LT5172B

LT5172B - Unstable laser resonator

Info

Publication number: LT5172B
Application number: LT2003006A
Authority: LT
Inventors: Michailas GRIŠINAS; Andrėjus MICHAILOVAS
Original assignee: Uždaroji akcinė bendrovė "EKSPLA"
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2004-10-25
Also published as: LT2003006A

Abstract

The present invention relates in general to the field of quantum electronics, and in particular to high average power lasers featuring resonators with high filling factor of active medium and high quality spatial profile of radiation. It can be usedin the development of lasers for material research and numerous scientific and technological applications. Unstable laser resonator comprises a total reflection mirror, quality modulator, polarizer, active medium with pumping means and output mirror with radially varying reflectivity and with radius M3 1 times smaller than active medium's,- all positioned along a single optical axis and optically coupled. The resonator length, curvature radii of mirrors and thermal lens of active medium are specially selected to form a telescope. The novelty of invention is in application of deformation mean which enables flexible deformation of the total reflection mirror in a plane perpendicular to the plane of longitudinal axes of active medium and itsexcitation means

Description

Išradimas skirtas kvantinės elektronikos sričiai, būtent lazerių, spinduliuojančių didelę vidutinę galią, rezonatoriams su dideliu aktyviosios terpės užpildymo koeficientu ir aukšta erdvine spinduliuotės kokybe, ir gali būti taikomas kuriant lazerius mokslo tyrimams, medžiagotyrai, įvairioms technologijoms ir t.t.The present invention relates to the field of quantum electronics, namely, high-power laser resonators with high active medium charge coefficients and high spatial radiation quality, and can be applied to the development of lasers for scientific research, materials science, various technologies and the like.

Yra žinomas nestabilus lazerio rezonatorius, turintis vienoje optinėje ašyje išdėstytus ir optiškai susietus sferinį pilnai atspindintį veidrodį, aktyviąją terpę su kaupinimo įtaisu ir išėjimo veidrodį, kurio atspindžio koeficientas radialiai kinta, o jo skersmuo yra mažesnis už rezonatoriaus išėjime generuojamo spindulio diametrą (EP No.O 231 050 A2,An unstable laser resonator is known which has a spherical full reflection mirror disposed in one optical axis and optically coupled, an active medium with a storage device, and an output mirror having a radially variable reflectivity and a diameter smaller than the diameter of the beam generated at the resonator output. 231 050 A2,

1987 01 27).1987-01-27).

Pagrindinis šio rezonatoriaus trūkumas yra tas, kad netolygus aktyviosios terpės sužadinimas sukelia astigmatizmą ir dėl to pablogėja spindulio kokybė.The main disadvantage of this resonator is that uneven excitation of the active medium causes astigmatism and consequently deteriorates beam quality.

Yra žinomas lazerio rezonatorius, turintis vienoje optinėje ašyje išdėstytus ir optiškai susietus asferinį visiškai atspindintį veidrodį, lęšį, aktyviąją terpę su kaupinimo įtaisu ir plokščiąjį išėjimo veidrodį, kuriame visiškai atspindintis veidrodis ir lęšis suformuoja teleskopą, skirtą užpildyti spinduliuote aktyviąją terpę; be to, dėl rezonatoriuje sukelto astigmatizmo kompensavimo asferinis veidrodis turi sudėtingą paviršiaus konfigūraciją (US patentas No.4 803 694,1989 02 07).There is known a laser resonator having an aspheric full-reflecting mirror, a lens, an active medium with a storage device and a flat-exit mirror arranged in one optical axis, in which the fully reflecting mirror and the lens form a telescope for filling the radiation-active medium; moreover, due to the resonator-induced astigmatism compensation, the aspherical mirror has a complex surface configuration (U.S. Patent No. 4,803,694,1989, 02 07).

Pagrindiniai šio lazerio trūkumai yra didelis rezonatoriaus jautrumas mechaniniam nestabilumui bei labai sudėtinga asferinio vedrodžio gamyba.The main drawbacks of this laser are the high sensitivity of the resonator to mechanical instability and the very complicated production of the aspherical guide.

Išradimu siekiama padidinti lazerio efektyvumą ir spinduliuotės kokybę, sumažinant rezonatoriaus difrakcinius nuostolius, maksimaliai užpildant aktyviąją terpę spinduliuote bei kompensuojant rezonatoriaus astigmatizmą.The object of the invention is to increase the efficiency of the laser and the quality of radiation by reducing the diffraction losses of the resonator, by maximally filling the active medium with radiation and by compensating the astigmatism of the resonator.

Uždavinio sprendimo esmė yra ta, kad nestabiliame lazerio rezonatoriuje, turinčiame vienoje optinėje ašyje išdėstytus ir optiškai susietus visiškai atspinintį veidrodį, kokybės moduliatorių, poliarizatorių, aktyviąją terpę su kaupinimo įtaisu, išėjimo veidrodį, turintį radialiai besikeičiantį atspindžio koeficientą, kurio skersmuo yra M kartų mažesnis uz aktyviosios terpės skersmenį, kur M > 1, be to rezonatoriaus ilgis, veidrodžių kreivumo spinduliai ir terminis aktyviosios terpės lęšis yra tokie, kad suformuotų teleskopą, nauja yra tai, kad visiškai atspindintis veidrodis, veikiant deformavimo įtaisui, gali lanksčiai deformuotis plokštumoje, statmenoje plokštumai, kurioje guli aktyviosios terpės ir jos sužadinimo įtaiso išilginės ašys, taip, kad gautų suderintą minėtą suformuotą teleskopą.The essence of the problem is that in an unstable laser resonator having a fully reflected mirror arranged in one optical axis and optically coupled, a quality modulator, a polarizer, an active medium with a storage device, an output mirror having a radially changing reflection coefficient smaller than M times the diameter of the active medium, where M> 1, in addition the resonator length, the radii of curvature of the mirrors and the thermal active lens are such as to form a telescope, the new being that a fully reflecting mirror can flexibly deform in a plane perpendicular to the plane; in which lies the longitudinal axes of the active medium and its excitation device so as to obtain a matched telescope of said shape.

Deformavimo įtaisas turi dvi atramas ir du stūmiklius, mechaniškai sąveikoj ančius su visiško atspindžio veidrodžiu per jo laikiklį ir išdėstytus atitinkamai iš priešingų minėto veidrodžio laikiklio pusių koncentriškai optinei ašiai taip, kad atramų veikimo vektoriai bei stūmiklių veikimo vektoriai gulėtų tarpusavyje statmenose plokštumose, kurių viena sutampa su plokštuma, kurioje guli aktyvios terpės ir jos sužadinimo įtaiso išilginės ašys.The deformation device has two supports and two pushers mechanically interacting with the full-reflection mirror through its holder and disposed respectively on opposite sides of said mirror holder in a concentric optical axis such that the support vectors and the pusher action vectors lie in mutually perpendicular planes the plane containing the longitudinal axes of the active medium and its excitation device.

Atramos yra išdėstytos iš vidinės veidrodžio laikiklio pusės taip, kad jų veikimo vektoriai gulėtų plokštumoje, kurioje yra aktyviosios terpės ir jos sužadinimo įtaiso išilginės ašys, o stūmikliai yra išdėstyti iš išorinės veidrodžio laikiklio pusės taip, kad jų veikimo vektoriai būtų plokštumoje, statmenoje atramų veikimo vektorių plokštumai.The supports are arranged on the inner side of the mirror holder so that their action vectors lie in the plane containing the longitudinal axes of the active medium and its excitation device, and the pushers are arranged on the outer side of the mirror holder so that their action vectors are to the plane.

Stūmikliai iš išorės sujungti skersiniu, kurį mechaniškai veikia vienas varomasis centrinis stūmiklis.The pushers are connected externally by a bar, mechanically operated by a single-driven central pusher.

Centrinis varomasis stūmiklis yra varžtas, mechaniškai sąveikoj antis su skersiniu, kuris gali būti padarytas iš plono spyruokliuojančio lakšto.The central drive pusher is a bolt that mechanically interacts with the duck, which can be made of a thin spring plate.

Nestabilus lazerio rezonatorius detaliau paaiškinamas brėžiniais, kur:The unstable laser resonator is explained in more detail in the drawings, where:

Fig. 1 pavaizduota siūlomo lazerio rezonatoriaus principinė schema;FIG. Figure 1 is a schematic diagram of a proposed laser resonator;

Fig. 2 pavaizduotas lazerio rezonatoriaus pagal Fig. lvaizdas C-C;FIG. 2 shows a laser resonator according to FIG. image C-C;

Fig.3 pavaizduotas visiškai atspindinčio mazgo konstrukcijos antrasis variantas.Figure 3 shows a second embodiment of a fully reflective assembly.

Siūlomą lazerio rezonatorių sudaro vienoje optinėje ašyje išdėstyti ir optiškai susieti visiškai atspindintis įgaubtas sferinis veidrodis 1, kokybės moduliatorius 2, poliarizatorius 3, aktyvioji terpė 4, sužadinimo šaltinis 5 (pavyzdžiui, impulsinė lempa) su kaupinimo ³ LT 5172 B įtaisu 6, išėjimo veidrodis 7 su radialiai kintančiu atspindžio koeficientu, įtaisytas ant išgaubto sferinio pagrindo 8. Be to, visiškai atspindinčio veidrodžio 1 laikiklio vidinė pusė mechaniškai sąveikoja su atramomis 9, 9', kurių veikimo taškai išdėstyti tiesėje AA’, o išorinė minėto laikiklio pusė mechaniškai sąveikoja su stūmikliais 10, 10’, kurių veikimo taškai išdėstyti tiesėje BB’. Minėtos atramos 9, 9’ ir stūmikliai 10, 10’ išdėstyti koncentriškai optinei ašiai taip, kad atramų 9, 9‘ veikimo vektoriai gulėtų plokštumoje, kurioje guli aktyviosios terpės ir kaupinimo elemento išilginės ašys, o stūmiklių veikimo vektoriai gulėtų plokštumoje, statmenoje paminėtai plokštumai.The proposed laser resonator consists of a fully reflective concave spherical mirror 1, a quality modulator 2, a polarizer 3, an active medium 4, an excitation source 5 (e.g., a pulsed lamp) with an accumulator ³ , and an output mirror 7 arranged in one optical axis. with radially variable reflection coefficient mounted on a convex spherical base 8. In addition, the inner side of the holder of the fully reflecting mirror 1 mechanically interacts with the supports 9, 9 'whose operating points are arranged in the line AA' and the outer side of said holder mechanically interacts with the pushers. , 10 ', with operating points located on line BB'. Said supports 9, 9 'and pushers 10, 10' are disposed concentrically to the optical axis such that the action vectors of the supports 9, 9 'lie in the plane where the longitudinal axes of the active medium and the accumulator element lie, and

Fig. 2 pavaizduotas visiškai atspindinčio veidrodžio mazgo konstrukcijos antrasis variantas, kuriame stūmikliai 10, 10’ iš išorės sujungti skersiniu 11, kurį mechaniškai veikia vienas varomasis centrinis stūmiklis 12. Varomasis centrinis stūmiklis 12 gali būti varžtas, o jungiantysis skersinis 11 gali būti padarytas iš plono spyruokliuojančio lakšto.FIG. 2 illustrates a second embodiment of a fully reflective mirror assembly in which pushers 10, 10 'are externally connected by a transverse 11 mechanically actuated by a single driven central pusher 12. The driving central pusher 12 may be a bolt and the connecting transverse 11 may be made of a thin spring plate. .

Siūlomas lazerio rezonatorius dirba tokiu būdu. Kaupinant aktyviąją terpę 4 žadinimo šaltiniu 5 (pvz., impulsine lempa), patalpintu kaupinimo įtaise 6 iš vieno aktyviosios terpės 4 šono, dėl nesimetrinio sužadinimo aktyviojoje terpėje 4 susiformuoja nesimetrinis terminis lęšis, kurio greitoji ašis (kryptis, kuria terminis lęšis stipriausias) sutampa su einančia per optinę ašį tiese AA' bei gulinčia plokštumoje, kurioje yra aktyviosios terpės 4 ir žadinimo šaltinio 5 išilginės ašys. Nestabilusis rezonatorius yra suderintas, kai jo veidrodžių 1 ir 7 židinių nuotoliai kartu su aktyviosios terpės 4 židinio nuotoliu, esant fiksuotam rezonatoriaus ilgiui, yra tokie, kad minėti veidrodžiai ir terminis lęšis sudarytų suderintą teleskopą tai yra, jų suminis židinio nuotolis lygus begalybei. Kadangi terminis lęšis aktyviojoje terpėje 4 yra astigmatinis, tą padaryti pavyksta tik viena kryptimi. Siūlomo rezonatoriaus atveju tai yra kryptis, sutampanti su linija BB', einančia per stūmiklių 10,10' sąveikos taškus. Tam, kad rezonatorius būtų suderintas kryptimi AA', atramos 9,9' paveikiamos jėga ir pakeičiamas veidrodžio 1 kreivumas kryptimi AA'. Kadangi terminio lęšio astigmatizmas priklauso nuo aktyviojoje terpėje sugerto galingumo, tai jam pasikeitus, astigmatizmą galima kompensuoti pakeitus jėgą veikiančią stūmiklius 10,10'. Tokiu būdu pasiekiamas maksimalus aktyviosios terpės užpildymas lazerio šviesa ir gaunamas aukštos kokybės simetrinis lazerio spinduliuotės pluoštas. Be to, rezonatoriaus suderinimas gali būti vykdomas generacijos metu, tam nebūtina iš rezonatoriaus išimti visiškai atspindintį veidrodį.The proposed laser resonator works this way. By accumulating the active medium 4 with an excitation source 5 (e.g., a pulsed lamp) placed in the accumulator 6 on one side of the active medium 4, asymmetric excitation in the active medium 4 results in a non-symmetrical thermal passing through the optical axis at line AA 'and lying in a plane containing the longitudinal axes of the active medium 4 and the excitation source 5. An unstable resonator is matched when the focal lengths of its mirrors 1 and 7 together with the focal length of the active medium 4 at a fixed resonator length are such that said mirrors and thermal lens form a matched telescope, that is, their total focal length is infinite. Because the thermal lens in the active medium 4 is astigmatic, it can only be done in one direction. In the case of the proposed resonator, this is the direction coinciding with line BB 'passing through the interaction points of the pushers 10,10'. To align the resonator in the direction AA ', the supports 9,9' are subjected to force and the curvature of the mirror 1 is reversed in the direction AA '. Since the astigmatism of the thermal lens depends on the power absorbed by the active medium, as it changes, the astigmatism can be compensated by the replacement of the force acting pushers 10,10 '. In this way, the maximum filling of the active medium with laser light is achieved and a high quality symmetrical laser beam is obtained. In addition, resonator alignment can be performed during generation, without the need to remove a fully reflective mirror from the resonator.

Claims

DEFINITION OF INVENTION

1. An unstable laser resonator having a fully reflective mirror, a quality modulator, a polarizer, an array with an accumulator, an output mirror having a radially variable reflectivity having a diameter M which is smaller than the diameter of the active medium, and which is optically linked; 1, furthermore, the length of the resonator, the radii of curvature of the mirrors, and the thermal medium lens are such that the telescope is shaped such that a fully reflective mirror can flexibly deform in a plane perpendicular to the plane in which the active medium and its excitation device are longitudinal axes so as to obtain a matched said telescope formed.

2. A resonator according to claim 1, wherein said deformation device comprises two supports and two pushers mechanically interacting with a full-reflection mirror through its holder and disposed respectively on opposite sides of said mirror holder in a concentric optical axis such that the action of the supports and the action of the pushers the vectors lie in mutually perpendicular planes, one of which coincides with the plane in which the longitudinal axes of the active medium and its excitation device lie.

3. The resonator of claim 2, wherein the supports are disposed on the inner side of the mirror holder so that their action vectors lie in a plane containing the longitudinal axes of the active medium and its excitation device, and the pushers are disposed on the outer side of the mirror holder. their action vectors lie in a plane perpendicular to the action vector plane of the supports.

4. A resonator according to claims 2 to 3, characterized in that the pushers are connected externally by a transverse mechanism which is mechanically actuated by a single driven central pusher.

5. A resonator as claimed in claim 4, wherein the central drive pusher is a screw that mechanically interacts with a bar made of a thin spring plate.