ИМПУЛЬСНЫЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР

ИМПУЛЬСНЫЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР


RU (11) 2054772 (13) C1

(51) 6 H01S3/11, H01S3/16 

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

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

(21) Заявка: 5056435/25 
(22) Дата подачи заявки: 1992.02.27 
(45) Опубликовано: 1996.02.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. IEEE J Quant. Electron, 1969, QE-5, p. 454. 2. Opt. Communication, 1977, v.23, p.430. 
(71) Заявитель(и): Институт общей физики АН СССР; Симферопольский государственный университет им.Фрунзе 
(72) Автор(ы): Басиев Т.Т.; Воронько Ю.К.; Еськов Н.А.; Карасик А.Я.; Осико В.В.; Соболь А.А.; Ушаков С.Н.; Цымбал Л.И. 
(73) Патентообладатель(и): Институт общей физики РАН 

(54) ИМПУЛЬСНЫЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР 

Использование: в приборах, в частности твердотельных лазерах и усилителях, генерирующих пико-фемтосекундные импульсы с возможностью последующего управления длительностью импульсов во внешнем компрессоре. Сущность изобретения: импульсный твердотельный лазер содержит резонатор, на оптической оси которого расположены нелинейный оптический элемент и активный элемент из кристаллического материала следующей структурной формулы: CaxNdyNbzGamO12. 1 табл., 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к квантовой электронике, в частности к твердотельным лазерам, и может быть использовано в конструкции лазеров и усилителей, генерирующих мощные пико-фемтосекундные импульсы с последующей возможностью управления длительностью импульсов в компрессорах на основе дисперсионных линий задержки.

Известен импульсный твердотельный лазер, содержащий резонатор, образованный двумя зеркалами, на оптической оси которого расположены нелинейный оптический элемент и кристаллический активный элемент, работающий в режимах пассивной или активной синхронизации мод [1] В наиболее распространенных в настоящее время твердотельных лазерах на основе стекол или кристаллов с ионами Nd3+ в режимах синхронизации мод может иметь место монотонное свипирование (сканирование) частоты внутри сверхкороткого импульса (СКИ) чирп-излучения. Данное явление может быть использовано для сжатия СКИ с чирпом во внешнем компрессоре на основе дисперсионной линии задержки (например, пары дифракционных решеток или призм). При этом предел сжатия СКИ в компрессоре определяется обратной величиной области сканирования частоты.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является импульсный твердотельный лазер, содержащий резонатор, на оптической оси которого расположены нелинейный элемент и активный элемент, работающий в режиме пассивной синхронизации мод [2] Резонатор образован зеркалом и эталоном Фабри-Перо, внутри него и на его оптической оси последовательно размещены кювета с красителем (насыщающимся поглотителем), диафрагма, активный элемент ИАГ-Nd3+, диафрагма. Лазер излучает на длине волны o=1,06 мкм цуги импульсов с длительностью отдельных импульсов = 50-170 пс, имеющих чирп и, как следствие, спектральное уширение СКИ до mах 1 см-1.

Недостатком известного лазера является относительно небольшой масштаб сканирования частоты. Так, в ИАГ-Nd3+-лазере в режиме пассивной синхронизации мод линейный чирп приводит к уширению спектра 35 пс импульсов до величины 1 см, что не позволяет сжимать далее эти импульсы до < 10 пс. В неодимовых стеклах спектральное уширение , соответствующее линейному чирпу, может быть несколько больше и достигать значений 20-30 см-1. Увеличение масштаба сканирования частоты и значительное увеличение ширины спектра СКИ вследствие чирпа непосредственно в лазерном элементе без внешних устройств позволяют эффективно управлять длительностью импульса в пико-фемтосекундном диапазоне длительностей.

Технической задачей изобретения является укорочение длительностей импульсов пикосекундного кристаллического неодимового лазера при ламповой накачке и увеличение масштаба широкодиапазонного линейного сканирования частоты и импульсов с целью их последующего сжатия во внешнем дисперсионном компрессоре.

Это достигается тем, что в импульсном твердотельном лазере, содержащем установленные на оптической оси резонатора нелинейный оптический элемент и активный элемент, активный элемент выполнен из кристаллического материала со следующей структурной формулой: CахNdyNbzGamО12, где х= 2,75-2,995; y= 0,005-0,25; z=1,52-1,85; m=2,83-3,5. Указанный состав обеспечивает получение монокристаллов высокого оптического и структурного совершенства. Выход из указанных границ состава по z менее 1,52 и более 1,85, по m менее 2,83 и более 3,5 приводит к растрескиванию кристаллов, внедрению посторонних фаз и т. д. При содержании неодима (y) в кристалле менее 0,005 ф.е. лазерный материал становится неэффективным вследствие малой концентрации активатора, а при содержании неодима более 0,25 ф.е. вследствие эффекта концентрационного тушения.

Кристаллы СахNdyNbzGamО12 имеют широкие линии в спектрах поглощения и усиления (с полушириной последнего o=150 см-1), позволяющие рассчитывать на генерацию и усиление импульсов с длительностью менее 100 фс.

Величина o во много раз превышает аналогичную величину для ИАГ-Nd3+ ( o=6 см-1 при Т=300 К) и сравнима с величиной o для неодимовых стекол.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого лазера; на фиг.2 представлен временной профиль импульса; на фиг.3 показано изменение частоты импульса во времени.

Импульсный твердотельный лазер состоит из резонатора, образованного двумя зеркалами 1,2, на оптической оси которого последовательно установлены нелинейный оптический элемент 3 (выполненный в виде кюветы с насыщающимся поглотителем или электрооптического, или акустооптического модулятора, или любого твердотельного нелинейно-оптического элемента, изменяющего частоту излучения лазера), активный элемент из кристалла СахNdyNbzGamО12. Лазер работает в режимах пассивной и активной синхронизации мод при ламповой или лазерной (в том числе синхронной) накачке, а также в режиме самосинхронизации мод.

Пример конкретного выполнения.

При работе лазера в режиме пассивной синхронизации мод в качестве насыщающегося поглотителя использовали краситель N 3274, разведенный в ацетонитриле. При ламповой накачке лазер с кристаллом СахNdyNbzGamО12 излучал на длине волны 1,06 мкм цуги импульсов длительностью Тц=70-200 нс с временным интервалом между импульсами t=8,3 нс (t=2 L/с, где L=1,25 м длина резонатора; с= 3 108 м/с скорость света в вакууме). Энергия цуга импульсов составляла 5,5-6 мДж. Временной профиль импульса (фиг.2) был измерен прямым методом с помощью стрик-камеры Jmacon. Импульс имеет длительность на полувысоте o 6 пс, которая слабо меняется от начала к концу цуга в пределах 5-8 пс.

Спектрально-ограниченные гауссовы импульсы имеют следующее соотношение между длительностью и шириной спектра:

=0,441/с, (1)

Таким образом спектрально-ограниченные импульсы с o=6 пс должны иметь 2,4 см-1 (импульсы с негауссовой огибающей должны иметь незначительное отличие в величине ). Значительное несоответствие рассчитанной по формуле (1) с измеренной в эксперименте величиной =50-60 см-1 для импульсов с o= 6 пс может являться следствием нелинейного процесса фазовой самомодуляции или дисперсии показателя преломления, приводящих к сканированию частоты или чирпу за время генерации импульса. В предлагаемом устройстве использование кристалла СахNdyNbzGamО12 позволяет получить более чем десятикратное увеличение импульсов по сравнению с прототипом.

Для измерения зависимости сканирования частоты импульса во времени направляли лазерное излучение в монохроматор, а затем на стрик-камеру. При этом спектр излучения проецировался по высоте входной щели стрик-камеры, а временная развертка в стрик-камере осуществляется в ортогональном направлении. На фиг.3 показано изменение частоты импульса во времени. Видно, что зависимость сканирования частоты соответствует mах 50 см-1 и является линейной. Последнее обстоятельство важно для временного сжатия импульсов в решеточном компрессоре. Реализованное уширение спектра импульсов позволяет рассчитывать на их сжатие до величины сж=1/ mах < 300 фс.

Полученный эффект многократного увеличения масштаба широкодиапазонного линейного сканирования частоты импульса объясняется только заменой кристалла активного элемента на кристалл СахNdyNbzGamО12 и физическими процессами, происходящими в этих кристаллах при генерации СКИ. Поэтому предлагаемый лазер обеспечивает аналогичное уширение спектра импульсов и в режимах активной синхронизации мод при замене кюветы с насыщающимся поглотителем на акусто- или электрооптические модуляторы. Как известно, подобные режимы генерации также приводит к чирпу импульсов ИАГ-Nd3+-лазера и к более стабильной генерации в импульсно-периодическом режиме.

К сканированию частоты импульса может привести в нелинейно-оптический элемент, помещенный в резонатор, например кристалл для генерации второй гармоники. Очевидно, что и в этом случае использование в качестве активного элемента предлагаемых кристаллов ведет к высокоэффективному линейному чирпу и расширению масштаба сканирования частоты, в частности, на смещенной центральной частоте излучения. При этом надежность и долговечность предлагаемого лазера должны возрасти.

Данные по составу активного элемента при различных режимах работы лазера сведены в таблице. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



ИМПУЛЬСНЫЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР, содержащий установленные на оптической оси резонатора нелинейный оптический элемент и активный элемент, отличающийся тем, что активный элемент выполнен из кристаллического материала со следующей структурной формулой Cax NdyNbzGamO12, где 2,750 x 2,995, 0,005 y 0,250, 1,520 z 1,850, 2,830 m 3,500.


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