RU2300834C2 - Compact continuous solid-state fcd laser (alternatives) - Google Patents

Compact continuous solid-state fcd laser (alternatives) Download PDF

Info

Publication number
RU2300834C2
RU2300834C2 RU2005111363/28A RU2005111363A RU2300834C2 RU 2300834 C2 RU2300834 C2 RU 2300834C2 RU 2005111363/28 A RU2005111363/28 A RU 2005111363/28A RU 2005111363 A RU2005111363 A RU 2005111363A RU 2300834 C2 RU2300834 C2 RU 2300834C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
raman
medium
radiation
continuous
Prior art date
Application number
RU2005111363/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005111363A (en
Inventor
Александр Степанович Грабчиков (BY)
Александр Степанович Грабчиков
Александр Анатольевич Демидович (BY)
Александр Анатольевич Демидович
Виктор Александрович Лисинецкий (BY)
Виктор Александрович Лисинецкий
Валентин Антонович Орлович (BY)
Валентин Антонович Орлович
Original Assignee
Государственное Научное Учреждение Институт Физики им. Б.И. Степанова Национальной Академии наук Беларуси
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное Научное Учреждение Институт Физики им. Б.И. Степанова Национальной Академии наук Беларуси filed Critical Государственное Научное Учреждение Институт Физики им. Б.И. Степанова Национальной Академии наук Беларуси
Publication of RU2005111363A publication Critical patent/RU2005111363A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2300834C2 publication Critical patent/RU2300834C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: laser engineering.
SUBSTANCE: proposed laser wherein generation takes place in the course of forced combination dissipation (FCD) has continuous pumping source and cavity holding FCD medium; in addition it is provided with solid-state lasing medium disposed within FCD laser cavity; mirrors of the latter are characterized in ultimately high reflectivity at laser medium generation wavelength and optimal ones at FCD radiation wavelength, as well as ultimately high transmittance at pumping source wavelength. In addition, continuous laser pumping source can be disposed on lateral side of laser medium in which case cavity mirrors used in laser have maximal reflectances at laser medium generation wavelength.
EFFECT: facilitated manufacture.
14 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к области лазерной техники, в частности к непрерывным ВКР-лазерам (лазерам, генерация в которых осуществляется в процессе вынужденного комбинационного рассеяния - ВКР), и может быть применено в нелинейной оптике, аналитической спектроскопии, оптическом приборостроении, медицине, экологии, оптических коммуникационных системах, в системах лазерного анализа состава атмосферы и т.д.The invention relates to the field of laser technology, in particular to continuous Raman lasers (lasers, the generation of which is carried out in the process of stimulated Raman scattering - Raman scattering), and can be applied in nonlinear optics, analytical spectroscopy, optical instrumentation, medicine, ecology, optical communication systems, in systems for laser analysis of atmospheric composition, etc.

ВКР является широко распространенным методом преобразования частоты лазерного излучения в новые спектральные области. Разнообразие комбинационно активных (или так называемых рамановских) сред в сочетании с различными по частоте лазерами накачки позволяет получать излучение, в том числе перестраиваемое, в диапазоне от УФ до ИК области спектра. Сложность, однако, состоит в том, что сечение двухфотонных оптических процессов, к которым относится комбинационное рассеяние, весьма мало (σкр~10-30 см-1), и, это в свою очередь, приводит к низкому коэффициенту усиления ВКР. Типичные значения коэффициентов усиления ВКР составляют 1-3 см·ГВт-1 для газообразных и жидких комбинационно активных сред и 3-50 см·ГВт-1 для комбинационно активных кристаллов. Вследствие этого для достижения порога возбуждения ВКР требуется применение либо очень высоких интенсивностей накачки, либо активных сред большой длины [1].SRS is a widespread method for converting the frequency of laser radiation into new spectral regions. A variety of combinationally active (or so-called Raman) media in combination with different-frequency pump lasers allows one to obtain radiation, including tunable radiation, in the range from UV to IR. The difficulty, however, lies in the fact that the cross section of two-photon optical processes, which include Raman scattering, is very small (σ cr ~ 10-30 cm -1 ), and this, in turn, leads to a low Raman gain. Typical Raman amplification factors are 1-3 cm · GW -1 for gaseous and liquid Raman active media and 3-50 cm · GW -1 for Raman active crystals. As a result, to achieve the SRS excitation threshold, either very high pump intensities or long-range active media are required [1].

В настоящее время, как правило, компактные твердотельные ВКР-лазеры являются импульсными излучателями, в которых высокая плотность мощности на частоте, преобразуемой в процессе ВКР, достигается за счет использования мощных лазерных импульсов с длительностями менее 200 нс [2].Currently, as a rule, compact solid-state Raman lasers are pulsed emitters in which a high power density at a frequency converted in the process of stimulated Raman scattering is achieved by using high-power laser pulses with durations of less than 200 ns [2].

Проблемой является создание непрерывных компактных полностью твердотельных эффективных источников лазерного излучения, генерирующих в нужных спектральных областях, что позволило бы более широко использовать их, например, в аналитической спектроскопии, в частности, в системах лазерного анализа состава атмосферы с целью выявления загрязнений.The problem is the creation of continuous compact fully solid-state effective sources of laser radiation that generate in the necessary spectral regions, which would make it possible to use them more widely, for example, in analytical spectroscopy, in particular, in atmospheric composition laser analysis systems to detect pollution.

Генерация в непрерывном режиме может быть достигнута в ВКР-лазерах с комбинационно активной средой в виде оптического волокна. В этом случае необходимое усиление достигается за счет большой (десятки метров) длины взаимодействия лазерного излучения накачки с ВКР-активной средой и малого (несколько микрометров) диаметра волокна, позволяющего увеличить в нем плотность мощности накачки.Continuous generation can be achieved in Raman lasers with a Raman active medium in the form of an optical fiber. In this case, the necessary gain is achieved due to the large (tens of meters) length of interaction of the pump laser radiation with the Raman-active medium and the small (several micrometers) fiber diameter, which makes it possible to increase the pump power density in it.

Известно устройство, генерирующее непрерывное ВКР-излучение в резонаторе, включающем в себя твердотельное оптическое волокно [3]. Устройство состоит из источника непрерывной лазерной накачки, резонатора, образованного выходным зеркалом лазера накачки и высокоотражающим зеркалом и включающего в себя стеклянное оптическое волокно, являющееся ВКР-средой, и оптических средств выведения ВКР-излучения из резонатора. Для эффективного введения излучения накачки в оптическое волокно используются микрообъективы (например, 20х), состыкованные с оптическим волокном. Оптическое волокно имеет низкие потери (менее 50 дБ/км) и длину - несколько десятков метров. Недостатком устройства является необходимость использования в качестве источника накачки лазера с низкой расходимостью для эффективного введения излучения накачки в волокно и относительно большие размеры устройства, связанные с использованием длинной комбинационно активной среды.A device is known that generates continuous Raman radiation in a cavity including a solid-state optical fiber [3]. The device consists of a source of continuous laser pumping, a resonator formed by the output mirror of the pump laser and a highly reflective mirror and including a glass optical fiber, which is a Raman medium, and optical means for removing Raman radiation from the resonator. To effectively introduce pump radiation into an optical fiber, micro lenses (for example, 20 x ) coupled to the optical fiber are used. Optical fiber has low losses (less than 50 dB / km) and a length of several tens of meters. The disadvantage of this device is the need to use a low-divergence laser as an pump source for efficiently introducing pump radiation into the fiber and the relatively large size of the device associated with the use of a long Raman active medium.

Наиболее близким к заявляемому лазеру в обоих вариантах является непрерывный ВКР-лазер с высокодобротным резонатором [4]. Устройство содержит источник непрерывной лазерной накачки и перестраиваемый с помощью пьезоэлемента внешний (по отношению к источнику лазерной накачки) резонатор, образованный высокоотражающими зеркалами, обеспечивающими резкость создаваемого интерферометра Фабри-Перо более 50000. Резонатор содержит ВКР-среду, в частности молекулярный водород. Получение непрерывной ВКР-генерации в таком устройстве достигается за счет накопления излучения поля накачки в высокодобротном резонаторе, который с помощью пьезоэлемента настраивается таким образом, что длины волн как накачки, так и ВКР-излучения являются для него резонансными. При этом возникают условия для эффективного преобразования энергии накачки в энергию ВКР-излучения. Недостатком устройства является высокая сложность его технической реализации, связанная с особой технологией нанесения высокоотражающих (R≈99,995%) зеркальных покрытий и необходимостью поддержания оптической длины резонатора с субмикронной точностью.Closest to the claimed laser in both cases is a continuous Raman laser with a high-Q cavity [4]. The device contains a source of continuous laser pumping and an external (with respect to the laser pumping source) tunable with a piezoelectric element resonator formed by highly reflective mirrors that provide a Fabry-Perot interferometer with a sharpness of more than 50,000. The resonator contains a Raman medium, in particular molecular hydrogen. Obtaining continuous Raman generation in such a device is achieved by accumulating the radiation of the pump field in a high-Q resonator, which is tuned using a piezoelectric element so that the wavelengths of both the pump and Raman radiation are resonant for it. In this case, conditions arise for the efficient conversion of the pump energy into the Raman energy. The disadvantage of this device is the high complexity of its technical implementation, associated with the special technology of applying highly reflective (R≈99.995%) mirror coatings and the need to maintain the optical length of the resonator with submicron accuracy.

Задачей предлагаемого изобретения является создание непрерывного компактного технологически простого в изготовлении полностью твердотельного ВКР-лазера.The objective of the invention is the creation of a continuous compact technologically simple to manufacture fully solid-state Raman laser.

Задача решается в двух вариантах следующим образом.The problem is solved in two ways as follows.

В первом варианте ВКР-лазер, содержащий непрерывный источник лазерной накачки и резонатор, в котором находится ВКР-среда, дополнительно содержит твердотельную лазерную среду, расположенную внутри резонатора ВКР-лазера, причем зеркала резонатора имеют максимально высокие коэффициенты отражения на длине волны генерации лазерной среды и оптимальные на длине волны ВКР-излучения, а также входное зеркало выполнено с максимально высоким коэффициентом пропускания на длине волны источника накачки.In the first embodiment, a Raman laser containing a cw laser source and a resonator in which the Raman medium is located further comprises a solid-state laser medium located inside the Raman laser resonator, the resonator mirrors having the highest possible reflection coefficients at the wavelength of the laser medium generation and the optimal SRS radiation at the wavelength, as well as the input mirror, are made with the highest transmittance at the wavelength of the pump source.

Лазерная среда, расположенная внутри резонатора, имеет высокий коэффициент поглощения на длине волны излучения источника лазерной накачки и высокую эффективность преобразования излучения источника лазерной накачки в лазерное излучение.The laser medium located inside the resonator has a high absorption coefficient at the wavelength of the radiation from the laser pump source and a high conversion efficiency of the radiation from the laser pump source into laser radiation.

Во втором варианте ВКР-лазер, содержащий непрерывный источник лазерной накачки и резонатор, в котором находится ВКР-среда, дополнительно содержит твердотельную лазерную среду, расположенную внутри резонатора ВКР-лазера, причем источник лазерной накачки расположен с боковой стороны лазерной твердотельной среды, а зеркала резонатора имеют максимально высокие коэффициенты отражения на длине волны генерации лазерной среды и оптимальные на длине волны ВКР-излучения.In the second embodiment, a Raman laser containing a cw laser source and a resonator in which the Raman medium is located further comprises a solid-state laser medium located inside the Raman laser cavity, the laser pump source being located on the side of the laser solid-state medium and the cavity mirrors have the highest reflection coefficients at the wavelength of the generation of the laser medium and optimal at the wavelength of the Raman radiation.

Лазерная среда, расположенная внутри резонатора, имеет высокий коэффициент поглощения на длине волны излучения источника лазерной накачки и высокую эффективность преобразования излучения источника лазерной накачки в лазерное излучение.The laser medium located inside the resonator has a high absorption coefficient at the wavelength of the radiation from the laser pump source and a high conversion efficiency of the radiation from the laser pump source into laser radiation.

В обоих вариантах реализуется единый изобретательский замысел: энергия источника лазерной накачки передается в дополнительную твердотельную лазерную среду. Для максимальной передачи энергии в первом варианте ВКР-лазера зеркала резонатора имеют максимально высокие коэффициенты пропускания на длине волны источника накачки, а во втором варианте зеркала между источником лазерной накачки и лазерной средой отсутствуют.In both cases, a single inventive concept is realized: the energy of the laser pump source is transferred to an additional solid-state laser medium. For maximum energy transfer in the first version of the Raman laser, the cavity mirrors have the highest transmittance at the wavelength of the pump source, and in the second version there are no mirrors between the laser pump source and the laser medium.

Источник лазерной накачки предпочтительно является хотя бы одним лазерным диодом.The laser pump source is preferably at least one laser diode.

Лазерная среда, расположенная внутри резонатора, может выбираться из кристаллов Nd3+:YVO4, Nd3+:YAG, Nd3+:KGW, Nd3+:LSB.The laser medium located inside the resonator can be selected from Nd 3+ : YVO 4 , Nd 3+ : YAG, Nd 3+ : KGW, Nd 3+ : LSB crystals.

ВКР-среда, расположенная внутри резонатора, может выбираться из кристаллов Ba(NO3)2, BaWO4, KGW.The Raman medium located inside the cavity can be selected from crystals of Ba (NO 3 ) 2 , BaWO 4 , and KGW.

Твердотельная лазерная среда, расположенная внутри резонатора ВКР-лазера, может одновременно являться ВКР-средой.A solid-state laser medium located inside the resonator of a Raman laser can simultaneously be a Raman medium.

Резонатор ВКР-лазера может быть "сложенным" за счет введения в резонатор дополнительного сферического зеркала, расположенного под углом 5-60° к оптической оси резонатора.The resonator of a Raman laser can be “folded” by introducing an additional spherical mirror into the resonator located at an angle of 5-60 ° to the optical axis of the resonator.

Резонатор ВКР-лазера может быть кольцевым.The Raman laser resonator may be annular.

На фиг.1 представлена основная схема предлагаемого ВКР-лазера в первом варианте исполнения.Figure 1 presents the main scheme of the proposed Raman laser in the first embodiment.

На фиг.2-7 представлены иные возможные схемы предлагаемого ВКР-лазера в первом варианте исполнения.Figure 2-7 presents other possible schemes of the proposed Raman laser in the first embodiment.

На фиг.8 представлена основная схема предлагаемого ВКР-лазера во втором варианте исполнения.On Fig presents the main scheme of the proposed Raman laser in the second embodiment.

На фиг.9 приведен график зависимости выходной мощности непрерывного ВКР-лазера, реализованного по первому варианту исполнения, от мощности накачки.Figure 9 shows a graph of the dependence of the output power of a continuous Raman laser, implemented according to the first embodiment, on the pump power.

На фиг.10 показан спектр излучения непрерывного ВКР-лазера, реализованного по первому варианту исполнения.Figure 10 shows the emission spectrum of a continuous Raman laser implemented in the first embodiment.

Схема предлагаемого непрерывного компактного твердотельною технологически простого ВКР-лазера в первом варианте (фиг.1) включает в себя лазерный диод 1 в качестве источника непрерывной лазерной накачки, оптическую фокусирующую систему 2 и лазерную твердотельную активную среду 3 и твердотельную комбинационно активную среду 4, помещенные в резонатор, образованный входным зеркалом 5 и выходным зеркалом 6. В качестве источника непрерывной лазерной накачки может быть использован как единичный лазерный диод 1, как в настоящем примере, так и система лазерных диодов. Лазерный диод 1 и оптическая система 2 размещены со стороны входного зеркала 5. Лазерная активная среда 3 расположена за входным зеркалом 5 и имеет высокий коэффициент поглощения на длине волны излучения источника лазерной накачки 1 и высокую эффективность преобразования излучения источника лазерной накачки в лазерное излучение. Входное зеркало 5 является плоским. Выходное зеркало 6 является сферическим. Зеркала 5 и 6 расположены друг относительно друга так, что резонатор является полусферическим. Входное зеркало 5 выполнено с максимальным пропусканием на длине волны излучения лазерного диода 1 и максимальным отражением на длине волны генерации твердотельной лазерной среды 3 и на длине волны излучения ВКР-среды 4. Торцы лазерной активной среды 3 и комбинационно активной среды 4 имеют антиотражающие покрытия для длин волн генерации лазерной среды 3 и излучения ВКР-среды 4. Выходное зеркало 6 выполнено с максимальным отражением на длине волны генерации твердотельной лазерной среды 3 и оптимальным отражением на длине волны излучения ВКР-среды 4. Оптическая система 2 может быть заменена или дополнена оптическим волокном.The scheme of the proposed continuous compact solid-state technologically simple Raman laser in the first embodiment (Fig. 1) includes a laser diode 1 as a source of continuous laser pumping, an optical focusing system 2, and a laser solid-state active medium 3 and a solid-state Raman active medium 4 placed in the cavity formed by the input mirror 5 and the output mirror 6. As a source of continuous laser pumping, a single laser diode 1 can be used, both in this example and EMA laser diodes. The laser diode 1 and the optical system 2 are located on the side of the input mirror 5. The laser active medium 3 is located behind the input mirror 5 and has a high absorption coefficient at the radiation wavelength of the laser pump source 1 and a high efficiency of converting the radiation of the laser pump source into laser radiation. Entrance mirror 5 is flat. The output mirror 6 is spherical. Mirrors 5 and 6 are located relative to each other so that the resonator is hemispherical. The input mirror 5 is made with a maximum transmission at the radiation wavelength of the laser diode 1 and maximum reflection at the wavelength of the generation of the solid-state laser medium 3 and at the radiation wavelength of the SRS medium 4. The ends of the laser active medium 3 and Raman active medium 4 have antireflection coatings for lengths waves generated by the laser medium 3 and the radiation of the SRS medium 4. The output mirror 6 is made with a maximum reflection at the wavelength of the generation of the solid-state laser medium 3 and the optimal reflection at the wavelength of the SRS radiation media 4. Optical system 2 can be replaced or supplemented with optical fiber.

Зеркало 5 может быть нанесено непосредственно на входной торец лазерной среды 3 (фиг.2).The mirror 5 can be applied directly to the input end face of the laser medium 3 (figure 2).

Зеркало 5 может быть нанесено непосредственно на входной торец лазерной среды 3, а зеркало 6 - на выходной торец комбинационно активной среды 4 (фиг.3). Зеркала 5 и 6 в этом случае являются плоскими, а выходной торец лазерной среды 3 и входной торец ВКР-среды 4 - "просветленными" на длину волны генерации твердотельной лазерной среды и на длину волны ВКР-излучения.Mirror 5 can be deposited directly on the input end face of the laser medium 3, and mirror 6 on the output end face of the Raman active medium 4 (Fig. 3). Mirrors 5 and 6 in this case are flat, and the output end of the laser medium 3 and the input end of the SRS medium 4 are “enlightened” by the wavelength of generation of the solid-state laser medium and by the wavelength of the Raman radiation.

Зеркало 5 может быть нанесено непосредственно на входной торец лазерной среды 3, а зеркало 6 - на выходной сферический торец комбинационно активной среды 4 (фиг.4). Выходной торец лазерной среды и входной торец ВКР-среды являются "просветленными" на длину волны генерации твердотельной лазерной среды и на длину волны ВКР-излучения.Mirror 5 can be deposited directly on the input end face of the laser medium 3, and mirror 6 - on the output spherical end face of the Raman active medium 4 (Fig. 4). The output end face of the laser medium and the input end face of the SRS medium are “enlightened” at the wavelength of generation of the solid-state laser medium and at the wavelength of the Raman radiation.

Лазерная активная среда 3, размещенная в резонаторе ВКР-лазера, может являться одновременно ВКР-средой, а резонатор может быть выполнен по одной из схем фиг.1-4 (см., например, фиг.5).The laser active medium 3 located in the resonator of the Raman laser can simultaneously be a Raman medium, and the resonator can be made according to one of the schemes of Figs. 1-4 (see, for example, Fig. 5).

Резонатор ВКР-лазера может быть "сложенным" (фиг.6). В этом случае он содержит дополнительное сферическое зеркало 7, расположенное так, что угол падения на него генерируемого в резонаторе излучения лежит в диапазоне 5-60°, в частности 45°. Сферическое зеркало 7 является высокоотражающим для излучения с длиной волны генерации лазерной среды и ВКР-излучения. Зеркала 6 и 7 выполнены с такими радиусами кривизны, что генерируемая лазерной активной средой 3 пространственная мода излучения имеет перетяжку в ВКР-среде 4. Зеркала 5 и 6 могут быть выполнены как в виде отдельных элементов, так и нанесены на входной торец лазерной среды 3 и выходной торец комбинационно активной среды 4.The resonator of the Raman laser can be "folded" (Fig.6). In this case, it contains an additional spherical mirror 7, located so that the angle of incidence on it of the radiation generated in the resonator lies in the range of 5-60 °, in particular 45 °. The spherical mirror 7 is highly reflective for radiation with a wavelength of generation of the laser medium and the Raman radiation. Mirrors 6 and 7 are made with radii of curvature such that the spatial radiation mode generated by the laser active medium 3 is constricted in the SRS medium 4. Mirrors 5 and 6 can be made as separate elements or deposited on the input end of the laser medium 3 and output end of Raman active medium 4.

Резонатор ВКР-лазера может быть кольцевым (фиг.7). В этом случае резонатор образован зеркалами 8, 9, 10, расположенными так, что углы падения на них генерируемого в резонаторе излучения лежат в интервале 5-70°, и являющимися высокоотражающими для излучения с длиной волны генерации лазерной среды. Зеркало 8 выполнено с максимальным пропусканием для длины волны источника лазерной накачки 1. Одно из зеркал (предпочтительно 9 или 10) имеет оптимальное пропускание на длине волны ВКР-излучения, а два других являются высокоотражающими для этой длины волны.The resonator of the Raman laser can be annular (Fig.7). In this case, the resonator is formed by mirrors 8, 9, 10, located so that the angles of incidence on them of the radiation generated in the resonator lie in the range of 5-70 °, and are highly reflective for radiation with a wavelength of generation of the laser medium. The mirror 8 is made with a maximum transmission for the wavelength of the laser pump source 1. One of the mirrors (preferably 9 or 10) has an optimal transmission at the SRS radiation wavelength, and the other two are highly reflective for this wavelength.

Схема предлагаемого непрерывного компактного твердотельного технологически простого ВКР-лазера во втором варианте исполнения (фиг.8) включает в себя лазерный диод 1 в качестве источника непрерывной лазерной накачки, оптическую фокусирующую систему 2 и лазерную твердотельную активную среду 3 и твердотельную комбинационно активную среду 4, помещенные в резонатор, образованный зеркалом 5 и выходным зеркалом 6. Лазерный диод 1 с оптической фокусирующей системой 2 расположен с боковой стороны твердотельной лазерной среды 4. Лазерная активная среда 3 расположена за зеркалом 5 и имеет высокий коэффициент поглощения на длине волны излучения источника лазерной накачки 1 и высокую эффективность преобразования излучения источника лазерной накачки в лазерное излучение. Зеркала 5 и 6 должны образовывать устойчивый генератор. Зеркало 5 в данном примере является плоским, а выходное зеркало 6 является сферическим. Зеркала 5 и 6 расположены друг относительно друга так, что резонатор является полусферическим. Зеркало 5 выполнено с максимальным отражением на длине волны генерации твердотельной лазерной среды 3 и на длине волны излучения ВКР-среды 4. Торцы лазерной активной среды 3 и комбинационно активной среды 4 имеют антиотражающие покрытия для длин волн генерации лазерной среды 3 и излучения ВКР среды 4. Выходное зеркало 6 выполнено с максимальным отражением на длине волны генерации твердотельной лазерной среды 3 и оптимальным отражением на длине волны излучения ВКР-среды 4. Оптическая система 2 может отсутствовать; в этом случае выходное окно источника лазерной накачки находится в непосредственном контакте с твердотельной лазерной средой.The scheme of the proposed continuous compact solid-state technologically simple Raman laser in the second embodiment (Fig. 8) includes a laser diode 1 as a source of continuous laser pumping, an optical focusing system 2, and a laser solid-state active medium 3 and a solid-state Raman active medium 4, placed into the resonator formed by the mirror 5 and the output mirror 6. The laser diode 1 with the optical focusing system 2 is located on the side of the solid-state laser medium 4. The laser active with 3 is located behind mirror 5 and has a high absorption coefficient at the radiation wavelength of the laser pump source 1 and a high efficiency of converting the radiation of the laser pump source into laser radiation. Mirrors 5 and 6 should form a stable generator. The mirror 5 in this example is flat, and the output mirror 6 is spherical. Mirrors 5 and 6 are located relative to each other so that the resonator is hemispherical. The mirror 5 is made with a maximum reflection at the generation wavelength of the solid-state laser medium 3 and at the radiation wavelength of the SRS medium 4. The ends of the laser active medium 3 and the Raman active medium 4 have antireflection coatings for the wavelengths of the generation of the laser medium 3 and the radiation of the SRS medium 4. The output mirror 6 is made with a maximum reflection at the wavelength of the generation of the solid-state laser medium 3 and optimal reflection at the wavelength of the radiation of the SRS medium 4. Optical system 2 may be absent; in this case, the output window of the laser pump source is in direct contact with the solid-state laser medium.

В обоих вариантах заявляемый лазер функционирует следующим образом. Излучение лазерного диода 1 фокусируется оптической системой 2 в лазерную активную среду 3, помещенную в резонатор ВКР-лазера, образованный зеркалами 5 и 6, накачивая ее. Лазерная среда 3 генерирует на частоте рабочего перехода в непрерывном режиме. Генерируемое лазерной средой излучение возбуждает генерацию в ВКР-лазере.In both cases, the inventive laser operates as follows. The radiation of the laser diode 1 is focused by the optical system 2 into the laser active medium 3, placed in the resonator of the Raman laser, formed by mirrors 5 and 6, pumping it. The laser medium 3 generates at the frequency of the working transition in a continuous mode. The radiation generated by the laser medium excites the generation in the Raman laser.

Дополнительное внесение генерирующей лазерной среды в резонатор для ВКР-излучения и использование в резонаторе зеркал с максимальными коэффициентами отражения на длине волны генерации лазерной среды и оптимальными для ВКР-излучения позволяет создать в резонаторе ВКР-лазера высокую плотность мощности на длине волны генерации лазерной среды, достаточную для достижения порога ВКР-генерации.The additional introduction of the generating laser medium into the resonator for Raman radiation and the use of mirrors in the resonator with the maximum reflection coefficients at the wavelength of the laser medium generation and optimal for the Raman radiation makes it possible to create a high power density in the Raman laser resonator at the laser medium wavelength sufficient to reach the threshold of stimulated Raman scattering.

Предлагаемый непрерывный ВКР-лазер компактен и технологически прост в реализации, т.к., в отличие от прототипа [4], не требуется прецизионное поддержание оптической длины резонатора. При длине резонатора, составляющей несколько сантиметров, межмодовый спектральный диапазон, как правило, значительно меньше, чем ширина спектра испускания лазерной среды и ВКР-излучения. Поэтому при возникновении генерации лазерной среды происходит самосогласование частот генерации лазерной среды и ВКР-среды с модами резонатора. Генерация излучения лазерной средой может происходить на нескольких частотах, при этом, в отличие от прототипа, генерация ВКР-излучения также будет осуществляться в многочастотном режиме.The proposed cw Raman laser is compact and technologically simple to implement, because, unlike the prototype [4], precision maintenance of the optical length of the cavity is not required. With a cavity length of a few centimeters, the intermode spectral range, as a rule, is much smaller than the width of the spectrum of the emission of the laser medium and Raman radiation. Therefore, when the generation of the laser medium occurs, self-consistent frequencies of the generation of the laser medium and the Raman medium with resonator modes occur. Generation of radiation by a laser medium can occur at several frequencies, while, in contrast to the prototype, the generation of Raman radiation will also be carried out in a multi-frequency mode.

При размещении лазерной активной среды внутри резонатора ВКР-лазера происходит также самосогласование пространственных мод лазерного и ВКР-резонаторов, что улучшает эффективность преобразования энергии источника непрерывной лазерной накачки в энергию ВКР-излучения.When the laser active medium is placed inside the Raman laser resonator, the spatial modes of the laser and Raman resonators are also self-consistent, which improves the efficiency of converting the energy of a cw laser source into Raman energy.

Внесение внутрь резонатора ВКР-лазера дополнительной лазерной активной среды, генерация которой при первом варианте исполнения лазера, как правило, происходит на пространственной моде наинизшего порядка (ТЕМ00), позволяет по сравнению с прототипом существенно снизить требования к спектральным и пространственным характеристикам излучения источника лазерной непрерывной накачки и использовать в этом качестве многомодовые лазерные диоды.The introduction of an additional laser active medium into the Raman laser resonator, the generation of which in the first embodiment of the laser, as a rule, occurs on the spatial mode of the lowest order (TEM 00 ), compared with the prototype, it significantly reduces the requirements for the spectral and spatial characteristics of the radiation from a continuous laser source pump and use as such multimode laser diodes.

Существенное снижение требований к отражающим покрытиям зеркал резонатора (не требуется достижения очень высоких коэффициентов отражения R≈99,995) также дополнительно упрощает технологию изготовления предлагаемого непрерывного ВКР-лазера по сравнению с прототипом.A significant reduction in the requirements for reflective coatings of the cavity mirrors (it is not required to achieve very high reflection coefficients R≈99.995) also further simplifies the manufacturing technology of the proposed cw Raman laser in comparison with the prototype.

Можно привести следующий неограничивающий пример реализации настоящего изобретения.The following non-limiting example implementation of the present invention.

Предлагаемый лазер реализован по схеме, приведенной на фиг.2, в которой в качестве лазерной активной среды 3 использовался кристалл Nd:YVO4 с концентрацией ионов Nd3+ 1 ат.% длиной 2 мм, вырезанный вдоль оптической оси b. Кристалл Nd:YVO4 накачивался излучением лазерного диода 1 с длиной волны 0,808 мкм. Входное и выходное зеркала резонатора имели коэффициенты отражения R≈99,95% на длинах волн 1,064 мкм и 1,196 мкм. Входное зеркало было нанесено на входной торец кристалла Nd:YVO4 и имело максимальное пропускание для излучения лазерного диода на длине волны 0,808 мкм. Выходное зеркало являлось сферическим с радиусом кривизны r=50 мм. Лазерная генерация кристалла Nd:YVO4 осуществлялась на длине волны 1,064 мкм в непрерывном режиме с одновременной ВКР-генерацией излучения на длине волны 1,196 мкм. В качестве комбинационно активной среды 4 использовался кристалл нитрата бария (Ba(NO3)2) длиной 35 мм. Выходная грань кристалла Nd:YVO4 и обе грани кристалла Ва(NO3)2 были "просветлены" для длин волн 1,06 мкм и 1,196 мкм (остаточное отражение было не более чем 0,1%). Геометрическая длина резонатора лазера составляла не более 40 мм. Максимальная мощность ВКР-излучения за выходным зеркалом ВКР-лазера составила 2 мВт при мощности лазерного диода ~1 Вт. Спектр выходного излучения ВКР-лазера приведен на фиг.9. Зависимость выходной мощности ВКР-излучения от мощности лазерного диода приведена на фиг.10.The proposed laser is implemented according to the scheme shown in FIG. 2, in which an Nd: YVO 4 crystal with an ion concentration of Nd 3+ 1 at.% 2 mm long, cut along the optical axis b, was used as the laser active medium 3. The Nd: YVO 4 crystal was pumped by the radiation of a laser diode 1 with a wavelength of 0.808 μm. The input and output mirrors of the resonator had reflection coefficients R≈99.95% at wavelengths of 1.064 μm and 1.196 μm. The input mirror was deposited on the input end of the Nd: YVO 4 crystal and had a maximum transmittance for the radiation of the laser diode at a wavelength of 0.808 μm. The output mirror was spherical with a radius of curvature r = 50 mm. Laser generation of the Nd: YVO 4 crystal was carried out at a wavelength of 1.064 μm in a continuous mode with simultaneous Raman generation of radiation at a wavelength of 1.196 μm. A 35 mm long barium nitrate crystal (Ba (NO 3 ) 2 ) was used as a Raman active medium 4. The output face of the Nd: YVO 4 crystal and both faces of the Ba (NO 3 ) 2 crystal were "clarified" for wavelengths of 1.06 μm and 1.196 μm (residual reflection was not more than 0.1%). The geometric length of the laser cavity was not more than 40 mm. The maximum power of the Raman radiation behind the output mirror of the Raman laser was 2 mW at a laser diode power of ~ 1 W. The spectrum of the output radiation of the Raman laser is shown in Fig.9. The dependence of the output power of the Raman radiation on the power of the laser diode is shown in Fig.10.

Таким образом, реализован компактный твердотельный непрерывный ВКР-лазер, при изготовлении элементов которого были применены стандартные технологии.Thus, a compact solid-state continuous Raman laser was realized, in the manufacture of elements of which standard technologies were applied.

Источники информацииInformation sources

1. Т.Т.Басиев. Спектроскопия новых ВКР-активных кристаллов и твердотельные ВКР-лазеры. Успехи физических наук, т.169, №10, с.1149-1155, 1999.1.T.T. Basiev. Spectroscopy of new Raman-active crystals and solid-state Raman lasers. Advances in Physical Sciences, vol. 169, No. 10, pp. 1449-1155, 1999.

2. W.Koechner. Springer Series in Optical Sciences, v.1. Solid-State Laser Engineering. Fourth Edition (1996) Ch.10.3 Raman Laser, pp.618-626.2. W.Koechner. Springer Series in Optical Sciences, v. 1. Solid-State Laser Engineering. Fourth Edition (1996) Ch. 10.3 Raman Laser, pp. 618-626.

3. Hill K.O., Kawasaki B.S., Johnson D.C. Continuous wave Raman oscillator. Canadian Patent No.1115395. Int. Cl. H01S 3/07, 3/08, публ. 29.12.1981.3. Hill K.O., Kawasaki B.S., Johnson D.C. Continuous wave Raman oscillator. Canadian Patent No.1115395. Int. Cl. H01S 3/07, 3/08, publ. 12/29/1981.

4. Carlsten J., Repasky К., Brasseur J. Continuous-wave Raman laser having a high-finess cavity. United States Patent No.6151337. Int. Cl. H01S 3/30, публ. 21.11.2000.4. Carlsten J., Repasky K., Brasseur J. Continuous-wave Raman laser having a high-finess cavity. United States Patent No.6151337. Int. Cl. H01S 3/30, publ. 11/21/2000.

Claims (14)

1. Непрерывный компактный твердотельный ВКР-лазер, содержащий источник непрерывной лазерной накачки и резонатор, в котором находится ВКР-среда, образованный зеркалами, коэффициенты отражения которых оптимальны для генерации на длине волны ВКР-излучения, отличающийся тем, что ВКР-лазер дополнительно содержит твердотельную лазерную активную среду, расположенную внутри резонатора, имеющую высокий коэффициент поглощения на длине волны излучения источника лазерной накачки и высокую эффективность преобразования излучения источника лазерной накачки в лазерное излучение, причем источник непрерывной лазерной накачки является источником накачки для лазерной среды, а зеркала резонатора имеют коэффициенты отражения на длине волны генерации лазерной среды, обеспечивающие накопление лазерной мощности, достаточной для развития ВКР генерации.1. A continuous compact solid-state Raman laser containing a cw laser source and a resonator containing a Raman medium formed by mirrors whose reflection coefficients are optimal for generating Raman radiation at a wavelength, characterized in that the Raman laser further comprises a solid-state a laser active medium located inside the resonator having a high absorption coefficient at the wavelength of the radiation of the laser pump source and a high conversion efficiency of the radiation of the laser source laser radiation, the source of continuous laser pumping being the pumping source for the laser medium, and the cavity mirrors have reflection coefficients at the wavelength of the laser medium, which ensures the accumulation of laser power sufficient for the development of SRS generation. 2. Непрерывный ВКР-лазер по п.1, отличающийся тем, что источник лазерной накачки выполнен в виде хотя бы одного лазерного диода.2. A continuous Raman laser according to claim 1, characterized in that the laser pump source is made in the form of at least one laser diode. 3. Непрерывный ВКР-лазер по п.1, отличающийся тем, что лазерная среда, расположенная внутри резонатора, выполнена в виде кристалла Nd3+:YVO4, или Nd3+:YAG, или Nd3+:KGW, или Nd3+:LSB.3. The continuous Raman laser according to claim 1, characterized in that the laser medium located inside the resonator is made in the form of a crystal Nd 3+ : YVO 4 , or Nd 3+ : YAG, or Nd 3+ : KGW, or Nd 3 + : LSB. 4. Непрерывный ВКР-лазер по п.1, отличающийся тем, что ВКР-среда, расположенная внутри резонатора, выполнена в виде кристалла Ba(NO3)2, или BaWO4, или KGW.4. The continuous Raman laser according to claim 1, characterized in that the Raman medium located inside the cavity is made in the form of a Ba (NO 3 ) 2 or BaWO 4 or KGW crystal. 5. Непрерывный ВКР-лазер по п.1, отличающийся тем, что твердотельная лазерная среда одновременно является ВКР-средой.5. The continuous Raman laser according to claim 1, characterized in that the solid-state laser medium is simultaneously a Raman medium. 6. Непрерывный ВКР-лазер по п.1, отличающийся тем, что резонатор дополнительно содержит сферическое зеркало, расположенное так, что угол падения на него генерируемого в резонаторе излучения лежит в диапазоне 5-60°, высокоотражающее на длине волны генерации лазерной среды и длине волны ВКР-излучения, причем выходное зеркало ВКР-лазера и дополнительное зеркало выполнены с такими радиусами кривизны, что генерируемая в резонаторе лазерной активной средой пространственная мода излучения имеет перетяжку в ВКР-среде.6. The continuous Raman laser according to claim 1, characterized in that the resonator further comprises a spherical mirror located so that the angle of incidence of the radiation generated in the cavity lies in the range of 5-60 °, highly reflecting on the wavelength of the laser medium and the length SRS radiation waves, the output mirror of the SRS laser and an additional mirror made with radii of curvature such that the spatial radiation mode generated in the cavity by the laser active medium is constricted in the SRS medium. 7. Непрерывный ВКР-лазер по п.1 или 5, отличающийся тем, что резонатор является кольцевым.7. A continuous Raman laser according to claim 1 or 5, characterized in that the resonator is circular. 8. Непрерывный ВКР-лазер, содержащий источник непрерывной лазерной накачки и резонатор, в котором находится ВКР-среда, образованный зеркалами, коэффициенты отражения которых оптимальны для генерации на длине волны ВКР-излучения, отличающийся тем, что ВКР-лазер дополнительно содержит твердотельную лазерную активную среду, расположенную внутри резонатора, имеющую высокий коэффициент поглощения на длине волны излучения источника лазерной накачки и высокую эффективность преобразования излучения источника лазерной накачки в лазерное излучение, причем источник непрерывной лазерной накачки является источником накачки для лазерной среды и расположен с боковой стороны лазерной среды, при этом зеркала резонатора имеют коэффициенты отражения на длине волны генерации лазерной среды, обеспечивающие накопление лазерной мощности, достаточной для развития ВКР генерации.8. A cw Raman laser containing a cw laser source and a resonator containing a Raman medium formed by mirrors whose reflection coefficients are optimal for generation at a wavelength of Raman radiation, characterized in that the Raman laser further comprises a solid-state active laser a medium inside the resonator having a high absorption coefficient at the wavelength of the radiation of the laser pump source and a high efficiency of converting the radiation of the laser pump source into laser radiation and the source of continuous laser pumping is a pump source for the laser medium and is located on the side of the laser medium, while the cavity mirrors have reflection coefficients at the laser medium generation wavelength, which ensure the accumulation of laser power sufficient for the development of Raman generation. 9. Непрерывный ВКР-лазер по п.8, отличающийся тем, что источник лазерной накачки выполнен в виде лазерного диода.9. A continuous Raman laser according to claim 8, characterized in that the laser pump source is made in the form of a laser diode. 10. Непрерывный ВКР-лазер по п.8, отличающийся тем, что лазерная среда, расположенная внутри резонатора, выполнена в виде кристалла Nd3+:YVO4, или Nd3+:YAG, или Nd3+:KGW, или Nd3+:LSB.10. A continuous Raman laser according to claim 8, characterized in that the laser medium located inside the cavity is made in the form of a crystal Nd 3+ : YVO 4 , or Nd 3+ : YAG, or Nd 3+ : KGW, or Nd 3 + : LSB. 11. Непрерывный ВКР-лазер по п.8, отличающийся тем, что ВКР-среда, расположенная внутри резонатора, выполнена в виде кристалла Ba(NO3)2, или BaWO4, или KGW.11. A continuous Raman laser according to claim 8, characterized in that the Raman medium located inside the cavity is made in the form of a Ba (NO 3 ) 2 , or BaWO 4 , or KGW crystal. 12. Непрерывный ВКР-лазер по п.8, отличающийся тем, что твердотельная лазерная среда одновременно является ВКР-средой.12. A continuous Raman laser according to claim 8, characterized in that the solid-state laser medium is simultaneously a Raman medium. 13. Непрерывный ВКР-лазер по п.8, отличающийся тем, что резонатор дополнительно содержит сферическое зеркало, расположенное так, что угол падения на него генерируемого в резонаторе излучения лежит в диапазоне 5-60°, высокоотражающее на длине волны генерации лазерной среды и длине волны ВКР-излучения, причем выходное зеркало ВКР-лазера и дополнительное зеркало выполнены с такими радиусами кривизны, что генерируемая в резонаторе лазерной активной средой пространственная мода излучения имеет перетяжку в ВКР-среде.13. A continuous Raman laser according to claim 8, characterized in that the resonator further comprises a spherical mirror located so that the angle of incidence of the radiation generated in the cavity lies in the range 5-60 °, highly reflecting on the laser medium wavelength and length SRS radiation waves, the output mirror of the SRS laser and an additional mirror made with radii of curvature such that the spatial radiation mode generated in the cavity by the laser active medium is constricted in the SRS medium. 14. Непрерывный ВКР-лазер по п.8 или 12, отличающийся тем, что резонатор является кольцевым.14. A continuous Raman laser according to claim 8 or 12, characterized in that the resonator is circular.
RU2005111363/28A 2004-04-29 2005-04-18 Compact continuous solid-state fcd laser (alternatives) RU2300834C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BYA20040384 2004-04-29
BY20040384 2004-08-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005111363A RU2005111363A (en) 2006-10-27
RU2300834C2 true RU2300834C2 (en) 2007-06-10

Family

ID=35835074

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004126370/22U RU46093U1 (en) 2004-08-04 2004-09-02 GAS ODORIZER
RU2005111363/28A RU2300834C2 (en) 2004-04-29 2005-04-18 Compact continuous solid-state fcd laser (alternatives)

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004126370/22U RU46093U1 (en) 2004-08-04 2004-09-02 GAS ODORIZER

Country Status (1)

Country Link
RU (2) RU46093U1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2494350C2 (en) * 2011-09-29 2013-09-27 Геннадий Николаевич Одиноков Automatic odorisation system of natural gas
RU184018U1 (en) * 2017-10-06 2018-10-11 Общество с ограниченной ответственностью "ГАЗПРОМ ТРАНСГАЗ НИЖНИЙ НОВГОРОД" Device for automatically supplying an odorant to a gas stream

Also Published As

Publication number Publication date
RU46093U1 (en) 2005-06-10
RU2005111363A (en) 2006-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0744089B1 (en) Passively q-switched picosecond microlaser
US20050169323A1 (en) Scalable laser with robust phase locking
JP2004503918A (en) Diode pumped cascade laser for deep ultraviolet generation
US7974318B2 (en) Infra-red multi-wavelength laser source
RU2300834C2 (en) Compact continuous solid-state fcd laser (alternatives)
US6512630B1 (en) Miniature laser/amplifier system
US20020191664A1 (en) Diode array end pumped slab laser
EP0199793A1 (en) Single mirror integral raman laser.
CN108418090B (en) Intermediate infrared laser
Li et al. 2μm single-frequency master-oscillator fiber power amplifier
CN106532422A (en) Six-wavelength output passively Q-switched c-cut Nd:YVO4 self-Raman all-solid-state laser
US9008144B2 (en) Low noise optically pumped laser structures utilizing dispersion elements
CN114597758A (en) Active Q-adjusting internal cavity type Nd-YAG ceramic/BaWO4Dual-wavelength Raman laser
CN113270785A (en) Continuous wave 1.5 mu m human eye safety all-solid-state self-Raman laser
Zayhowski et al. Miniature gain-switched lasers
CN107978961B (en) Femtosecond laser synchronous pumping high-power broadband degenerated femtosecond optical parametric oscillator
US9172203B2 (en) Laser system for the marking of metallic and non-metallic materials
US11641090B2 (en) High-pulse energy, high-power lasers with diffraction-limited performance
CN219163901U (en) Device for generating efficient middle infrared vortex laser
US20240063598A1 (en) High power raman fiber laser
Glas et al. A cw diode-pumped single-silica fiber comprising 40 cores used as active elements for a high power fiber laser at/spl lambda/= 1050 nm
EA003953B1 (en) Generation of stimulated raman scattering lazer radiation
Forster et al. 12.2 W ZGP OPO pumped by a Q-Switched Tm3+: Ho3+-codoped fiber laser
CN115332934A (en) Infrared laser time spectrum fast tuning system and method
Lagatsky Diode-pumped femtosecond Ti: sapphire laser operating beyond 900 nm

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110419