RU185400U1

RU185400U1 - PULSE SOLID LASER

Info

Publication number: RU185400U1
Application number: RU2018125978U
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Ляшенко; Полина Сергеевна Бирюкова
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2018-07-13
Publication date: 2018-12-04

Abstract

Полезная модель относится к лазерной технике, а именно к твердотельным лазерам. Импульсный твердотельный лазер содержит в резонаторе два зеркала, два поляризатора, оптически изотропный активный элемент, 90-градусный вращатель плоскости поляризации излучения, два поворотных зеркала. Между поворотными зеркалами дополнительно установлены 90-градусный вращатель плоскости поляризации излучения и электрооптический элемент в форме прямоугольного параллелепипеда. Два зеркала резонатора выполнены полупрозрачными. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения числа выходных каналов излучения импульсного твердотельного лазера с одинаковой энергией моноимпульсов излучения в каждом канале. 1 ил.

The utility model relates to laser technology, namely to solid-state lasers. A pulsed solid-state laser contains two mirrors, two polarizers, an optically isotropic active element, a 90-degree rotator of the plane of polarization of radiation, two rotary mirrors in the cavity. Between the rotary mirrors, an additional 90-degree rotator of the plane of polarization of radiation and an electro-optical element in the form of a rectangular parallelepiped are additionally installed. Two resonator mirrors are made translucent. The technical result consists in providing the possibility of increasing the number of output channels of the radiation of a pulsed solid-state laser with the same energy of single-pulse radiation in each channel. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к лазерной технике, в частности к твердотельным импульсным лазерам.The utility model relates to laser technology, in particular to solid-state pulsed lasers.

Импульсные твердотельные лазеры с модуляцией добротности резонатора, как генераторы мощных импульсов излучения (моноимпульсов) в наносекундном диапазоне длительностей импульсов, широко применяются в научно-прикладных исследованиях, в медицинских аппаратах, в системах экологического мониторинга окружающей среды, в технологических установках.Pulsed solid-state lasers with Q-switching of the resonator, as generators of powerful radiation pulses (monopulses) in the nanosecond range of pulse durations, are widely used in scientific and applied research, in medical devices, in environmental monitoring systems, in technological installations.

В качестве лазеров ИК спектрального диапазона часто используются лазеры на кристаллах, содержащих ионы Nd³⁺ (АИГ: Nd, ГСГГ: Cr, Nd, ИСГГ: Сг, Nd) Для модуляции добротности резонатора используются затворы на основе электрооптических элементов из кристаллов DKDP, LiNbO₃, RTP, КТР.As lasers of the IR spectral range, lasers based on crystals containing Nd ³⁺ ions (AIG: Nd, GHGH: Cr, Nd, ISHG: Cr, Nd) are often used. To modulate the quality factor of the resonator, gates based on electro-optical elements made of DKDP, LiNbO ₃ crystals are used , RTP, KTR.

Известен твердотельный лазер, содержащий резонатор, образованный частично прозрачным и глухим зеркалами, внутри которого установлены активный элемент, поляризатор и электрооптический элемент[1].A known solid-state laser containing a resonator formed by partially transparent and dull mirrors, inside of which an active element, a polarizer and an electro-optical element are installed [1].

Пространственная структура многомодового излучения данного лазера в режиме модуляции добротности резонатора является неоднородной, что снижает КПД лазера и эффективность процессов преобразования в другие спектральные диапазоны методами нелинейной оптики.The spatial structure of multimode radiation of a given laser in the cavity Q-switching modulation mode is heterogeneous, which reduces the laser efficiency and the efficiency of the processes of conversion to other spectral ranges by nonlinear optics methods.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является импульсный твердотельный лазер, содержащий в резонаторе два зеркала, два поляризатора, оптически изотропный активный элемент, 90-градусный вращатель плоскости поляризации излучения, два поворотных зеркала, обеспечивающие дополнительные проходы излучением активного элемента[2].The closest in technical essence to the proposed utility model is a pulsed solid-state laser containing two mirrors, two polarizers, an optically isotropic active element, a 90-degree rotator of the plane of radiation polarization, two rotary mirrors providing additional passages by radiation of the active element [2].

Из резонатора лазера-прототипа [2] излучение выводится из частично прозрачного зеркала по одному каналу.From the cavity of the prototype laser [2], radiation is output from a partially transparent mirror through one channel.

Для использования в многоканальных лазерных системах часто требуются многоканальные лазеры. В этом случае устройство лазерной системы значительно упрощается, так как отпадает необходимость установки специального многоканального делителя после одноканального лазера.For use in multi-channel laser systems, multi-channel lasers are often required. In this case, the device of the laser system is greatly simplified, since there is no need to install a special multi-channel divider after a single-channel laser.

Задачей полезной модели является повышение числа выходных каналов излучения импульсного твердотельного лазера.The objective of the utility model is to increase the number of output channels of the radiation from a pulsed solid-state laser.

Поставленная задача решается за счет того, что в импульсном твердотельном лазере, содержащим в резонаторе два зеркала, два поляризатора, оптически изотропный активный элемент, 90-градусный вращатель плоскости поляризации излучения, два поворотных зеркала, обеспечивающие дополнительные проходы излучением активного элемента, между поворотными зеркалами дополнительно установлены 90-градусный вращатель плоскости поляризации излучения и электрооптический элемент в форме прямоугольного параллелепипеда, при этом два зеркала резонатора выполнены полупрозрачными.The problem is solved due to the fact that in a pulsed solid-state laser containing two mirrors in the resonator, two polarizers, an optically isotropic active element, a 90-degree rotator of the plane of polarization of radiation, two rotary mirrors, which provide additional passages by radiation of the active element, between the rotary mirrors a 90-degree rotator of the plane of polarization of radiation and an electro-optical element in the form of a rectangular parallelepiped are installed, with two resonator mirrors olneny translucent.

Применение в импульсном твердотельном лазере второго 90-градусного вращателя плоскости поляризации излучения, электрооптического элемента в форме прямоугольного параллелепипеда и полупрозрачных зеркал резонатора позволило реализовать четырехканальный азер с одинаковой энергией моноимпульсов излучения в каждом канале.The use of a second 90-degree rotator of the plane of polarization of radiation, an electro-optical element in the form of a rectangular parallelepiped, and translucent resonator mirrors in a pulsed solid-state laser made it possible to realize a four-channel Azer with the same energy of single-pulse radiation in each channel.

На чертеже представлена оптическая схема полезной модели.The drawing shows an optical diagram of a utility model.

Резонатор лазера образован полупрозрачными зеркалами 1 и 2, имеющие коэффициент отражения 0,5. По направлению от зеркала 1 к зеркалу 2 по ходу излучения расположены пластина-поляризатор 3, активный элемент 4 из оптически изотропного кристалла, 90-градусный вращатель из оптически активного кристаллического кварца 5, пластина-поляризатор 6, поворотное зеркало 7, электрооптический элемент 8 в форме прямоугольного параллелепипеда, второй 90-градусный вращатель плоскости поляризации излучения 9, поворотное зеркало 10, направляющее излучение при отражении от пластины-поляризатора 3 через активный элемент 4, вращатель 5 и пластину-поляризатор 6 к зеркалу 2.The laser cavity is formed by translucent mirrors 1 and 2 having a reflection coefficient of 0.5. In the direction from mirror 1 to mirror 2, a polarizer plate 3, an active element 4 from an optically isotropic crystal, a 90-degree rotator from optically active crystalline quartz 5, a polarizer plate 6, a rotary mirror 7, an electro-optical element 8 in the form a rectangular parallelepiped, a second 90-degree rotator of the plane of polarization of radiation 9, a rotary mirror 10, directing radiation when reflected from the polarizing plate 3 through the active element 4, the rotator 5 and the polarizing plate 6 to mirror 2.

В качестве активного элемента 4 могут быть использованы элементы из оптически изотропных кристаллов АИГ: Nd, ГСГГ: Cr, Nd, ИСГГ: Cr, Nd.As the active element 4 can be used elements from optically isotropic crystals of AIG: Nd, GHA: Cr, Nd, ISGG: Cr, Nd.

В качестве электрооптического элемента 8 могут быть использованы элементы в форме прямоугольного параллелепипеда из кристаллов DKDP, LiNbO₃, RTP, КТР и др.As the electro-optical element 8 can be used elements in the form of a rectangular parallelepiped of crystals DKDP, LiNbO ₃ , RTP, KTP, etc.

Предлагаемый лазер работает следующим образом:The proposed laser operates as follows:

В импульсно-периодическом режиме за время каждого импульса накачки при «закрытом» электрооптическом затворе, образованном двумя поляризаторами 3 и 6, 90-градусном вращателем плоскости поляризации излучения 9 и электрооптическим элементом 8, в случае отсутствия напряжения на электродах элемента 8 происходит накопление инверсной населенности или рост коэффициента усиления в активном элементе 4. Когда коэффициент усиления достигает максимального значения, на электроды электрооптического элемента подается импульс высоковольтного напряжения, формирующий в элементе двулучепреломляющую «пластинку», эквивалентную пластинке λ/4, преобразующую состояние поляризации излучения с длиной волны λ из линейного в циркулярное.In a pulse-periodic mode, during each pump pulse with a “closed” electro-optical shutter formed by two polarizers 3 and 6, a 90-degree rotator of the plane of polarization of radiation 9 and electro-optical element 8, in the absence of voltage on the electrodes of element 8, an inverse population accumulates or gain increase in the active element 4. When the gain reaches its maximum value, a high-voltage voltage pulse is applied to the electrodes of the electro-optical element which forms a birefringent “plate” in the element, which is equivalent to the λ / 4 plate, transforms the state of polarization of radiation with a wavelength λ from linear to circular.

Таким образом, попадая на поляризатор 3, излучение с циркулярной поляризацией разделяется на два одинаковых пучка: выходной с линейной поляризацией в плоскости чертежа и отраженный в активный элемент 4 с линейной поляризацией в вертикальной плоскости.Thus, getting on the polarizer 3, the radiation with circular polarization is divided into two identical beams: the output with linear polarization in the plane of the drawing and reflected in the active element 4 with linear polarization in the vertical plane.

Аналогичным образом разделяется на пластине-поляризаторе 6 излучение, распространяющее от зеркала 2 к зеркалу 1.In a similar manner, radiation propagating from mirror 2 to mirror 1 is separated on the polarizing plate 6.

Вследствие симметрии расположения зеркал и поляризаторов относительно активного элемента и значения коэффициентов отражения полупрозрачных зеркал 1 и 2, равных 0,5 при разделении пучков в равных по энергии моноимпульсов долях на поляризаторах, во всех четырех выходных каналах из резонатора энергии моноимпульсов излучения будут одинаковыми по величине.Due to the symmetry of the arrangement of the mirrors and polarizers relative to the active element and the reflection coefficients of the semitransparent mirrors 1 and 2, equal to 0.5 when the beams are divided in equal fractions of monopulses on the polarizers, in all four output channels from the resonator, the monopulse radiation energies will be the same in magnitude.

Предлагаемый импульсный твердотельный лазер является четырехканальным с одинаковой энергией моноимпульсов излучения в каждом канале и, таким образом, превосходит лазер-прототип по числу выходных каналов в 4 раза.The proposed pulsed solid-state laser is four-channel with the same energy of single-pulse radiation in each channel and, thus, exceeds the laser prototype by the number of output channels by 4 times.

Таким образом, задача по повышению числа выходных каналов излучения импульсного твердотельного лазера в предлагаемой полезной модели является выполненной.Thus, the task of increasing the number of output channels of the radiation of a pulsed solid-state laser in the proposed utility model is accomplished.

Источники информации:Information sources:

1. Г.М.Зверев, Ю.Д. Голяев. Лазеры на кристаллах и их применение. М. «Радио и связь», «Рикел», 1994, с. 237.1. G.M. Zverev, Yu.D. Golyaev. Crystal lasers and their application. M. "Radio and communications", "Rickel", 1994, p. 237.

2. В.М. Гармаш, А.И. Ляшенко, Е.А.Исаева. Эффективные моноимпульсные лазеры на АИГ: Nd³⁺ с резонаторами на основе оптических схем двухпроходных усилителей, Физические основы приборостроения, 2016, т. 5, №3, с. 50. - прототип.2. V.M. Garmash, A.I. Lyashenko, E.A. Isaev. Effective monopulse lasers YAG: Nd ³⁺ with resonators based on optical systems two pass amplifiers, Physical Basis for 2016, that is 5, №3, p.. 50. - prototype.

Claims

A pulsed solid-state laser containing two mirrors, two polarizers, an optical isotropic active element, a 90-degree rotator of the plane of polarization of radiation, two rotary mirrors providing the second pass of the active element with radiation from the active element, characterized in that 90- a degree rotator of the plane of polarization of radiation and an electro-optical element in the form of a rectangular parallelepiped, while two resonator mirrors are made half achnymi.