ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР ДЛЯ НАКАЧКИ АКТИВНОЙ СРЕДЫ

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР ДЛЯ НАКАЧКИ АКТИВНОЙ СРЕДЫ


RU (11) 2302064 (13) C2

(51) МПК
H01S 3/05 (2006.01)
H01S 3/07 (2006.01) 

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

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

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2005108405/28 
(22) Дата подачи заявки: 2005.03.24 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.03.24 
(43) Дата публикации заявки: 2006.09.10 
(45) Опубликовано: 2007.06.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 367625, 23.01.1973. DE 4191708, 31.10.1996. RU 2091936, 27.09.1997. RU 2053588, 27.01.1996. WO 02103860, 27.12.2002. GB 1055839, 18.01.1967. 
(72) Автор(ы): Чивель Юрий Александрович (BY) 
(73) Патентообладатель(и): Государственное научное учреждение "Институт молекулярной и атомной физики НАН Беларуси" (BY) 
Адрес для переписки: 220072, г.Минск, пр. Ф. Скарины, 70, ИМАФ НАН Беларуси, Член-корр. С.В. Гапоненко 

(54) ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР ДЛЯ НАКАЧКИ АКТИВНОЙ СРЕДЫ

Изобретение относится к области лазерной физики и может быть использовано при накачке активных жидких, газовых и твердых сред. Лазер содержит оптически связанные активный элемент, резонатор, модулятор добротности резонатора, источник накачки активного элемента и систему охлаждения. Активный элемент выполнен в виде n шестиугольных сегментов, заполняющих сферический слой, причем n - четное число. Источник накачки в виде матрицы лазерных диодов размещен по внешней поверхности активного элемента. Пассивный модулятор добротности резонатора выполнен в виде пленки и размещен на внутренней поверхности активного элемента. Зеркала резонатора нанесены на внешнюю поверхность активного элемента и внешнюю поверхность модулятора. Охлаждающая активный элемент жидкость размещена в зазоре между активным элементом и матрицей лазерных диодов. Внешнее зеркало резонатора прозрачно для излучения лазерных диодов. Модулятор представляет собой активный электрооптический модулятор добротности и выполнен в виде единого блока с активным элементом. Плоскости поляризации излучения отдельных лазерных сегментов перпендикулярны меридиональным сечениям сферы. Технический результат - получение практически сферической сходящейся волны импульсного лазерного излучения, получение высокой степени равномерности, однородности и ортогональности накачки сферической кюветы с активной средой. 3 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области лазерной физики и может быть использовано при накачке активных жидких, газовых и твердых сред.

Известен твердотельный лазер [1], содержащий оптически связанные активный элемент, резонатор, модулятор добротности резонатора, расположенные на одной оптической оси, источник накачки активного элемента, систему фокусировки лазерного излучения в виде объективов и зеркал и систему охлаждения активного элемента.

Недостатком этого лазера является невозможность получения высокой степени равномерности и однородности накачки активной среды.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является твердотельный лазер [2], содержащий оптически связанные активный элемент, резонатор, модулятор добротности резонатора, расположенные на одной оптической оси, источник накачки активного элемента и систему охлаждения, систему фокусировки лазерного излучения в виде набора объективов и эллиптических зеркал. Модулятор добротности резонатора выполнен в виде отдельно стоящего блока и может быть пассивным или активным.

Недостатком этого лазера является невозможность получения высокой степени равномерности, однородности и ортогональности накачки активного рабочего тела в сферической кювете.

Задачей заявляемого устройства является получение практически сферической сходящейся волны импульсного лазерного излучения и тем самым обеспечение высокой степени равномерности, однородности и ортогональности накачки сферической кюветы с активной средой.

Для решения поставленной задачи предлагается твердотельный лазер, содержащий оптически связанные активный элемент, резонатор, модулятор добротности резонатора, источник накачки активного элемента и систему охлаждения.

Новым, по мнению автора, является то, что модулятор добротности резонатора представляет собой пассивный модулятор добротности и выполнен в виде пленки, нанесенной на внутреннюю поверхности активного элемента, или представляет собой активный модулятор добротности и выполнен в виде единого блока с активным элементом, при этом плоскости поляризации излучения отдельных лазерных сегментов перпендикулярны меридиональным сечениям сферы; зеркала резонатора нанесены на внешнюю поверхность активного элемента и внешнюю поверхность модулятора, а охлаждающая активный элемент жидкость размещена в зазоре между активным элементом и матрицей лазерных диодов, при этом внешнее зеркало резонатора прозрачно для излучения лазерных диодов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлено предлагаемое устройство (фиг.1), (фиг.2), а также фиг.3, на которой представлен отдельный лазерный блок.

Твердотельный лазер содержит активный элемент 1 в виде сферического слоя из сборки шестигранных сегментов (фиг.1). Каждый сегмент имеет блочную конструкцию, объединяющую активный элемент 1, модулятор добротности 4, ограниченные зеркалами резонатора 5, 6 (короткий резонатор), матрицу лазерных диодов 2 и систему охлаждения 3. Внешние зеркала 5 сегментов образуют внешний концентрический резонатор.

На внешней поверхности сферического слоя (фиг.1) расположена матрица лазерных диодов накачки 2. Их разделяет система охлаждения 3 в виде щелевого зазора, в котором прокачивается охлаждающая активный элемент жидкость. На внутренней поверхности сферического слоя располагается пассивный модулятор добротности резонатора 4. Диэлектрические зеркала резонатора наносятся на внешнюю 5 (100% отражение на длине волны лазерного излучения и 100% пропускание излучения накачки) и внутреннюю 6 (˜10-20% отражение на длине волны лазерного излучения) поверхности сферического слоя. Внешнее зеркало резонатора образует концентрический сферический резонатор. Толщина активного элемента зависит от коэффициента поглощения излучения накачки и для активного элемента из Nd-SiO 2 и излученния накачки с =0,8 мкм составит ˜20 мм.

Лазер работает следующим образом. Импульс излучения диодов 2 накачки длительностью ˜200 мкс создает инверсную населенность в объеме активного элемента 1. На линейном этапе развития генерации, в течение которого мощность излучения в концентрическом резонаторе лазера медленно нарастает, начиная со спонтанного шума, происходит формирование пространственной и спектральной структуры излучения. Из пространственных мод наиболее высокую добротность имеет мода с перетяжкой в центре сферы, которая и сформируется на этом этапе. При достижении уровня насыщения среды пассивного модулятора 4 происходит высвечивание запасенной в активном элементе энергии. Так как добротность резонатора, образованного зеркалами 5 и 6, значительно выше, чем в резонаторе, образованном внешними зеркалами, из-за больших потерь в накачиваемой активной среде 7, то генерация развивается в коротком резонаторе, образованном этими зеркалами, и ее длительность составит единицы наносекунд.

При активной модуляции добротности с помощью электрооптического активного модулятора добротности 4 (фиг.3) импульс управления затвора имеет ступенчатую форму, что обеспечит сходный характер развития генерации, но управляемый и более эффективный.

Размер области перетяжки концентрического резонатора в центре сферы согласно [3] в рамках геометрической оптики стремится к нулю. Согласно принципу неопределенности Гейзенберга неопределенность в положении фотона и неопределенность его импульса связаны неравенством p x>h.

В сфере р=2h/ и размеры области фокусировки х> /2.

Распределение интенсивности лазерного излучения в активной среде сферической ячейки будет иметь вид q=(q 0/r2)[exp- (R-r)+exp- (R+r)], где - коэффициент поглощения активной среды. Так как активная среда в сферической ячейке имеет высокий коэффициент поглощения на длине волны генерации твердотельного лазера, то интерференция сходящейся и расходящейся от центра волн излучения будет существенна только вблизи центра сферы, а вне центральной области распределение интенсивности накачки будет достаточно равномерным.

При сфазированной генерации n лазерных источников, из которых составлена сфера, происходит когерентное сложение полей от отдельных модулей и дополнительное увеличение плотности мощности в n раз [4]. Фазовая синхронизация достигается за счет сильной дифракционной связи между лазерными сегментами.

Таким образом, заявляемый твердотельный лазер обеспечивает получение практически сферической сходящейся волны импульсного лазерного излучения и тем самым равномерное освечивание сферической кюветы с активной средой, размещенной в центре сферической поверхности, причем достаточно равномерное распределение интенсивности накачки будет и по радиусу ячейки.

Источники информации

1. Thomas C.E. // Appl. Opt. 1975. V.14. P.1267-1272.2

2. Glass A.J. Патент США №4017163 от 12.04.1977.

3. Н.Kogelnik, T.Li // Appl. Opt. 1966.V.5. P.1550-1567.

4. Hal.E.Hagermeier, S.R.Robinson // Appl. Opt. 1979. V.18. P.270-279.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Твердотельный лазер для накачки активной среды, содержащий оптически связанные активный элемент, резонатор, модулятор добротности резонатора, источник накачки активного элемента и систему охлаждения активного элемента, отличающийся тем, что активный элемент выполнен в виде n шестиугольных сегментов, заполняющих сферический слой, причем n - четное число, источник накачки в виде матрицы лазерных диодов размещен по внешней поверхности активного элемента, модулятор добротности резонатора представляет собой пассивный модулятор добротности и выполнен в виде пленки, нанесенной на внутреннюю поверхность активного элемента, или представляет собой активный модулятор добротности и выполнен в виде единого блока с активным элементом, при этом плоскости поляризации излучения отдельных лазерных сегментов перпендикулярны меридиональным сечениям сферы; зеркала резонатора нанесены на внешнюю поверхность активного элемента и внешнюю поверхность модулятора, а охлаждающая активный элемент жидкость размещена в зазоре между активным элементом и матрицей лазерных диодов, при этом внешнее зеркало резонатора прозрачно для излучения лазерных диодов.




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