CS201658B1 - Laser se štěrbinovou budicí dutinou - Google Patents

Description

Shora uvedené nedostatky buzení laserů jsou odstraněny provedením laserů a budicí dutinou podle vynálezu, jehož podstatou je to, že ve válcové dutině vytvořené segmenty je nanesena odrazná vrstva a těsně souose je uložen dřík z aktivního materiálu, který je na čelních plochách opatřen vnitřními zrcadly, na něž dosedají z vnější strany vnější zrcadla, zatímco mezi povrchem dříku a odraznou vrstvou je umístěna přizpůsobovací vrstva, přičemž dutinová odrazná vrstva je přerušena nejméně jednou vně vystupující radiální štěrbinou opatřenou odraznou vrstvou, v níž jsou umístěny čipy luminiscenčních diod a radiální štěrbiny jsou vyplněny přizpůsobovací hmotou.

Konstrukce laseru podle vynálezu bude dále popsána podle výkresů, kde na obr. 1 je příčný řez sestavou laseru kolmý na optickou osu systému a na obr. 2 je podélný řez sestavou laseru. Na obou obr. je zobrazena jedna z možných konstrukcí laserů se štěrbinovou dutinou podle vynálezu, která je opatřena například třemi štěrbinami.

Základní částí laseru je dřík 1 z aktivního materiálu, například z ytrito-hlinitého granátu s příměsí neodymu. Na čelní plochy, které jsou zabroušeny do tvaru optického rezonátoru, jsou napařena vnitřní zrcadla 2, která odráží světlo o pracovní frekvenci laseru. V případě, že materiál dříku je podle uvedeného příkladu, odráží světlo o frekvenci cca 1060 nm a propouští světlo o budicí frekvenci. Na vnitřní zrcadla 2 jsou napařena vnější zrcadla 3, která odráží světlo o budicí frekvenci laseru, v uvedeném případě například světlo o frekvenci cca 800 nm a propouští světlo o pracovní frekvenci. Takto upravený dřík 1 se zrcadly 2, 3 je uložen v dutině se štěrbinami, která je vytvořena ze segmentů 4 a z přívodních kontaktů 5 do tvaru patrného z obr. 1, 2. Tvar této dutiny je takový, že její plášť má tvar shodný s povrchem dříku 1 až na nutnou konstrukční mezeru, která je dána podmínkou vsunutelnosti dříku 1 do vzniklé dutiny.

Segmenty 4 jsou na plochách, které jsou ve styku s dříkem 1 opatřeny dutinovou odraznou vrstvou 6, například z kysličníku hořečnatého, zlata atd., která má za úkol zvýšit koeficient odrazu pro světlo odrážející se od stěn dutiny. V místech, která po sestavení tvoří štěrbinu, je na segmentech 4 nanesena štěrbinová odrazná vrstva 7, která je nanesena také na čelní plochu přívodních kontaktů 5, která je součástí štěrbiny. Štěrbinová odrazná vrstva 7 je vytvořena například napařením zlata. Na každý segment 4 je v místě štěrbiny připájen čip luminiscenční diody 8. Segment 4 tak tvoří jeden z přívodních kontaktů luminiscenční diody 8. Další přívodní kontakt tvoří kontaktový drátek 9, který je připájen jednak k luminiscenční diodě 8, jednak druhým koncem k přívodnímu kontaktu 5. Luminiscenční dioda 8 může být například z galiumaluminiumarsenidu se zářením v oblasti 800 nm. Každá ze štěrbin je vyplněná přizpůsobovací hmotou 10. Přizpůsobovací hmotu 10 mohou tvořit čiré epoxidové pryskyřice. V mezeře mezi stěnou dutiny a pláštěm dříku 1 je ještě uložena přizpůsobovací vrstva 11, buď kapalná, nebo tuhá, například z pryskyřice stejného typu jako u přizpůsobovací hmoty 10. Každý ze segmentů 4 je opatřen dírou na provlečení stabilizačního nosného tmu 12. Nosné trny 12 svírají pomocí matic 13, nosného oka 14 a nosného oka 15 s držákem všechny segmenty 4 a stabilizují jejich polohu tak, že segmenty 4 tvoří pracovní dutinu. Na všech styčných plochách vodivých součástí, a to segmentů 4, přívodních kontaktů 5, trnů 12, ok 14, 15 a matic 13 je nanesena izolační vrstva 16, například z elektricky izolujících laků atd. Vnější tvar segmentů 4 je potom přizpůsoben tak, aby segmenty 4 současně tvořily žebrovou strukturu vzduchového chladiče.

Záření vycházející z čipu luminiscenční diody 8 vchází do přizpůsobovací hmoty 10, která má za úkol snížit ztráty vzniklé nepřizpůsobením indexů lomu materiálů luminiscenční diody 8 a dříku 1 aktivního materiálu a po odrazech od stěn pokrytých štěrbinovou odraznou vrstvou 7 vchází ze štěrbiny do vlastní dutiny přes přizpůsobovací vrstvu 11, která má za úkol vyplnit mezeru mezi stěnou a dříkem 1 tak, aby nevzniklo nepřizpůsobení indexů mezi stěnou a dříkem 1 na mezivrstvě do vnitřku dříku 1. Na cestě dříkem 1 je záření částečně absorbováno. Absorbce v dříku je žádoucí, protože způsobuje změnu koncentrací elektronů na pracovních hladinách laserů, a tím i celou funkci dříku 1 se zrcadly jako laseru. Po průchodu dříkem 1 záření se šíří některým z následujících způsobů: Za prvé znovu projde přizpůsobovací vrstvou 11 a odráží se od dutinové odrazné vrstvy 6 a v té se částečně utlumí, protože tato vrstva 6 nemá ideální odrazivost, projde znovu přizpůsobovací vrstvou 11 a vrátí se do dříku 1.

Za druhé dopadne na zrcadlo 2, projde jím, protože zrcadlo 2 odráží záření o pracovní a ne budicí frekvenci, dopadne na zrcadlo 3, kde se odrazí, projde zrcadlem 2 a vrátí se zpět do dříku 1.

Za třetí projde přizpůsobovací vrstvou 11 dostane se do přizpůsobovací hmoty 10, dopadne na stěnu štěrbiny opatřenou štěrbinovou odraznou vrstvou 7 a po několika odrazech se buď znovu vrátí do přizpůsobovací vrstvy 11 a dále do dříku 1, nebo je absorbováno čipem luminiscenční diody 8.

Tento proces se opakuje tolikrát za sebou, dokud není záření zcela absorbováno.

Část ploch ok 14 a 15 tvořících čelní stěny štěrbiny, ve které jsou umístěny čipy luminiscenčních diod 8 je také opatřena štěrbinovou odraznou vrstvou 7.

Segmenty 4, protože jsou například z mědi, zároveň slouží jako chladiče pro jednotlivé čipy luminiscenčních diod 8. Konstrukce štěrbinové budicí dutiny s těsnou přizpůsobenou vazbou totiž zároveň umožňuje zkonstruovat - segmenty 4 jako relativně mohutné kompakt3 ní chladiče, které odvádějí teplo vznikající v čiipu luminiscenční diody 8 při procesu přeměny elektrické energie v energii záření o budicí frekvenci. Protože jsou segmenty 4 prostorově v těsném kontaktu s dříkem 1, jsou rovněž v kontaktu tepelném a způsobují jeho ochlazování. Má tedy popsané zařízení i tuto výhodu. Vzniklé teplo potom postupuje segmenty 4 k jejich povrchu, který může být chlazen vodou nebo jiným kapalným chladicím médiem. Podle obr. 1, 2 může být tvarován do žebrovité struktury, typické pro vzduchem chlazená zařízení. Rovněž oka 14 a 15, popřípadě trny 12 mohou být tvarovány jinak. Budicí dutina podle obr. 1 a 2 je potom skutečně uzavřena a téměř úplně vyplněna aktivním absorbčním prostředím. Má tedy i z teoretického hlediska maximální možnou účinnost, jsou-li dutinové odrazné vrstvy 6 difúzní. Tyto vrstvy však nemusí být pouze z materiálu, který odráží difúzně, ale i z materiálu, který odráží zrcadlově, jako například zlato. Změní se pouze rozložení hustoty budicí energie uvnitř dříku 1 a tím modová struktura vycházejícího záření. Tvar držáku může být přizpůsoben potřebám.

K tomu, aby se světlo které projde dříkem 1 dostalo zpět do dříku 1 skutečně stačí jen jeden odraz od stěny dutiny. Je-li průnik štěrbiny s pláštěm dutiny malý ve srovnání s celkovou plochou dutiny, je ta část záření, která se šíří třetím způsobem malá ve srovnání s oběma předchozími způsoby. Dutina je tedy účinná. Přizpůsobovací hmota 10 má potom za úkol jednak zvýšit vnější kvantovou účinnost samotných čipů luminiscenčních diod 8, protože má index lomu přizpůsobený indexu lomu diodových čipů a zároveň i indexu lomu čipu dříku 1, čímž je zaručen optimální přenos energie z diod do dříku 1.

Claims (3)

1. Laser se štěrbinovou budicí dutinou s těsnou přizpůsobenou vazbou, buzený luminiscenčními diodami, vyznačený tím, že ve válcové dutině vytvořené segmenty (4) je nanesena odrazná vrstva (6) a těsně souose je uložen dřík (1) z aktivního materiálu, který je na čelních 'plochách opatřen vnitřními zrcadly (2), na něž dosedají z vnější strany vnější zrcadla (3), zatímco mezi povrchem dříku (1) a odraznou vrstvou (6) je umístěna přizpůsobovací vrstva (11), přičemž dutinová odrazná vrstva (6) je přerušena nejméně jednou vně vystupující radiální štěrbinou opatřenou odraznou vrstvou (7), v níž jsou umístěny čipy luminiscenčních diod (8) a radiální štěrbiny jsou vyplněny přizpůsobovací hmotou (10).

2. Laser podle bodu 1, vyznačený tím, že segmenty (4) jsou od sebe izolovány izolační vrstvou (16).

3. Laser podle bodu 1, vyznačený tím, že k jednbmu pólu čipu luminiscenční diody (8) jsou připojeny kontaktovým drátkem (9) přívodní kontakty (5).