CS273003B1

CS273003B1 - Laser rod

Info

Publication number: CS273003B1
Application number: CS421585A
Authority: CS
Inventors: Jiri Ing Drsc Kvapil; Bohumil Ing Csc Perner; Josef Ing Csc Kvapil
Original assignee: Kvapil Jiri; Perner Bohumil; Kvapil Josef
Priority date: 1985-06-12
Filing date: 1985-06-12
Publication date: 1991-02-12
Also published as: CS421585A1

Abstract

The laser rod from the material activated by ions of neodymium, e.g. from the monocrystal of yttrium-aluminium garnet or perovskite with higher efficiency of pumping, equipped with grooves or a helical groove on the cylinder surface, is significant because the groove has a wedge section with the depth from 0.03 to 0.7 mm, while the axis of the wedge is perpendicular to the axis of the rod and the vertex angle of the wedge α corresponds to the relation:<IMAGE>Where c is the mass concentration of ions of neodymium in per cents, d is the diameter of the rod in mm, n is the refractive index and k is the constant with the value of 7.5+-1.5.

Description

(57) Laserová tyč z materiálu aktivovaného ionty neodymu, například z monokrystalu yttritohlinitého granátu nebo perovskitu se zvýšenou účinností čerpání, opatřená na válcovém povrchu drážkami nebo šroubovicovou drážkou je významná tím, že drážka má klínovitý průřez o hloubce 0,03 až 0,7 mm, přičemž osa klínu je kolmá k ose tyče a vrcholový úhel klínu 06 odpovídá vztahu c . d . n(57) A laser rod made of neodymium-activated material, such as yttrium-aluminum garnet or perovskite single crystal with increased pumping efficiency, provided with grooves or helical grooves on a cylindrical surface is significant in that the groove has a wedge-shaped cross section of 0.03 to 0.7 mm wherein the wedge axis is perpendicular to the bar axis and the apex angle of the wedge 06 corresponds to the relation c. d. n

--^-— — = k sin^có - cos oC l/rA-l+coso6 kde £ je hmotnostní koncentrace iontů neodymu v %, d je průměr tyče v mm, £ je index lomu a k je konstanta o hodnotě 7,5-1,5.- ^- - - = k sin ^ có - cos oC l / rA-1 + coso6 where je is the mass concentration of neodymium ions in%, d is the diameter of the bar in mm, je is the refractive index and k is a constant of 7,5- 1.5.

273 273 003 003 (Π) , (Π), (13) (13) Bl Bl (51) (51) Int. Cl.⁵ H 01 S3/02Int. Cl. ⁵ H 01 S3 / 02

CS 273003 BlCS 273003 Bl

Vynález se týká laserové tyče z materiálu aktivovaného neodymem se zvýšenou účinnosti čerpání úpravou jejího válcového povrchu.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a laser rod of a neodymium-activated material with increased pumping efficiency by treating its cylindrical surface.

Účinnost pevnolátkových laserů závisí na celé řadě faktorů. Z nich nejvýznamnější jsou stupen shody emisního spektra výbojky s absorpčním spektrem materiálu laserové tyče, jakost výbojky a materiálu tyče a účinnost přechodu světla z výbojky do materiálu tyče. Vedle jakosti laserového reflektoru rozhoduje o tomto převodu stav válcového povrchu laserové tyče. Nejméně světla prochází povrchem leštěným, více povrchem broušeným. Nejlepší výsledky poskytuje povrch upravený jiným způsobem, například drážkováním, oož se používá v laserových výbojkách.The efficiency of solid state lasers depends on a number of factors. The most important of them are the degree of conformity of the emission spectrum of the lamp with the absorption spectrum of the laser rod material, the quality of the lamp and the rod material and the efficiency of light transmission from the lamp to the rod material. In addition to the quality of the laser reflector, the condition of the cylindrical surface of the laser rod determines this transmission. Least light passes through the polished surface, more through the ground. For best results, a surface treated in another way, for example by grooving, used in laser lamps.

Také u pevnolátkových laserových tyčí se vytvořením drážek, zejména kolmých k ose tyče zvýší schopnost tyče akumulovat optickou energii, '^činnost čerpání tyče však může kolísat, a to i hluboko pod mez dosažitelnou s tyčí s obvyklým hrubě broušeným povrchem, takže není pro technickou praxi snadno využitelné.Also in solid-state laser bars, the formation of grooves, particularly perpendicular to the axis of the bar, will increase the ability of the bar to store optical energy, but the pumping action of the bar may fluctuate, even below the limit achievable with a bar with a roughly ground surface. easy to use.

Uvedený nedostatek odstraňuje laserová tyč z materiálu aktivovaného ionty neodymu se zvýšenou účinností čerpání podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že na jejím válcovém povrchu jsou vytvořeny drážky nebo drážka hloubky 0,03 až 0,7 mm klínového průřezu, jehož osa je kolmá k ose tyče a úhel klínu ώ odpovídá vztahuThis drawback is remedied by a laser rod of a material of the activated pumping efficiency of neodymium ions according to the invention, characterized in that grooves or grooves of 0.03 to 0.7 mm of wedge depth are formed on its cylindrical surface, the axis of which is perpendicular to the The axis of the bar and the wedge angle ώ correspond to the relation

-P · d η „ _{= k} -P · d η „ _{= k}

Η 2 2 sin dj - coscó || n — 1+cos ού kde £ je hmotnostní koncentrace iontů neodymu v %, d je průměr tyče v mm, n je index lomu laserové tyče a k je konstanta o hodnotě 7,5 i 1,5.Η 2 2 sin dj - coscó | n - 1 + cos ού where £ is the mass concentration of neodymium ions in%, d is the diameter of the bar in mm, n is the refractive index of the laser bar and k is a constant of 7.5 and 1.5.

Přitom je účinnost převodu světla nejvyšší v tom případě, kdy drážky nebo drážka je vytvořená jako například šroubovice a je přibližně kolmá k ose tyče. Při uvedené úpravě válcového povrchu tyče se většina světelných paprsků láme přibližně kolmo k plochám drážky, takže dráha paprsků v laserové tyči se prodlouží. Úhletů, a tím i úhel kolmice k plochám drážky a ose tyče je tím menší a proto relativní prodloužení dráhy paprsků čerpacího světla v laserové tyči je tím menší, čím menší’je průměr tyče. Naopak v tyčích větších průměrů paprsky postupují pod vyšším úhlem k ose tyče, protože v opačném případě by čerpá-, ní osové části tyče bylo příliš nízké. Světlo odražené jednou plochou drážky přitom z větší části dopadá na opačnou plochu drážky, kterou opět prochází do laserové tyče. Zvláště výhodné vlastnosti mají laserové tyče opatřené na válcové ploše drážkami nebo drážkou, jejichž povrch je leptán. Laserová tyč podle vynálezu tak umožňuje konstrukci laserů pracujících se zvýšenou účinností, přičemž v klíčovaném provozu vykazuje zároveň větší schopnost akumulace přijaté energie.In this case, the efficiency of the light transmission is highest when the groove or groove is designed as a helix and is approximately perpendicular to the axis of the rod. In this treatment of the cylindrical surface of the rod, most light beams break approximately perpendicularly to the groove surfaces so that the beam path in the laser rod is extended. The angles and thus the angle of the perpendicular to the groove surfaces and the axis of the bar are smaller and therefore the relative extension of the path of the pumping light beams in the laser bar is the smaller the bar's diameter. Conversely, in rods of larger diameters, the beams advance at a higher angle to the axis of the rod, otherwise the pumping of the axial portion of the rod would be too low. The light reflected by one surface of the groove, for the most part, impinges on the opposite surface of the groove, which again passes into the laser rod. Particularly advantageous properties are provided by laser bars provided with grooves or grooves on the cylindrical surface, the surface of which is etched. The laser bar according to the invention thus enables the construction of lasers operating with increased efficiency, while at the same time it has a greater ability to accumulate the energy received in keyed operation.

Příklad 1Example 1

Laserová tyč z monokrystalu yttritohlinitého granátu s obsahem 0,73 hmot.% neodymu o indexu lomu 1,816, průměru 8 mm a délce 75 mm s broušeným válcovým povrchem byla použita v kontinuálně pracujícím laseru čerpaném kryptonovou výbojkou o příkonu 5 kV. Tyč i výbojka byly chlazeny deíonizovanou vodou, reflektor byl pozlacený, délka rezonátoru činila 350 mm. Zadní zrcadlo bylo rovinné o reflektivitě 99,9 %, výstupní zrcadlo bylo kulové o poloměru křivosti 4 m. Výstupní svazek měl výkon 66 W. Potom byla po celé délce válcové plochy tyče vytvořena podle vynálezu spirálová drážka o stoupání 0,8 mm, hloubky 0,2 mm klínovitého průřezu. Osa klínu byla kolmá k ose tyče a úhel klínu¢6 činil 110°. Stejný laser s takto upravenou tyčí emitoval při příkonu výbojky 5 kW výkon 78 W. Laserová tyč ze stejného monokrystalu, která s broušenou válcovou plochou vykazovala v uvedeném laseru při stejném čerpání výkon výstupního svazku 64 W po vytvoření drážky s klínovitým průřezemA yttrium aluminum garnet single crystal laser bar containing 0.73 wt% neodymium with a refractive index of 1.816, a diameter of 8 mm and a length of 75 mm with a ground cylindrical surface was used in a continuously operating laser pumped by a 5 kV krypton lamp. The rod and the lamp were cooled with deionized water, the reflector was gold plated, the length of the resonator was 350 mm. The rear mirror was planar with a reflectivity of 99.9%, the exit mirror was spherical with a radius of curvature of 4 m. The output beam had a power of 66 W. Then a spiral groove of 0.8 mm, depth 0, 2 mm wedge cross section. The wedge axis was perpendicular to the bar axis and the wedge angle ¢ 6 was 110 °. The same laser with the rod thus emitted 78 W at a lamp power of 5 kW. A laser rod of the same single crystal, with a cylindrical surface of the same laser, showed the output beam output of 64 W at the same pumping after a wedge-shaped slot

CS 273003 Bl o úhlů klínu 06 80° a jinak stejném stoupání a hloubce jako drážka na tyči předchozí vykázala při novém měření při stejném čerpání výkon výstupního svazku pouze 66 W.CS 273003 B1 with a wedge angle of 06 80 ° and otherwise the same pitch and depth as the groove on the previous rod showed only 66 W output power at the same measurement at the same pumping.

Příklad 2Example 2

Laserové tyče z monokrystalu yttritohlinitého perovskitu s obsahem 0,8 hmot.% neodymu, indexu lomu 1,930, průměru 3 mm a délce 55 mm byly zkoušeny v pulzním laseru a xenonovou výbojkou čerpanou energií 30 J, s postříbřeným reflektorem a rezonátorem o reflektivitě výstupního zrcadla 50 %. Energie výstupního světelného svazku činily 400 - 30 mO. Potom byly vytvořeny podle vynálezu na válcové ploše jedné tyče v celé její délce kruhové drážky hloubky 0,1 mm, klínovitého průřezu, kde úhel klínucó ěinil 80° a jeho osa byla kolmá k ose tyče. Vzájemná vzdálenost drážek činila 0,4 mm. Laser s takto upravenou tyčí emitoval výstupní svazek o energii 480 mO. U další tyče jinak stejná drážka měla úhel klínu dj 110°. V laseru opatřeném touto tyčí však energie výstupního svazku činila pouze 425 mJ.Yttrium-aluminum perovskite single-crystal laser bars containing 0.8 wt% neodymium, refractive index 1.930, 3 mm diameter and 55 mm length were tested in a pulsed laser and 30 J pumped xenon lamp with silver plated reflector and resonator with an output mirror reflectivity of 50 %. The energy of the output light beam was 400 - 30 mO. They were then formed according to the invention on a cylindrical surface of one rod along its entire length of a circular groove of a depth of 0.1 mm, of wedge-shaped cross section, with a wedge angle of 80 ° and its axis perpendicular to the axis of the rod. The distance between the grooves was 0.4 mm. The laser with this modified rod emitted an output beam of 480 mO energy. In another rod, the otherwise identical groove had a wedge angle dj of 110 °. However, in a laser provided with this rod, the output beam energy was only 425 mJ.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Laser bar of neodymium-activated material, provided with grooves or helical grooves on the cylindrical surface, characterized in that the groove has a wedge-shaped cross section with a depth of 0.03 to 0.7 mm, the wedge axis being perpendicular to the bar axis and the apex angle of the wedge relationship