RU2304332C2 - Micro-laser - Google Patents
Micro-laser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2304332C2 RU2304332C2 RU2003137800/28A RU2003137800A RU2304332C2 RU 2304332 C2 RU2304332 C2 RU 2304332C2 RU 2003137800/28 A RU2003137800/28 A RU 2003137800/28A RU 2003137800 A RU2003137800 A RU 2003137800A RU 2304332 C2 RU2304332 C2 RU 2304332C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resonator
- active element
- laser
- microlaser
- heat
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области лазерной техники, в частности к твердотельным лазерам, и может быть применимо в медицине, устройствах вывода изображений, аналитическом и другом оборудовании.The invention relates to the field of laser technology, in particular to solid-state lasers, and may be applicable in medicine, image output devices, analytical and other equipment.
Известно, что при термическом расширении активного лазерного элемента, вследствие выделяемого в нем тепла при работе лазера, происходит искривление его поверхностей, которые работают как линзы, называемые термическими, а если на поверхности активного лазерного элемента нанесены оптические зеркальные покрытия, то они представляют собой искривленные зеркала.It is known that during thermal expansion of an active laser element, due to the heat generated in it during laser operation, its surfaces bend, which work like lenses called thermal, and if optical mirror coatings are applied to the surface of the active laser element, they are curved mirrors .
При создании определенных условий, позволяющих производить коррекцию термических линз, можно получить выигрыш в выходной мощности и обеспечить модовую селективность лазерного излучения.When certain conditions are created that allow thermal lenses to be corrected, it is possible to obtain a gain in the output power and ensure the mode selectivity of laser radiation.
Известен лазер, в котором в качестве активной коррекции термической линзы твердотельного лазера используют лазерное деформируемое зеркало (Г.В.Вдовин и др. Активная коррекция тепловой линзы твердотельного лазера и использование резонатора управляемой конфигурации. «Квантовая электроника», 20, N 2, 1993).A laser is known in which a laser deformable mirror is used as an active correction of a thermal lens of a solid-state laser (G.V. Vdovin et al. Active correction of a thermal lens of a solid-state laser and the use of a cavity of controlled configuration. “Quantum Electronics”, 20, No. 2, 1993) .
Недостатками известного лазера являются сложность изготовления деформируемого зеркала и управления его кривизной давлением.The disadvantages of the known laser are the complexity of manufacturing a deformable mirror and controlling its curvature pressure.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой конструкции является микрочиповый лазер, в котором резонатор состоит из входного и выходного зеркал и расположенной между ними усилительной среды (активного элемента), а также, по крайней мере, один нелинейный кристалл (см. патент US №5402437, кл. Н01S 003/094, 1995).The closest in technical essence to the proposed design is a microchip laser in which the resonator consists of an input and output mirrors and an amplifying medium (active element) located between them, as well as at least one nonlinear crystal (see US patent No. 5402437, C. H01S 003/094, 1995).
В качестве усилительной среды (активного элемента) в известной конструкции используют лазерный кристаллAs an amplifying medium (active element) in a known design using a laser crystal
В известной конструкции длину резонатора выбирают такой, чтобы ширина полосы усиления усилительной среды была меньше или почти равной разносу частот резонатора и такой, чтобы частота резонаторной моды попадала в ширину полосы усиления.In the known construction, the cavity length is chosen such that the gain bandwidth of the amplifying medium is less than or nearly equal to the frequency spacing of the resonator and such that the frequency of the resonator mode falls within the gain bandwidth.
Микрочиповый лазер может содержать нелинейный оптический материал для генерации новых лазерных длин волн, который устанавливают внутри резонатора или вне его.A microchip laser may contain a nonlinear optical material for generating new laser wavelengths, which are installed inside or outside the resonator.
В качестве альтернативы микрочиповый лазер могут настраивать, например, термически или путем применения продольного или поперечного напряжения к частоте резонатора.Alternatively, the microchip laser can be tuned, for example, thermally or by applying longitudinal or transverse voltage to the resonator frequency.
Микрочиповый лазер оптически накачивают полупроводниковым лазером или лазерной матрицей.A microchip laser is optically pumped with a semiconductor laser or a laser matrix.
Недостатками конструкции известного микрочипового лазера являются:The disadvantages of the design of the known microchip laser are:
- необходимость стендовой настройки длины резонатора в рабочем режиме дополнительной юстировкой разнесенных на необходимое расстояние входного и выходного зеркал резонатора;- the need for bench tuning of the length of the resonator in the operating mode by additional alignment of the input and output mirrors of the resonator spaced apart by the required distance;
- сложность конструкции при использовании способа создания продольного или поперечного напряжения в активном элементе, т.к. этот способ требует применения дополнительных прецизионных механических или пьезоэлектрических устройств;- the complexity of the design when using the method of creating a longitudinal or transverse stress in the active element, because this method requires the use of additional precision mechanical or piezoelectric devices;
- сложность изготовления компактного теплоизолирующего устройства в конструкции температурной подстройки микролазера из-за необходимости поддержания температуры с высокой точностью, что в реальных условиях работы микролазера при различных температурах окружающей среды осуществить без надежной и громоздкой теплоизоляции сложно.- the complexity of manufacturing a compact heat-insulating device in the design of the temperature adjustment of the microlaser due to the need to maintain the temperature with high accuracy, which in real conditions of microlaser operation at various ambient temperatures is difficult to carry out without reliable and cumbersome thermal insulation.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание компактной конструкции микролазера, в которой подстрока резонатора методом коррекции наведенной в активном элементе термической линзы осуществляется пассивными элементами, находящимися вне и/или внутри резонатора.The technical task of the invention is the creation of a compact microlaser design in which the substring of the resonator by the correction of the thermal lens induced in the active element is carried out by passive elements located outside and / or inside the resonator.
Для этого в резонатор предлагаемой конструкции микролазера необходимо ввести дополнительные пассивные элементы, которые позволят на ограниченной поверхности активного элемента сформировать радиально симметричный температурный градиент, при котором локализуется определенный объем активного элемента и в котором за счет выделяемого в активном элементе тепла формируется термическая линза и возникает так называемый термический волновод, способствующий стабилизации поперечной ТЕМ00 моды.For this, it is necessary to introduce additional passive elements into the resonator of the proposed microlaser design, which will allow forming a radially symmetric temperature gradient on a limited surface of the active element, in which a certain volume of the active element is localized and in which a thermal lens is formed due to the heat released in the active element and the so-called thermal waveguide that helps stabilize the transverse TEM 00 mode.
Технический результат в предлагаемом изобретении достигают созданием микролазера, содержащего источник накачки в виде лазерного диода, коллиматора и/или фокусирующей оптики, выполненной в виде, по крайней мере, одной или цилиндрической, или сферической, или градиентной линзы, резонатора, состоящего из входного и выходного зеркал, и расположенного между ними активного элемента, в который, согласно изобретению, между зеркалами и активным элементом дополнительно устанавливают две пластины из не поглощающего лазерное излучение теплопроводящего материала с отверстиями, при этом пластины, активный элемент и зеркала изготавливают плоскопараллельными, а все перечисленные элементы резонатора находятся в плотном контакте друг с другом.The technical result in the present invention is achieved by creating a microlaser containing a pump source in the form of a laser diode, a collimator and / or focusing optics, made in the form of at least one or a cylindrical, or spherical, or gradient lens, a resonator, consisting of input and output mirrors, and an active element located between them, in which, according to the invention, two plates of non-absorbing laser radiation are additionally installed between the mirrors and the active element in this case, the plates, the active element and the mirrors are made plane-parallel, and all of the listed resonator elements are in close contact with each other.
Входное зеркало в виде оптического покрытия может находиться непосредственно на одной из плоскопараллельных сторон активного элемента, тогда одну из теплопроводящих пластин устанавливают между выходным зеркалом и активным элементом, а вторая теплопроводящая пластина устанавливается за активным элементом, при этом теплопроводящие пластины, активный элемент и выходное зеркало находятся в плотном контакте.The input mirror in the form of an optical coating can be located directly on one of the plane-parallel sides of the active element, then one of the heat-conducting plates is installed between the output mirror and the active element, and the second heat-conducting plate is installed behind the active element, while the heat-conducting plates, the active element, and the output mirror are in close contact.
Для импульсного режима работы микролазера в резонатор может быть установлен пассивный затвор, изготовленный в виде плоскопараллельной пластины, имеющей оптические покрытия.For pulsed operation of the microlaser, a passive shutter made in the form of a plane-parallel plate with optical coatings can be installed in the resonator.
Для получения второй и более высоких гармоник лазерного излучения в резонатор микролазера может быть установлен нелинейный элемент, изготовленный в виде плоскопараллельной пластины, имеющей оптические покрытия.To obtain the second and higher harmonics of the laser radiation, a nonlinear element made in the form of a plane-parallel plate having optical coatings can be installed in the microlaser resonator.
Для импульсного режима работы микролазера на второй и более высоких гармониках лазерного излучения в резонатор микролазера могут быть установлены пассивный затвор и нелинейный элемент, изготовленные в виде плоскопараллельных пластин, имеющих оптические покрытия.For the pulsed operation of the microlaser at the second and higher harmonics of the laser radiation, a passive shutter and a nonlinear element made in the form of plane-parallel plates having optical coatings can be installed in the microlaser resonator.
Теплопроводящие пластины с отверстиями обеспечивают эффективный сброс тепла с поверхности активного элемента, поскольку находятся с ним в плотном контакте, одновременно обеспечивая возможность формирования термической линзы только в апертуре отверстий, коррекцию термической линзы осуществляют подбором длины теплопроводящих пластин и диаметром отверстия в них.The heat-conducting plates with holes provide an effective heat sink from the surface of the active element, since they are in close contact with it, while simultaneously providing the possibility of forming a thermal lens only in the aperture of the holes, the correction of the thermal lens is carried out by selecting the length of the heat-conducting plates and the diameter of the holes in them.
Изменение длины пластин/пластины меняет длину резонатора и длительность импульсов микролазера, работающего в режиме модулированной добротности.Changing the length of the plates / plate changes the length of the resonator and the pulse duration of the microlaser operating in the mode of Q-switching.
Плотное соединение друг с другом плоскопараллельных активного элемента, теплопроводящих пластин и зеркал обеспечивает изготовление резонатора, не требующего дополнительной юстировки, поскольку собранные в плотном контакте перечисленные элементы образуют плоскопараллельный резонатор.Tight connection with each other of plane-parallel active element, heat-conducting plates and mirrors ensures the manufacture of a resonator that does not require additional alignment, since the listed elements assembled in close contact form a plane-parallel resonator.
Выбор не поглощающего лазерное излучение материала для изготовления пластин обусловлен тем, что при юстировке резонатора с диодом накачки в рабочем режиме исключает испарение этого материала при попадании лазерного излучения на край пластины, приводящего к повреждению оптических покрытий в резонаторе, и исключает возможность брака в серийном производстве.The choice of non-absorbing laser radiation material for the manufacture of wafers is due to the fact that when aligning the resonator with a pump diode in the operating mode, it eliminates the evaporation of this material when laser radiation hits the edge of the wafer, which leads to damage to the optical coatings in the resonator, and eliminates the possibility of marriage in serial production.
Изобретение также характеризуется тем, что источник накачки и резонатор могут быть установлены, по крайней мере, на один термоэлектрический холодильник, что позволяет поддерживать необходимую температуру для источника накачки и стабильной работы резонатора.The invention is also characterized in that the pump source and the resonator can be installed on at least one thermoelectric refrigerator, which allows you to maintain the necessary temperature for the pump source and stable operation of the resonator.
Проведенные патентные исследования показали, что не известны технические решения с указанной совокупностью существенных признаков в аналогичных конструкциях микролазеров, т.е. предлагаемое техническое решение соответствует критерию «новизна».Conducted patent studies have shown that technical solutions with the indicated set of essential features in similar designs of microlasers are not known, i.e. the proposed technical solution meets the criterion of "novelty."
При анализе известных аналогов и прототипа не обнаружено предложение с совокупностью существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, из чего следует, что для специалистов, занимающихся микролазерами, они явным образом не следуют из уровня техники и, следовательно, соответствуют критерию изобретения «изобретательский уровень».In the analysis of well-known analogues and prototype, no proposal was found with a combination of essential features set forth in the claims, which implies that for specialists involved in microlasers, they do not explicitly follow from the prior art and, therefore, meet the criteria of the invention of "inventive step".
Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.We believe that the information set forth in the application materials is sufficient for the practical implementation of the invention.
Предлагаемое изобретение поясняется нижеследующим описанием микролазера и чертежами с отражением взаимного расположения элементов резонатора, где:The invention is illustrated by the following description of the microlaser and drawings with a reflection of the relative position of the elements of the resonator, where:
- на фиг.1 показана общая схема микролазера;- figure 1 shows the General scheme of the microlaser;
- на фиг.2 показана общая схема микролазера, в резонаторе которого входное зеркало нанесено непосредственно на поверхность активного элемента, одна из пластин из не поглощающего лазерное излучение теплопроводящего материала установлена между выходным зеркалом и активным элементом, а вторая пластина за активным элементом;- figure 2 shows the General scheme of the microlaser, in the cavity of which the input mirror is deposited directly on the surface of the active element, one of the plates of non-absorbing laser radiation heat-conducting material is installed between the output mirror and the active element, and the second plate behind the active element;
- на фиг.3 показана схема резонатора микролазера, в которой пассивный затвор устанавливают между не поглощающей лазерное излучение теплопроводящей пластиной и выходным зеркалом;- figure 3 shows a resonator circuit of a microlaser in which a passive shutter is installed between a non-absorbing laser radiation heat-conducting plate and an output mirror;
- на фиг.4 показана схема резонатора микролазера, в которой выходное зеркало нанесено непосредственно на полированную поверхность пассивного затвора;- figure 4 shows a diagram of the resonator microlaser, in which the output mirror is applied directly to the polished surface of the passive shutter;
- на фиг.5 показана схема резонатора микролазера, в которой плоскопараллельный нелинейный элемент установлен между не поглощающей лазерное излучение теплопроводящей пластиной и выходным зеркалом;- figure 5 shows a resonator circuit of a microlaser in which a plane-parallel nonlinear element is installed between a non-absorbing laser radiation heat-conducting plate and an output mirror;
- на фиг.6 показана схема резонатора микролазера, в которой выходное зеркало нанесено непосредственно на нелинейный элемент;- figure 6 shows the resonator circuit of the microlaser, in which the output mirror is applied directly to the nonlinear element;
- на фиг.7 показана схема резонатора микролазера, в которой пассивный затвор и нелинейный оптический кристалл установлены между не поглощающей лазерное излучение теплопроводящей пластиной и выходным зеркалом;- Fig.7 shows a resonator circuit of a microlaser in which a passive shutter and a nonlinear optical crystal are installed between a non-absorbing laser radiation heat-conducting plate and an output mirror;
- на фиг.8 показана схема резонатора микролазера, в которой в отличие от фиг.7 выходное зеркало нанесено непосредственно на нелинейном элементе;- Fig. 8 shows a resonator circuit of a microlaser, in which, in contrast to Fig. 7, the output mirror is applied directly to the non-linear element;
- на фиг.9 показана схема резонатора микролазера, в которой в отличие от фиг.2 между выходным зеркалом и теплопроводящей пластиной установлен пассивный затвор;- figure 9 shows a resonator circuit of a microlaser, in which, in contrast to figure 2, between the output mirror and the heat-conducting plate, a passive shutter is installed;
- на фиг.10 показана схема резонатора микролазера, в которой в отличие от фиг.9 выходное зеркало нанесено на пассивный затвор;- figure 10 shows a resonator circuit of a microlaser, in which, in contrast to figure 9, the output mirror is applied to a passive shutter;
- на фиг.11 показана схема резонатора микролазера, в которой в отличие от фиг.2 между выходным зеркалом и теплопроводящей пластиной установлен нелинейный элемент;- figure 11 shows a resonator circuit of a microlaser, in which, in contrast to figure 2, a non-linear element is installed between the output mirror and the heat-conducting plate;
- на фиг.12 показана схема резонатора микролазера, в которой в отличие от фиг.11 выходное зеркало нанесено на нелинейный оптический кристалл;- Fig. 12 shows a resonator circuit of a microlaser, in which, in contrast to Fig. 11, the output mirror is deposited on a nonlinear optical crystal;
- на фиг.13 показана схема резонатора микролазера, в которой в отличие от фиг.2 между выходным зеркалом и теплопроводящей пластиной установлены пассивный затвор и нелинейный элемент;- Fig.13 shows a resonator circuit of a microlaser, in which, in contrast to Fig.2, a passive shutter and a nonlinear element are installed between the output mirror and the heat-conducting plate;
- на фиг.14 показана схема резонатора микролазера, в которой в отличие от фиг.13 выходное зеркало нанесено на нелинейный оптический кристалл;- on Fig shows a resonator circuit of a microlaser, in which, in contrast to Fig.13, the output mirror is deposited on a nonlinear optical crystal;
на фиг.15 (график 1) показан профиль лазерного луча микролазера, в резонатор которого не установлены теплопроводящие пластины с отверстиями;on Fig (graph 1) shows the profile of the laser beam of a microlaser, in the resonator of which there are no heat-conducting plates with holes;
на фиг.16 (график 2) показан профиль лазерного луча микролазера, резонатор которого собран по конструкции, изображенной на фиг.1 с диаметром отверстия в теплопроводящих пластинах 1,5 мм;in Fig.16 (graph 2) shows the profile of the laser beam of a microlaser, the resonator of which is assembled according to the design shown in Fig.1 with a hole diameter of 1.5 mm in the heat-conducting plates;
- на фиг.17 (график 3) показан профиль лазерного луча микролазера, резонатор которого собран по конструкции, изображенной на фиг.1 с диаметром отверстия в теплопроводящих пластинах 0,7 мм.- Fig. 17 (graph 3) shows the laser beam profile of a microlaser, the resonator of which is assembled according to the structure shown in Fig. 1 with a hole diameter of 0.7 mm in the heat-conducting plates.
Микролазер содержит источник накачки в виде лазерного диода 1, коллиматор или фокусирующую оптику 2, выполненную в виде, по крайней мере, одной или цилиндрической, или сферической, или градиентной линзы, и резонатор.The microlaser contains a pump source in the form of a
Резонатор содержит входное зеркало 4, активный элемент 5, выходное зеркало 6, две пластины 7 и 8 из не поглощающего лазерное излучение теплопроводящего материала с отверстиями 9.The resonator comprises an
Пластины 7 и 8, активный элемент 5 и входное 4 и выходное 6 зеркала являются плоскопараллельными и находятся между собой в плотном контакте.The
В зависимости от выбранного активного элемента, например, лазерного кристалла или активированного стекла, его генерационных и термооптических характеристик, производят подбор материала для не поглощающих лазерное излучение теплопроводящих пластин 7 и 8 (стекло, кварц, сапфир, гранат, керамика и т. п.) и размера отверстия 9 в них.Depending on the selected active element, for example, a laser crystal or activated glass, its generation and thermo-optical characteristics, material is selected for non-absorbing laser radiation heat-conducting
Взаимное расположение элементов резонатора микролазера может быть различным:The relative position of the elements of the resonator microlaser may be different:
1. Каждая из теплопроводящих плоскопараллельных пластин 7 и 8 из не поглощающего лазерное излучение теплопроводящего материала установлена между входным 4 или выходным 6 зеркалами и активным элементом 5.1. Each of the heat-conducting plane-
2. Одна теплопроводящая плоскопараллельная пластина 7 из не поглощающего лазерное излучение теплопроводящего материала установлена между выходным зеркалом 6 и активным элементом 5, вторая пластина 8 установлена за активным элементом 5 с нанесенным на его поверхность входным зеркалом 4.2. One heat-conducting plane-
Микролазер может быть снабжен пассивным затвором 10, установленным в резонатор.The microlaser can be equipped with a
Пассивный затвор 10 может быть установлен между не поглощающей лазерное излучение теплопроводящей пластиной 7 и выходным зеркалом 6, а вторая теплопроводящая пластина 8 установлена между входным зеркалом 4 и активным элементом 5.A
Возможно исполнение микролазера, в котором выходное зеркало 6 нанесено непосредственно на пассивном затворе 10.Perhaps the execution of a microlaser, in which the
В предлагаемой конструкции микролазера может быть установлен нелинейный элемент 3 между плоскопараллельной теплопроводящей пластиной 7 и выходным зеркалом 6.In the proposed design of the microlaser, a
Микролазер может быть снабжен одновременно пассивным затвором 10 и нелинейным элементом 3, которые располагают между плоскопараллельной пластиной 7 из не поглощающего лазерное излучение теплопроводящего материала и выходным зеркалом 6.The microlaser can be equipped with both a
В предлагаемом микролазере источник накачки и резонатор при необходимости устанавливают, по крайней мере, на один термоэлектрический холодильник.In the proposed microlaser, the pump source and the resonator, if necessary, are installed on at least one thermoelectric refrigerator.
В резонаторе предлагаемого микролазера плоскопараллельное входное зеркало 4 на одной из сторон имеет нанесенное просветляющее на длину волны излучения лазерного диода оптическое покрытие, на другой стороне - дихроичное оптическое покрытие, пропускающее излучение лазерного диода и высокоотражающее покрытие на длину волны генерации активного элемента.In the resonator of the proposed microlaser, the plane-
При этом плоскопараллельное выходное зеркало 6 на одной из сторон имеет нанесенное просветляющее на длину волны генерации активного элемента оптическое покрытие, на другой стороне - оптическое покрытие, представляющее собой выходное зеркало резонатора, имеющее некоторый коэффициент пропускания на длине волны генерации.In this case, the plane-
В резонаторе предлагаемого микролазера активный элемент 5 имеет на обоих плоскопараллельных оптические покрытия.In the resonator of the proposed microlaser, the
В резонатор предлагаемого микролазера можно дополнительно устанавливать пассивный затвор 10 и/или нелинейный элемент 3, изготовленные в виде плоскопараллельных пластин, имеющих оптические покрытия.In the resonator of the proposed microlaser, you can optionally install a
Элементы резонатора собраны в плотном контакте между собой в зависимости от схем, раскрытых на фиг.1-14.The elements of the resonator are assembled in close contact with each other depending on the circuits disclosed in figures 1-14.
Излучение накачки лазерного диода 1 фокусируют через оптическую систему 2 в резонатор микролазера, в котором возникает генерация лазерного излучения.The pump radiation of the
В предлагаемом микролазере плоскопараллельные пластины 7 и 8 с отверстиями 9 из не поглощающего лазерное излучение теплопроводящего материала обеспечивают отвод тепла с поверхности активного элемента 5, поскольку находятся с ним в плотном, механическом контакте.In the proposed microlaser, plane-
Излучение накачки абсорбируется через отверстие 9 в теплопроводящей пластине в очень малом, локализованном объеме активного элемента 5.The pump radiation is absorbed through the hole 9 in the heat-conducting plate in a very small, localized volume of the
Отверстия 9 теплопроводящих пластин 7 и 8 формируют термическую линзу (не показаны) на ограниченной отверстиями поверхности активного элемента 5.The holes 9 of the heat-conducting
Диаметр термической линзы и радиус ее кривизны зависят от диаметра отверстий 9 в теплопроводящих пластинах и теплофизических характеристик активного элемента и теплопроводящих пластин.The diameter of the thermal lens and the radius of its curvature depend on the diameter of the holes 9 in the heat-conducting plates and the thermophysical characteristics of the active element and the heat-conducting plates.
Для экспериментальной проверки предлагаемой конструкции микролазера были изготовлены три микролазера, излучающих на 1,064 мкм.For experimental verification of the proposed microlaser design, three microlasers were emitted at 1.064 μm.
В качестве активного элемента 5 использовали плоскопараллельную пластину из лазерного кристалла Nd:YVO4, длиной 1,5 мм и диаметром 3 мм.As the
Плоскопараллельные пластины 7 и 8 из не поглощающего лазерное излучение теплопроводящего материала были изготовлены из неактивированного кристалла YAG. Были изготовлены пластины двух типоразмеров: длиной 0,3 мм, диаметром 3 мм, в центре пластины выполнено отверстие 9 диаметром 1,5 мм и длиной 0,5 мм, диаметром 3 мм, в центре пластины выполнено отверстие 9 диаметром 0,8 мм.Plane-
Входное 4 и выходное 6 зеркала резонатора были изготовлены из плоскопараллельных пластин и имели одни и те же характеристики, что и покрытия, нанесенные на поверхности лазерного кристалла (не показаны):The
- входное зеркало 4 с одной стороны имело просветляющее оптическое покрытие, пропускающее излучение накачки лазерного диода 99%@ 808 нм, с другой стороны - дихроичное оптическое покрытие, пропускающее излучение накачки лазерного диода 98%@ 808 нм и отражающее 99,8%@ 1064 нм;- the
- выходное зеркало 6 с одной стороны имело оптическое покрытие, отражающее лазерное излучение 97%@ 1064 нм, с другой стороны - просветляющее оптическое покрытие 99%@ 1064 нм;- the
- нанесенное на поверхность активного элемента 5 входное зеркало 4 представляло собой дихроичное покрытие, пропускающее излучение лазерного диода 98%@ 808 нм и отражающее 99,8%@ 1064 нм, с другой стороны - просветляющее оптическое покрытие 99%@ 1064 нм.- the
При использовании выносных зеркал в резонатор устанавливали лазерный кристалл с нанесенными на его плоскопараллельные стороны просветляющими оптическими покрытиями - 99%@ 1064 нм.When using external mirrors, a laser crystal was installed in the cavity with antireflective optical coatings deposited on its plane-parallel sides — 99% @ 1064 nm.
Все элементы резонатора помещались в металлический корпус (не показан), который обеспечивал плотный контакт всех элементов резонатора и на который сбрасывалось тепло, выделяемое в активном элементе 5 и переносимое теплопроводящими пластинами 7 и 8.All elements of the resonator were placed in a metal case (not shown), which ensured tight contact of all elements of the resonator and to which the heat released in the
Во всех лазерных экспериментах в качестве источника накачки использовали лазерный диод SPL CG81 фирмы OSRAM мощностью 2 Вт.In all laser experiments, a 2 W OSLAM SPL CG81 laser diode was used as a pump source.
Плоскость луча лазерного диода, перпендикулярная излучающей поверхности (1×200 мкм), коллимировалась цилиндрической линзой диаметром 200 мкм в эллиптическое пятно размерами: в направлениях Х - 200 мкм, в направлении Y - 100 мкм.The plane of the laser diode beam perpendicular to the emitting surface (1 × 200 μm) was collimated by a cylindrical lens with a diameter of 200 μm into an elliptical spot with dimensions: in the X directions - 200 μm, in the Y direction - 100 μm.
Для оценки качества лазерного луча и выходной мощности микролазеров использовали анализатор профиля лазерного луча BeamView Analyzer и измеритель мощности Lasermate компании Coherent.To assess the quality of the laser beam and the output power of the microlasers, a BeamView Analyzer laser beam profile analyzer and a Coherent Lasermate power meter were used.
В эксперименте с микролазером, без использования в конструкции плоскопараллельных теплопроводящих пластин с отверстиями, лазерный кристалл помещали между зеркалами резонатора, длина которого составляла 3 мм. При мощности накачки в 1000 мВт выходная мощность лазерного излучения на 1064 нм составила 310 мВт.In an experiment with a microlaser, without using plane-parallel heat-conducting plates with holes in the design, a laser crystal was placed between the cavity mirrors, the length of which was 3 mm. With a pump power of 1000 mW, the output laser power at 1064 nm was 310 mW.
Следует отметить, что лазерный выход на 1064 нм был нестабильным как с точки зрения амплитуды, так и расходимости, что указывает на сильную перестройку мод.It should be noted that the laser output at 1064 nm was unstable both in terms of amplitude and divergence, which indicates a strong mode tuning.
Как следует из графика 1, компонента Х лазерного луча имеет гораздо худшее качество, чем компонента Y. Причиной этого является эллиптический фокус накачки. Размер лазерной ТЕМ00 моды значительно меньше размера компоненты Х фокуса накачки, поэтому моды более высокого порядка также могут генерировать.As follows from
В микролазере, конструкция резонатора которого представлена на фиг.1, где между активным элементом 5, входным зеркалом 4 и выходным зеркалом 6 были установлены в плотном контакте теплопроводящие пластины 7 и 8 длиной 0,3 мм, диаметром 3 мм, с отверстиями 9 диаметром 1,5 мм, основная ТЕМ00 мода сохранялась при повышении мощности накачки до 1000 мВт несмотря на эллиптический фокус накачки.In the microlaser, the resonator design of which is shown in FIG. 1, where between the
Длина резонатора равнялась 2,1 мм. Выходная мощность лазерного излучения на 1064 нм составила 460 мВт.The cavity length was 2.1 mm. The output power of the laser radiation at 1064 nm was 460 mW.
Микролазер показал значительно более стабильную и высокую выходную мощность. Как следует из графика 2, лазерный луч имеет гауссов профиль.The microlaser showed significantly more stable and high power output. As follows from
Это объясняется тем, что сформированная отверстиями 9 теплопроводящих пластин 7 и 8 термическая линза меньше, чем в собранном без пластин микролазере.This is because the thermal lens formed by the holes 9 of the heat-conducting
Теплопроводящие пластины 7 и 8 обеспечивают хорошие условия охлаждения лазерного кристалла вследствие прямого контакта с ним и отверстиями сформирован радиально симметричный градиент, что подтверждается симметрией лазерного пучка, однако, как и в предыдущем эксперименте, сохраняется высокая расходимость лазерного луча, составляющая 12 мрад.The heat-conducting
На графике 3 представлен профиль лазерного луча и распределение энергии в нем, конструкция резонатора микролазера также была собрана по фиг.1, где между активным элементом 5, входным зеркалом 4 и выходным зеркалом 6 были установлены в плотном контакте теплопроводящие пластины 7 и 8 длиной 0,5 мм, диаметром 3 мм, с отверстиями 9 диаметром 0,8 мм.Figure 3 shows the profile of the laser beam and the energy distribution in it, the design of the microlaser resonator was also assembled in figure 1, where between the
Лазерный луч имеет гауссов профиль. Основная мода сохранялась при повышении мощности накачки до 1000 мВт, выходная мощность лазерного излучения составила 480 мВт.The laser beam has a Gaussian profile. The main mode was maintained with increasing pump power up to 1000 mW, the output laser power was 480 mW.
Графики 2 и 3 отличаются друг от друга расходимостью лазерного излучения и показателями эллиптичности лазерного пучка. Сформированная термическая линза теплопроводящими пластинами с отверстиями диаметром 0,8 мм гораздо меньше, чем в предыдущем эксперименте с пластинами, имеющими отверстия диаметром 1,5 мм. Расходимость лазерного луча в последнем эксперименте составила 6 мрад.
Полученные результаты подтверждают эффективное влияние теплопроводящих пластин с отверстиями на формирование термической линзы, что позволяет осуществлять при помощи пластин подстройку резонатора с учетом теплофизических и оптических характеристик выбранной активной среды.The obtained results confirm the effective effect of heat-conducting plates with holes on the formation of a thermal lens, which allows plates to adjust the resonator taking into account the thermal and optical characteristics of the chosen active medium.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003137800/28A RU2304332C2 (en) | 2003-12-31 | 2003-12-31 | Micro-laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003137800/28A RU2304332C2 (en) | 2003-12-31 | 2003-12-31 | Micro-laser |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003137800A RU2003137800A (en) | 2005-06-10 |
RU2304332C2 true RU2304332C2 (en) | 2007-08-10 |
Family
ID=35833967
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003137800/28A RU2304332C2 (en) | 2003-12-31 | 2003-12-31 | Micro-laser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2304332C2 (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2579642C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-04-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Laser with optical-mechanical gate |
RU2580911C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-04-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Pulsed laser with optical-mechanical gate |
RU2579548C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-04-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Laser with modulated resonator q-factor |
RU2584270C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-05-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Laser with q-factor modulation |
RU2584271C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-05-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Laser with optical-mechanical q-factor modulation |
RU2584269C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-05-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Laser with modulated q-factor |
RU2585798C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-06-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Pulsed laser with modulated resonator q-factor |
RU2585799C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-06-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Pulsed laser with modulated q-factor |
-
2003
- 2003-12-31 RU RU2003137800/28A patent/RU2304332C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2579642C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-04-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Laser with optical-mechanical gate |
RU2580911C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-04-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Pulsed laser with optical-mechanical gate |
RU2579548C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-04-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Laser with modulated resonator q-factor |
RU2584270C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-05-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Laser with q-factor modulation |
RU2584271C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-05-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Laser with optical-mechanical q-factor modulation |
RU2584269C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-05-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Laser with modulated q-factor |
RU2585798C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-06-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Pulsed laser with modulated resonator q-factor |
RU2585799C1 (en) * | 2015-03-03 | 2016-06-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Pulsed laser with modulated q-factor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2003137800A (en) | 2005-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101324265B1 (en) | A laser apparatus | |
US7065121B2 (en) | Waveguide architecture, waveguide devices for laser processing and beam control, and laser processing applications | |
US6738396B2 (en) | Laser based material processing methods and scalable architecture for material processing | |
JP6245629B2 (en) | In-vehicle ignition system using semiconductor laser pumped solid-state laser device | |
US7397832B2 (en) | Laser cavity pumping method and laser system thereof | |
US9318867B2 (en) | Laser device with Kerr effect based mode-locking and operation thereof | |
US6999491B2 (en) | High intensity and high power solid state laser amplifying system and method | |
US20170117681A1 (en) | Solid-state laser | |
US6754418B1 (en) | Optical arrangement | |
RU2304332C2 (en) | Micro-laser | |
JP2020127000A (en) | Passive Q-switched solid-state laser with compressed pulse width | |
JP2020096180A (en) | Solid laser | |
US7308014B2 (en) | Laser | |
US6512630B1 (en) | Miniature laser/amplifier system | |
EP0957546A2 (en) | solid-state laser device and solid-state laser amplifier provided therewith | |
CN111193168A (en) | Variable wavelength laser capable of switching output | |
JP3271603B2 (en) | LD pumped solid-state laser device | |
Šulc et al. | Yb: YAG/Cr: YAG composite crystal with external and microchip resonator | |
CN112688151A (en) | 266nm deep ultraviolet solid laser | |
RU2346367C2 (en) | Solid-state single-pulse laser and two-wave laser beam generator | |
EP1618633B1 (en) | Laser apparatus for generating a visible laser beam | |
JP3340683B2 (en) | Solid-state laser excitation module | |
RU2239920C1 (en) | Method for organizing inversion distribution in laser active element | |
Sickinger | Development of a Thulium Germanate Thin Disk Laser Prototype | |
JP2023546282A (en) | Optical amplifier device with multipath cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080101 |