close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY9071

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 9071
(13) C1
(19)
(46) 2007.04.30
(12)
7
(51) H 01S 3/05
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
ЖИДКОСТНЫЙ ЛАЗЕР С ОПТИЧЕСКОЙ НАКАЧКОЙ
BY 9071 C1 2007.04.30
(21) Номер заявки: a 20040400
(22) 2004.05.05
(43) 2005.12.30
(71) Заявители: Государственное научное
учреждение "Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси"; Государственное научное учреждение
"Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Жуковский Виктор Владимирович; Некрашевич Ярослав Ильич (BY)
(73) Патентообладатели: Государственное
научное учреждение "Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси"; Государственное научное учреждение
"Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) Mandl A. Multipulse operation of a high
average power, good beam quality zigzag dye laser // IEEE Journal of quantum
electronics. - 1996. - V. 32. - № 3. - P. 378-382.
BY a20001074, 2002.
BY a20010133, 2002.
RU 2145138 C1, 2000.
GB 1053166 A, 1966.
(57)
Жидкостный лазер с оптической накачкой, содержащий резонатор, образованный двумя плоскими боковыми стенками (1, 2) кюветы, заполненной раствором активной среды
(7), с высокоотражающими для излучения лазерной генерации зеркальными покрытиями
(8, 9) на поверхности каждой из них, отличающийся тем, что две указанные стенки установлены под углом α друг к другу, торцевая стенка (5) кюветы, установленная под углом
ϕ к стенке (2), выполнена с полупрозрачным для излучения лазерной генерации покрытием (10) на поверхности, боковые (3, 4) и торцевая (6) стенки кюветы выполнены с возможностью осуществления через них оптической накачки, причем углы α и ϕ связаны с
числом N отражений лазерного луча от отражающих покрытий до момента первого обратного отражения от одного из них выражением:
ϕ / α = N - 1,
при этом боковые (1, 2) и торцевая (5) стенки кюветы, внешние плоские поверхности которых параллельны внутренним, выполнены из прозрачного для излучения генерации, а боковые (3, 4) и торцевая (6) стенки кюветы - из прозрачного для излучения накачки материала.
Фиг. 1
BY 9071 C1 2007.04.30
Предлагаемое изобретение относится к области квантовой электроники и лазерной
физики и может найти применение при разработке лазеров с активными веществами на
растворах органических соединений или других химических элементов, в научных исследованиях, технике, медицине и т.д.
Известен жидкостный лазер на красителе с поперечной лазерной накачкой, содержащий резонатор, образованный двумя зеркалами, одно из которых имеет высокий коэффициент отражения на длине волны излучения лазера, а второе частично прозрачно для этого
излучения, и активную среду в виде раствора, помещенную в кювету, расположенную
между зеркалами на оптической оси резонатора [1].
Недостатком данного лазера является неоднородность распределения интенсивности
лазерного излучения по сечению пучка.
Известен также жидкостный лазер на красителе с ламповой накачкой, резонатор которого образован двумя выносными зеркалами, в котором, как и в лазере [1], кювета с раствором красителя расположена на оптической оси резонатора [2].
Недостатком данного лазера является невозможность осуществления равномерного по
всему объему лазерной кюветы нагрева жидкости при поглощении излучения накачки, что
приводит к ее значительной оптической неоднородности, а следовательно, и к неоднородности распределения лазерного излучения по сечению пучка и увеличению его расходимости.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому изобретению является жидкостный лазер с оптической накачкой [3], который содержит резонатор и активную среду. Кювета с красителем имеет планарную конфигурацию, позволяющую повысить однородность возбуждения всего объема раствора с красителем и улучшить условия
его охлаждения. Это, а также использование резонатора типа "zig-zag", в котором лазерное излучение распространяется практически ортогонально направлению накачки, позволяет существенно уменьшить влияние термооптических эффектов в растворе красителя на
качество пучка излучения лазера.
Основными недостатками данного устройства являются ограничение мощности накачки из-за ее невысокой однородности, большие потери излучения генерации на усиленную люминесценцию между двумя боковыми стенками кюветы, а также неэффективность
энергосъема со всего объема раствора с красителем, обусловленная принципиально небольшим числом проходов лазерного излучения в растворе с красителем, ограничиваемым
большим углом полного внутреннего отражения излучения от боковых стенок кюветы;
кроме того, устройство сложно технически и недостаточно компактно.
Задачей предлагаемого изобретения является создание компактного жидкостного лазера с высокой мощностью и однородностью накачки, приводящими к увеличению выходной мощности генерации, повышению качества пучка излучения, и позволяющего увеличить эффективную длину прохода лазерного излучения по активной среде, что дает
возможность использовать в качестве активных сред растворы веществ с относительно
небольшими коэффициентами усиления и интенсивностью насыщения.
Для выполнения поставленной задачи авторами был создан жидкостный лазер с оптической накачкой, содержащий резонатор, образованный двумя плоскими боковыми стенками (1, 2) кюветы, заполненной раствором активной среды (7), с высокоотражающими
для излучения лазерной генерации зеркальными покрытиями (8, 9) на поверхности каждой
из них (фиг. 1-3).
Новым, по мнению авторов, является то, что две указанные стенки установлены под
углом α друг к другу, торцевая стенка (5) кюветы, установленная под углом ϕ к стенке (2),
выполнена с полупрозрачным для излучения лазерной генерации покрытием (10) на поверхности, боковые (3, 4) и торцевая (6) стенки кюветы выполнены с возможностью осуществления через них оптической накачки, причем углы α и ϕ связаны с числом N отражений
лазерного луча от отражающих покрытий до момента первого обратного отражения от одного из них выражением:
ϕ/α = N - l,
2
BY 9071 C1 2007.04.30
при этом боковые (1, 2) и торцевая (5) стенки кюветы, внешние плоские поверхности которых параллельны внутренним, выполнены из прозрачного для излучения генерации материала, а боковые (3, 4) и торцевая (6) стенки кюветы - из прозрачного для излучения накачки материала.
Предлагаемое устройство изображено на фиг. 1, 2 и 3, где фиг. 1 показывает вид жидкостного лазера спереди, фиг. 2 - слева и фиг. 3 - сверху.
Жидкостный лазер содержит кювету, образованную герметически или на оптическом
контакте соединенными плоскопараллельными боковыми (1-4) и торцевыми (5-6) стенками, заполненную жидкой активной средой (7). Все стенки кюветы выполнены из материалов, прозрачных в спектральных областях лазерного излучения и излучения накачки. В
качестве активных сред могут быть использованы растворы различных органических или
неорганических химических веществ (активаторов), например молекул красителей, комплексов редкоземельных элементов и т.д. Ортогональные стенкам (2, 3, 4) кюветы поперечные сечения активной среды в направлении длины кюветы имеют вид прямоугольников с плавно меняющимися размерами сторон на боковых стенках (3, 4).
Резонатор жидкостного лазера образован двумя противолежащими боковыми плоскопараллельными стенками (1, 2), имеющими высокоотражающие для излучения генерации
зеркальные покрытия (8, 9) и наклоненными под углом α друг к другу, и третьей плоскопараллельной торцевой стенкой (5), имеющей полупрозрачное для излучения генерации
зеркальное покрытие (10) и расположенной под углом ϕ к боковой стенке (2). В варианте
жидкостного лазера, представленном на фиг. 1-3, зеркальные покрытия (8, 9, 10), отражающие лазерное излучение, нанесены на внутренние поверхности стенок (1, 2, 5) кюветы, однако в случае использования жидких активных сред, приводящих к разрушению отражающих покрытий, последние наносятся на внешние поверхности стенок (1, 2, 5)
кюветы. В случае необходимости прокачки жидкой активной среды, например при работе
лазера с высокой частотой повторения импульсов, в боковых стенках кюветы могут быть
сделаны отверстия для подключения к проточной системе. Оптическая накачка активной
среды (например, с помощью газоразрядных импульсных ламп или лазерных источников
излучения) осуществляется через стенки (3, 4 или 6) кюветы. Теплоотвод со всего объема
активной среды в зависимости от конфигурации использования и свойств источника накачки осуществляется через стенки (1-4, 6) или прокачкой активной среды в кювете.
Устройство работает следующим образом. Через стенки (3, 4 или 6) кюветы в жидкую
активную среду (7), содержащую ионы, молекулы или комплексы вещества активатора,
например молекулы красителя родамина 4С (активатор), растворенные в этиловом спирте
[1], вводят излучение от внешнего источника, например излучение 2-й гармоники лазера
на неодимовом стекле (λ = 0,53 мкм) [1], для оптической накачки вещества активатора.
Излучение накачки поглощается ионами, молекулами или комплексами (активаторами) в
растворе и создает в них инверсную заселенность энергетических уровней. В результате
вынужденных переходов между этими уровнями в активной среде жидкостного лазера
возникает генерация когерентного электромагнитного излучения (например, в лазере на
красителе родамина 4С в этиловом спирте генерация осуществляется в спектральном диапазоне 588-606 нм).
Начиная от выходного зеркала (10) световой луч распространяется в кювете, попеременно отражаясь от каждого из боковых зеркал (8, 9) (с уменьшением угла падения после
каждой пары отражений на 2α) и усиливаясь за счет вынужденного испускания при его
распространении в активной среде (7). Ход светового луча в активной среде (7) изображен
пунктирной линией на фиг. 1. После N отражений угол падения луча на одно из высокоотражающих зеркал (8 или 9) становится равным нулю, происходит обратное отражение и
самовоспроизведение всего пути распространения вплоть до исходной точки на зеркале
(10). 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 рабочую длину l активной среды, отношение L/l определяется выражением:
3
BY 9071 C1 2007.04.30
ϕ/α
1 / Cosϕ + Cos(ϕ + α) ∑1 /{Cos[ϕ − (k − 1)α]Cos(ϕ − kα)}
L
k =1
.
=
l
Ctgα − Cos(ϕ + α) / Sinα
При достаточно малых величинах α могут быть реализованы значения L=(2÷10)l, что
приводит к более полному по сравнению с прототипом [3] использованию энергии, накопленной внутри жидкой активной среды, и повышению компактности жидкостного лазера, а также позволяет использовать жидкие активные среды с малыми коэффициентами
усиления и интенсивностью насыщения. Заметим при этом, что в устройстве [3] отношение L/l невелико, оно ограничено величиной показателя преломления n материала стенки
кюветы: n>L/l.
В предложенной конструкции существенно улучшается энергосъем со всего объема
активной среды и легко решается проблема ввода излучения накачки, при этом площадь
зоны накачки может охватывать всю поверхность сторон (3, 4 и 6) кюветы. Сохраняются и
основные преимущества прототипа - использование планарной конфигурации активного
элемента обеспечивает высокую эффективность теплоотвода, что в сочетании с зигзагообразным распространением генерируемого излучения в активной среде практически ортогонально направлению излучения накачки позволяет минимизировать влияние термооптических искажений.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет создать компактный жидкостный
лазер, обладающий высокой однородностью и мощностью накачки, приводящими к увеличению мощности генерируемого излучения, и обеспечивающий увеличение эффективной длины прохода лазерного излучения в активной среде, что дает возможность использовать жидкие активные среды с небольшими коэффициентом усиления и интенсивностью
насыщения.
Источники информации:
1. Бураков В.С., Самсон А.М., Жуковский В.В., Исаевич А.В. Журнал прикладной
спектроскопии. - 1987. - Т.46. - № 6. - С. 912 - 917.
2. Шеффер Ф.П. Принципы действия лазеров на красителях. В кн.: Лазеры на красителях / Под ред. Ф.П. Шефера. - М.: Мир, 1976. - С. 75 - 79.
3. Mandl A., Klimek D.E. IEEE J. Quant. Electron. - 1996. - Vol. 32. - №3. - P. 378 - 382.
Фиг. 2
Фиг. 3
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
105 Кб
Теги
by9071, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа