом падения (a) 7o. Отражатель содержал линейный элемент, расположенный под углом 3o (1) к плоскости активного элемента, который создавал вторую зону возбуждения на активном элементе, обеспечивая равномерное распределение излучения накачки площадью 2,6 см2. При этом создавалась плотность мощности излучения накачки 0,6 МВт/см2. Резонатор был аналогичен первому варианту. В этом минилазере было получено излучение мощностью 150 мВт, с энергией в импульсе до 6,0 мДж с частотой от 25 до 50 Гц.

Сравнительные параметры лазерного излучения предлагаемого лазера и аналога представлены в таблице.

Как видно из таблицы, предлагаемый твердотельный минилазер на красителе позволяет получать лазерное излучение, превышающее по мощности и энергии в 7 раз излучение от прибора-аналога, что подтверждает достижение поставленной цели. Кроме того, минилазер имеет существенно меньшие массогабаритные показатели, что делает его более удобным при эксплуатации у потребителей.

Предлагаемый вариант твердотельного минилазера на красителе может использоваться в научном приборостроении, в лазерно-медицинских аппаратах, а также в лазерных криминалистических установках. Прибор прошел успешную апробацию в криминалистическом центре МВД РФ в составе лазерного криминалистического комплекса для обнаружения скрытых следов преступлений.

Литература

1. Wang H. R. Jampel L.//Optical Communs, 1976, v. 18, N 4, p. 444-446.

2. Жильцов В.И. Дорофеев С.Н. Климошина А.Г. и др. // ПТЭ, 1986, N 2, с. 248-249.

3. Басов Ю.Г. Денисов Л.К. Мнускин В.Е. Фунда Н.И. // Авторское свидетельство N 1126161 кл. H 01 S 3/10, от 02.02.83.

4.Дюмаев К.М. Маненков А.А. Маслюков А.П. и др. //Известия АН СССР. Серия: Физика, 1987, т. 51, N 8, c. 1387-1398.

5. Савельев И.В. Курс общей физики. Том II: Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. М. Наука, 1988, 470 с. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Твердотельный мини-лазер на красителе, содержащий источник оптической накачки и твердотельный активный элемент, выполненный в виде плоскопараллельной пластины из полимера, активизированного красителем, отличающийся тем, что вдоль рабочей поверхности активного элемента по всей его длине расположен отражатель, выполненный в виде оптически согласованных между собой элементов, установленных под углом n к рабочей поверхности активного элемента, который имеет прямоугольную форму, а излучение накачки подается вдоль оптической оси активного элемента с углом падения на него o, причем 0 o 89, а n= 90-(n-1-n)/2, где n - угол падения излучения накачки, переотраженного n-м элементом отражателя на рабочую поверхность 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