close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY6262

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 6262
(13) C1
(19)
7
(51) H 01S 3/00
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР С ВНУТРИРЕЗОНАТОРНОЙ
ОПТИЧЕСКОЙ НАКАЧКОЙ
(21) Номер заявки: a 20001185
(22) 2000.12.28
(46) 2004.06.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение Институт физики
им. Б.И. Степанова Национальной
академии наук Беларуси (BY)
(72) Авторы: Орлов Лев Николаевич; Некрашевич Ярослав Ильич; Жуковский
Виктор Владимирович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение Институт физики
им. Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси (BY)
(57)
Твердотельный лазер с внутрирезонаторной накачкой, содержащий два находящихся
на оптическом контакте активных элемента (1, 2) планарной конфигурации, первый (1) из
которых активирован ионами тулия, а второй (2) - ионами гольмия, и двухзеркальный резонатор на первом активном элементе, одно из зеркал которого образовано гранью (3) с
высокоотражающим покрытием первого активного элемента и служит для ввода излучения накачки от внешнего источника, отличающийся тем, что содержит резонатор на втором активном элементе, зеркала которого образованы гранями (8,9,10) с зеркальными
покрытиями (5, 6, 7) второго активного элемента, одно из зеркал которого расположено на
грани (10) параллельно оси резонатора на первом активном элементе, а два других зеркала
расположены под углами к первому, величины которых связаны соотношением
BY 6262 C1
N = 1 + ϕ/α,
где N - число отражений излучения генерации за половину обхода резонатора на втором
активном элементе,
ϕ - угол между гранями (8) и (10),
α - угол между гранями (9) и (10),
покрытия (6, 7) граней (9, 10) имеют максимально высокий для излучения генерации
коэффициент отражения, а покрытие (8) грани (5) - полупрозрачно для него, при этом второе зеркало резонатора на первом активном элементе образовано гранью (4) с высокоотражающим покрытием второго активного элемента.
Фиг. 1
BY 6262 C1
(56)
STONEMAN R.C. ESTEROWITZ L. OSA Proc.on Advanc.Solid-State Lasers, 1992, v. 13,
p. 114-118.
SU 180782 A1, 1995.
FR 2593615 A1, 1987.
Предполагаемое изобретение относится к области квантовой электроники и лазерной
физики и может найти применение в технике, медицине и, в частности, в офтальмологии.
Известен твердотельный лазер с внутрирезонаторной лазерной накачкой, содержащий
резонатор, образованный двумя зеркалами, одно из которых прозрачно для излучения
накачки и полностью отражающее излучение генерации, а другое полупрозрачно для
излучения генерации и является выходным, и рабочее вещество в виде твердотельного
стержня, помещенного на оси резонатора [1].
Недостатком данного лазера является сложность изготовления зеркала, через которое
осуществляется накачка, а также неоднородность накачки активного вещества, приводящая к большим термооптическим искажениям, следствием чего является ограничение
мощности генерации.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому изобретению является твердотельный лазер с внутрирезонаторной оптической накачкой [2], содержащий
два активных элемента, первый из которых активирован ионами тулия, а второй - ионами
гольмия и находящихся на оптическом контакте, резонаторы которых образованы двумя
зеркалами, одно из которых выносное, а вторым является наружная грань с диэлектрическим покрытием, активного элемента, активированного ионами тулия. Активный элемент
на тулии накачивается лазерным излучением на длине волны 785 нм от внешнего лазера, в
результате чего лазер на активном элементе с тулием генерирует на длине волны 1,9 мкм.
Излучение лазера на тулии поглощается активным элементом с ионами гольмия, который
расположен в этом же оптическом резонаторе. Это приводит к созданию инверсной заселенности рабочих уровней иона гольмия, и в активной среде на ионах гольмия возникает
лазерная генерация на длине волны 2,1 мкм.
Основными недостатками данного устройства являются неоднородность накачки активной среды, недостаточно высокие к.п.д. лазера и мощность излучения, обусловленные
термическими деформациями активной среды.
Задачей предполагаемого изобретения является создание компактного твердотельного
лазера с высокой мощностью и однородностью накачки, приводящей к увеличению выходной мощности генерации, и позволяющего увеличить эффективную длину прохода лазерного излучения по активному веществу, что дает возможность использовать в качестве
активных элементов кристаллы с относительно небольшими коэффициентом усиления и
интенсивностью насыщения.
Для выполнения поставленной задачи авторами был создан твердотельный лазер с
внутрирезонаторной оптической накачкой, содержащий два находящихся на оптическом
контакте активных элемента (1, 2) планарной конструкции, первый (1) из которых активирован ионами тулия, а второй (2) - ионами гольмия, и двухзеркальный резонатор на первом
активном элементе, одно из зеркал которого образовано гранью (3) с высокоотражающим
покрытием первого активного элемента и служит для ввода излучения накачки от внешнего источника. Новым, по мнению авторов, является то, что твердотельный лазер с внутрирезонаторной оптической накачкой содержит резонатор лазера на втором активном
элементе, зеркала которого образованы гранями (8, 9, 10) с зеркальными покрытиями (5,
6, 7) второго активного элемента, одно из зеркал которого расположено на грани (10) параллельно оси резонатора лазера на первом активном элементе, а два других зеркала расположены под углами к первому зеркалу, величины которых связаны соотношением:
2
BY 6262 C1
N = 1 + ϕ/α,
где N - число отражений излучения генерации за половину обхода резонатора на втором
активном элементе,
ϕ - угол между гранями (8) и (10),
α - угол между гранями (9) и (10),
покрытия (6, 7) граней (9, 10) имеют максимально высокий для излучения генерации
коэффициент отражения, а покрытие (5) грани (8) - полупрозрачно для него, при этом второе зеркало резонатора на первом активном элементе образовано гранью (4) с высокоотражающим покрытием второго активного элемента.
Предлагаемое устройство изображено на фиг. 1 и 2, где 1 - активный элемент с ионами
тулия, 2 - активный элемент с ионами гольмия. Резонатор лазера на активном элементе 1
образован высокоотражающими покрытиями на гранях 3 активного элемента 1 и 4 - активного элемента 2. Резонатор лазера на активном элементе 2 образован тремя зеркалами,
представляющими собой отражающие покрытия 5, 6 и 7 на гранях 8, 9 и 10 активного
элемента 2. Зеркала 6 и 7 имеют максимально высокий коэффициент отражения для излучения лазера на ионах гольмия на длине волны 2,1 мкм, а зеркало 5 полупрозрачно для
этого излучения и является выходным зеркалом для заявляемого лазера.
Устройство работает следующим образом. Через грань 3 активного элемента 1 вводят
излучение от внешнего источника накачки, причем, коэффициент отражения грани 3 для
этого излучения минимален. В результате в лазере на активном элементе 1 в резонаторе,
образованном зеркалами 3 и 4, возникает стимулированное излучение ионов тулия на
длине волны 1,9 мкм. Это излучение возбуждает активаторы, введенные в матрицу активного элемента 2 - примесные ионы гольмия, и возникает генерация когерентного электромагнитного излучения на вынужденных переходах этих ионов (длина волны 2,1 мкм).
Начиная от выходного зеркала 5 световое излучение на этой длине волны распространяется,
попеременно отражаясь от каждого из боковых зеркал 6 и 7 (с уменьшением угла падения
после каждой пары отражений на 2 а) и усиливаясь за счет вынужденного испускания при
его распространении через активный элемент 2. После N отражений (N = 1 + ϕ/α - число
отражений за половину обхода резонатора) угол падения становится равным нулю, происходит обратное отражение и самовоспроизведение всего пути распространения вплоть до
исходной точки на зеркале 5. Варьируя углы ϕ и α, можно изменять число проходов N;
тем самым можно получить полную длину L пути одного прохода луча по такому резонатору, намного превышающую его рабочую длину l. Длины L и l определяются соотношениями:
ϕ/α


L = d 1 / Cosϕ + Cos(ϕ + α∑1 /{Cos[ϕ − (k − 1)α]Cos(ϕ − kα},
K =1


Cos
(
ϕ
+
α
)


l = d Ctgα −
,
Sinα 

где α и d - угол и максимальное расстояние между гранями 9 и 10 активного элемента
2, ϕ - угол между гранями 8 и 10, l - длина грани 10 (фиг. 1).
При достаточно малых величинах а могут быть реализованы значения L = (2÷10) l, что
приводит к более полному использованию энергии, накопленной внутри кристаллического активного элемента, и повышению компактности этих устройств, а также позволяет использовать твердотельные активные вещества с малыми коэффициентами усиления и
интенсивностью насыщения.
В предложенной конструкции существенно улучшается энергосъем со всего объема
активного элемента и легко решается проблема ввода излучения накачки; использование
планарной конфигурации активного элемента обеспечивает высокую эффективность теплоотвода, что в сочетании с зигзагообразным распространением генерируемого излучения в
3
BY 6262 C1
активной среде практически ортогонально направлению излучения накачки позволяет минимизировать влияние термооптических искажений.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет создать компактный твердотельный лазер, обладающий высокой однородностью и мощностью накачки, приводящие к
увеличению мощности генерации и обеспечивающий увеличение эффективной длины
прохода лазерного излучения по твердотельному активному элементу, что дает возможность использовать твердотельные вещества с небольшими коэффициентом усиления и
интенсивностью насыщения.
Источники информации:
1. C.Bollig, R.A.Hayward et. al. // Opt. Lett.- 1998. - V. 23, N 22. - P. 1757-1762.
2. R.C.Stoneman, L.Esterowitz // OSAProc. on Advanc. Solid-State Lasers. - 1992. - V.13. P. 114-118.
Фиг. 2
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
136 Кб
Теги
by6262, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа