CS200678B1 - Zařízení pro stimulovanou emisi optického záření - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení pro stimulovanou emisi optického záření se zvýšenou účinností přeměny energie světelného zdroje na energií stimulované emise.

lasery, tj. seřízení pro stimulovanou emisi optiokého záření, nacházejí stále širší uplatnění v technické praxi. Vedle plynových laserů, v nichž aktivním materiále» je plyn, jsou nejěaetěji užívány lasery, v nichž aktivním materiálem je pevná fáze, a to zejména monokrystal, obsahující vhodné aktivní ionty. Věžně se používají monokrystaly rubínu nebo yttrltchllnitého granátu s ionty vzácných, zemin, zejména neodymu. laser sestává ze zdroje světla, kterým mohou být výbojky, žárovky nebo polovodičové prvky, umístěné v blízkosti aktivního materiálu, vybroušeného zpravidla do tvaru vále® s roviib* nými základovými plochami. Jestliže daný laser funguje samostatně, tj. jako tzv. oscilátor, je optioká osa aktivního materiálu totožná s optickou osou rezonátoru, případně dalších optických prvkům jestliže laser funguj© jako zesilovač stimulované ©mise jiného laseru, je optická osa těchto obou laserů společná. K soustředění čerpacího světla světla světelného zdroje do aktivního materiálu slouží zpravidla reflektor, rosgektive dutina e reflexním povrchem, v níž jsou aktivní materiál a zdroj světla umístěny. Vzhledem k torna, že účinné pásy aktivního materiálu jen zčásti využívají spektrum světelného zdroje, energie excitovaných stavů aktivních iontů se rovněž nemůže přeměnit v plné míře na energii stleexlované efflise sáření, ja třeba aktivní materiál a případně i zdroj světla

200 6?8

200 678 chladit. Navíc krátkovlnné podíly spektra světelného zdroje způsobují nežádoucí přechod elektronů z metastabilního stavu do výšekvantovýoh hladin, odkud bas vyaáření světelných kvant přeoházejí do základního stavu· Méně stabilní materiály vytvářejí barevná eentra, která různým mechanismem se podílejí na snížení populace elektronů v metastabilním stavu a tím i na snížení energetické, respektive výkonové účinnosti laseru* Z uvedeného důvodu so mezi zdroj světla a aktivní materiál vkládá optický filtr, který odstraňuje nežádoucí krátkovlnný podíl spektra světelného zdroje. Tyto filtry je třeba volit podle druhu aktivního materiálu.

Zvýšené účinnosti přeměny energie respektive výkonu světelného zdroje na výstupní energii respektive výkon laseru lze dosáhnout seřízením pro stimulovanou emisi optického záření podle vynálezu, sestávejloím z světelného zdroje a katlvnfho materiálu, umístěných v reflektoru a vzájemně oddělených optickým filtrem, jehož podstata spočívá v tom, že aktivním materiálem je yttritohlinitý granát s ionty neodymn a,'nebo ionty prvků o atomovém ě. 58 až 59 a 61 až 71, vypěstovaný z vlastní taveniny, ve které molámí poměr kysličníku yttritého a kysličníků prvků atomového č. 58 ež 71 je 3,001 až 3,03 « 5 a optický filtr jo tvořen lihovým roztokem methyloranže a rhodamimi 6G nebo sklem, obsahují oím 1 % kysličníku ceričitého a 2,5 % kysličníku titanlčitého. V těchto filtrů činí optioká absorpoo při vlnové déloe kratší než 0,3 /um 70 % a při vlnové dálce delěí než 0,4 yum nejvýše 30 %. Nadbytek lontů yttrla případně prvků atomových č. 58 ež 71 v aktivním materiálu zvyšuje jeho odolnost proti záření e kratěí vlnovou dálkou, takže ze spektra zdroje stačí odstranit světlo o vlnové déloe 0,3 až 0,4 /um. Světlo této vlnové délky je zároveň částečně využito pro čerpání aktivního materiálu. Je přitom výhodné, když optický filtr je z materiálu, který při ozáření při vlnové délce kratěí nož 0,35 yum luminiskuje v oblasti 0,35 až 0,95 /um.

Stanovení malého nadsteahlometrlokého přebytku lontů yttrla a prvků atomových č. 58 až 71 v samotném krystalu není teohnioky proveditelné, proto je nutné definovat složení výchozí tavemiay pro pěstování monokrystalu. Přesto se tento nepatrný nadbytek projeví výraznou směnou v optiokýoh (spektrálních) vlastnostech monokrystalu. Fras'’ běžně používaným podobným zařízením, tj. zařízením, užívajícím stejného reflektoru a zdroje světla, yttritohlinitého granátu se stejným obsahem lontů neodymu ale bez nadbytku yttrla a filtrace světla o vlnové déloe kratěí než 0,4 až 0,5 yum, je energetická respektive výkonová účinnost zařízení podle vynálezu alespoň o 25 % vyšší; platí to zejména o nepřetržitém provozu uvedeného laserového zařízení při použití kryptonových výbojek jako světelného zdroje. Zařízení podle vynálezu umožňuje tak buáto získat Vyěěí výstupní energie, respektive výkony laseru, s použitím yttritohlinitého granátu, nebo při požadovanýoh parametrech snížit jeho pořizovací 1 provozní náklady.

Příklad 1

Zařízení podle vynálezu pro půlení provoz sestávalo z reflektoru eliptického průřezu, pokrytého vrstvou vakuově napařeného stříbra, kdo v jednom ohnisku eliptického průřezu byla umístěna tyčová výbojka plněná xenonem, v druhém tyě z monokrystalu yttrito3

200 678 hlinitého granátu, vypěstovaného & taveniny o elošení:

^Y2,845^M0,16O^A15° 12 o dálce 70 mm a 0 5 mm s paralelními základnami kolmými k osa tyče. Souose k ose tyče bylo na jedné její straně umístěno zroadlo s reflektivltou 98,8 % a na druhé straně zrcadlo s reflektivltou 30 % vesměs pro vlnovou délku 1,06 /um. Tyč byla umístěna v trubce z taveného křemene s vysokou optickou propustností, kterou protékala ohladíoí voda. Vrstva kapaliny mezi stěnou trubky a tyčí činila 5 mm. Při použití chladící kapaliny, sestávající z lihového roztoku směsi barviv methyloranž a rhodamin 6G ve vrstvě 5 mm silné, absorboval 92 % svtěla vlnové déllqr 0,38 yum a jen 8 % světl_a o vlnové déloe vyšší než 0,39 /um..7 této úpravě bylo dosaženo při 100 J energie vložené na výbojku o 40 Jí vyšší výstupní energie než při použití destilované vody a o 20 í lepší výstupní energie než při použití 0,5 %ního roztoku dvojohromanu draselného (KgCrO^), jehož absorpční hrana leží.na 480 nm.

Příklad 2

Laserové zařízení podle vynálezu pro kontinuální provoz sestávalo z dutého eliptického reflektoru pokrytého vrstvou vakuově napařeného stříbra, kde v jednom ohnisku eliptického průřezu byla umístěna kryptonové výbojka a v druhém tyč z monokrystalu yttritohlinitého granátu, zhotoveného z monokrystalu vypěstovaného z taveniny o složení ^Y2,9040^Hd0,1255^A15°12’ o déloe 50 mm a 0 5 mm. Výbojka byla umístěna v trubce o síle stěny 1,2 mm ze skla, obsahujícího 1 % kysličníku oerlčitého a 2,5 % kysličníku titaničitého, jehož optioká absorpce činila pro světlo o vlnové déloe 0,330 yum téměř 100 % a nad 0,350 yum méně než 8 %. Uvedené sklo při dopadu světla o vlnové déloe kratší než 0,31 yum vyzařuje světlo o vlnové déloe 0,38 až 0,61 yum. Tyč z yttritohlinitého granátu byla umístěna v truboe s obyčejného skla. Trubky byly protékány ohladíoí vodou. Souose s tyčí byla na každé straně umístěna zroadla o reflektivitě 99,8 % a 93,5 % při vlnové déloe 1,06 yum.

Sa uvedených podmínek bylo dosaženo při 2,5 kW příkonu na výbojoe výstupního výkonu

30,5 W.

V případě, že tyč byla zaměněna za tyč z yttrltohllnitého granátu vypěstovaného z taveniny o složení ^Y2,845^Hd0,1255^A15°12’ klesl výkon na výstupu na 24 W. Byla-li trubka ze skla, obsahujíoího 1 % kysličníku oeričitého a 2,5 % kysličníku titaničitého zaměněna za trubku z taveného křemene, klesl výkon na 21 Wj při použití původní tyče pak dosáhl asi 22,5 V·

Claims (1)

1. Zařízení pro stimulovanou emisi optiokáho záření, sestávající ze světelného zdroje, aktivního materiálu, umístěných v reflektoru a vzájemně oddělených filtrem, vyznačená tím, Se aktivním materiálem je yttritohlinitý granát s ionty neodymu a/nebo lonty prvků o atomovém S. 58 aS 59 a 61 a£ 71, vypěstovaný z vlastní taveniny, ve která molárai poměr kysličníku yttrltáho a Iqrsličníkft prvků atomových č. 58 aS 71 je 3,001 aS 3,03 t 5 a optioký filtr je tvořen lihovým roztokem methyloranSe a xhodaminu 6G nebo sklem, obsahujíeím 1 f> kysličníku oeričitého a 2,5 % kysličníku titanlčitáho.