RU106990U1

RU106990U1 - LASER WITH OPTICAL PARAMETRIC GENERATOR

Info

Publication number: RU106990U1
Application number: RU2011108050/28U
Authority: RU
Inventors: Юрий Тимофеевич Михайлов; Александр Иванович Немененок; Анатолий Михайлович Тареев; Андрей Сергеевич Красковский; Сергей Николаевич Титовец; Татьяна Васильевна Топленикова
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Пеленг"
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2011-07-27

Abstract

Лазер с оптическим параметрическим генератором, включающий глухое зеркало и выходное зеркало, образующие лазерный резонатор, в котором установлены оптически связанные активный элемент, оптическое устройство для изменения направления оси лазерного резонатора, внутреннее зеркало, образующее с выходным зеркалом вторичный внутренний резонатор, в котором расположен нелинейный кристалл, отличающийся тем, что содержит оптический компенсатор, расположенный между активным элементом и внутренним зеркалом и выполненный в виде двух оптических клиньев, установленных с возможностью поворота вокруг оси лазерного резонатора. A laser with an optical parametric generator, including a blind mirror and an output mirror forming a laser resonator, in which an optically coupled active element is mounted, an optical device for changing the direction of the axis of the laser resonator, an internal mirror forming a secondary internal resonator with an output mirror in which the nonlinear crystal is located characterized in that it contains an optical compensator located between the active element and the internal mirror and made in the form of two optically wedges mounted for rotation around the axis of the laser resonator.

Description

Полезная модель относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам для параметрической генерации излучения, и может быть использована для создания источников направленного излучения.The utility model relates to optical instrumentation, in particular to devices for parametric generation of radiation, and can be used to create sources of directional radiation.

Известен лазер с оптическим параметрическим генератором (ЛОПГ) [1], включающий образованный глухим сферическим зеркалом и плоским выходным зеркалом лазерный резонатор, в котором установлены оптически связанные активный элемент, плоское внутреннее зеркало, образующее с выходным зеркалом вторичный внутренний резонатор, поляризатор, установленный между плоским внутренним и глухим сферическим зеркалами, кристалл КТР (титанила фосфата калия или KTiOPO₄), имеющий плоскопараллельные рабочие грани и расположенный во вторичном внутреннем резонаторе, причем коэффициент отражения плоского выходного зеркала для выходного излучения оптического параметрического генератора находится в пределах от 0,1 до 0,8.A known laser with an optical parametric generator (LOPG) [1], comprising a laser resonator formed by a blind spherical mirror and a flat output mirror, in which an optically coupled active element is mounted, a flat internal mirror forming a secondary internal resonator with an output mirror, and a polarizer mounted between the flat internal and hollow spherical mirrors, crystal KTP (potassium titanyl phosphate or KTiOPO ₄₎ having plane-parallel working faces and located in the secondary domestic reason torus, wherein the reflectance of the flat output mirror for the radiation output of the optical parametric oscillator is in a range of from 0.1 to 0.8.

Такой ЛОПГ с расположением оптических элементов в одну линию позволяет получить максимальный КПД, однако имеет и максимальную длину.Such LOPG with the arrangement of optical elements in one line allows to obtain maximum efficiency, but it also has a maximum length.

Меньшую длину имеет ЛОПГ [2], являющийся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбранный в качестве прототипа.A smaller length is LOPG [2], which is the closest in technical essence and the achieved result and selected as a prototype.

ЛОПГ включает глухое зеркало и выходное зеркало, образующие лазерный резонатор, в котором установлены оптически связанные активный элемент, оптическое устройство для изменения направления оси лазерного резонатора, внутреннее зеркало, образующее с выходным зеркалом вторичный внутренний резонатор, в котором расположен нелинейный кристалл, а также поляризатор, установленный между активным элементом и глухим зеркалами. Коэффициент отражения выходного зеркала для выходного излучения оптического параметрического генератора (ОПГ) находится в пределах от 0,4 до 0,8.LOPG includes a blind mirror and an output mirror forming a laser resonator in which an optically coupled active element is installed, an optical device for changing the direction of the axis of the laser resonator, an internal mirror forming a secondary internal resonator with an output non-linear crystal, and a polarizer, installed between the active element and dull mirrors. The reflection coefficient of the output mirror for the output radiation of the optical parametric generator (OPG) is in the range from 0.4 to 0.8.

Однако наличие в резонаторе оптического устройства для изменения направления оси лазерного резонатора предъявляет повышенные требования к стабильности юстировки лазерного резонатора.However, the presence in the resonator of an optical device for changing the direction of the axis of the laser resonator places increased demands on the stability of alignment of the laser resonator.

Задачей полезной модели является повышение стабильности юстировки лазерного резонатора излучателя ЛОПГ.The objective of the utility model is to increase the stability of the alignment of the laser resonator of the LOPG emitter.

Сущность полезной модели заключается в том, что лазер с оптическим параметрическим генератором, включающий глухое зеркало и выходное зеркало, образующие лазерный резонатор, в котором установлены оптически связанные активный элемент, оптическое устройство для изменения направления оси лазерного резонатора, внутреннее зеркало, образующее с выходным зеркалом вторичный внутренний резонатор, в котором расположен нелинейный кристалл, в отличие от прототипа, содержит оптический компенсатор, расположенный между активным элементом и внутренним зеркалом и выполненный в виде двух оптических клиньев, установленных с возможностью поворота вокруг оси лазерного резонатора.The essence of the utility model is that a laser with an optical parametric generator, including a blind mirror and an output mirror forming a laser resonator in which optically coupled active element is mounted, an optical device for changing the direction of the axis of the laser resonator, an internal mirror forming a secondary mirror with an output mirror the internal resonator in which the nonlinear crystal is located, unlike the prototype, contains an optical compensator located between the active element and the inside These mirror and configured in the form of two optical wedges mounted for rotation around the axis of the laser resonator.

Наличие оптического компенсатора, расположенного между активным элементом и внутренним зеркалом и выполненного в виде двух оптических клиньев, установленных с возможностью поворота вокруг оси лазерного резонатора, позволяет повысить стабильность юстировки лазерного резонатора ЛОПГ.The presence of an optical compensator located between the active element and the internal mirror and made in the form of two optical wedges mounted with the possibility of rotation around the axis of the laser resonator, improves the stability of the alignment of the laser resonator LOPG.

Полезная модель поясняется рисунком.The utility model is illustrated in the figure.

На фигуре представлена схема ЛОПГ.The figure shows a diagram of LOPG.

ЛОПГ включает глухое зеркало 1 и выходное зеркало 2, образующие лазерный резонатор, в котором установлены оптически связанные активный элемент 3, оптическое устройство 4 для изменения направления оси лазерного резонатора, внутреннее зеркало 5, образующее с выходным зеркалом 2 вторичный внутренний резонатор, в котором расположен нелинейный кристалл КТР 6, а также расположенные между активным элементом 3 и глухим зеркалом 1 поляризатор 7 и затвор 8.LOPG includes a blind mirror 1 and an output mirror 2, forming a laser resonator in which optically coupled active element 3 is mounted, an optical device 4 for changing the direction of the axis of the laser resonator, an internal mirror 5, forming with the output mirror 2 a secondary internal resonator in which the nonlinear KTP crystal 6, and also located between the active element 3 and the dull mirror 1 polarizer 7 and the shutter 8.

ЛОПГ снабжен оптическим компенсатором 9, выполненным в виде двух оптических клиньев 10 и 11, оптически связанных с оптическими элементами резонатора лазера и установленных между активным элементом 3 и внутренним зеркалом 5 с возможностью поворота вокруг оси лазерного резонатора.LOPG is equipped with an optical compensator 9, made in the form of two optical wedges 10 and 11, optically connected with the optical elements of the laser resonator and installed between the active element 3 and the inner mirror 5 with the possibility of rotation around the axis of the laser resonator.

Глухое зеркало 1 имеет коэффициент отражения ρ>0,99 для излучения лазера в области длин волн λ~1,06 мкм.Blind mirror 1 has a reflection coefficient ρ> 0.99 for laser radiation in the wavelength region λ ~ 1.06 μm.

Выходное зеркало 2 изготовлено из кварцевого стекла КИ или КУ и выполнено в виде плоского зеркала, являющегося глухим для излучения лазера с λ~1,06 мкм (коэффициент отражения ρ>0,99) и пропускающим выходное излучение ЛОПГ с λ~1,58 мкм. Оно имеет коэффициент отражения ρ=0,6 для выходного излучения ЛОПГ.The output mirror 2 is made of quartz glass KI or KU and made in the form of a flat mirror, which is deaf for laser radiation with λ ~ 1.06 μm (reflection coefficient ρ> 0.99) and transmitting the output radiation of LOPG with λ ~ 1.58 μm . It has a reflection coefficient ρ = 0.6 for the output radiation of the LOPG.

Активный элемент 3 (⌀4×65 мм) изготовлен из иттрийалюминиевого граната с неодимом (ИАГ) и позволяет получить длину волны излучения лазера λ=1,064 мкм.The active element 3 (⌀4 × 65 mm) is made of yttrium aluminum garnet with neodymium (YAG) and allows you to get the laser radiation wavelength λ = 1,064 μm.

В качестве оптического устройства 4 для изменения направления оси лазерного резонатора использована призма БР-180. Указанное устройство 4 меняет направление оси лазерного резонатора на 180 градусов и установлено между активным элементом 3 и внутренним зеркалом 5.As an optical device 4, a BR-180 prism was used to change the direction of the axis of the laser resonator. The specified device 4 changes the direction of the axis of the laser resonator by 180 degrees and is installed between the active element 3 and the inner mirror 5.

Внутреннее зеркало 5 изготовлено из кварцевого стекла КИ или КУ, выполнено плоским и образует с выходным зеркалом 2 вторичный внутренний резонатор. Внутреннее зеркало 5 пропускает излучение лазера с длиной волны λ=1,064 мкм и отражает выходное излучение ЛОПГ в области длин волн λ~1,58 мкм. Во вторичном внутреннем резонаторе установлен нелинейный кристалл 6, изготовленный из двухосного кристалла КТР, плоскопараллельные рабочие грани которого выполнены перпендикулярными главной оси Х индикатрисы показателей преломления кристалла КТР с точностью ±30'. Во вторичном внутреннем резонаторе ЛОПГ кристалл КТР 6 расположен так, что указанная ось Х направлена вдоль оптической оси резонатора, вдоль которой на кристалл КТР 6 направлено поляризованное излучение лазера с длиной волны λ=1,064 мкм, а главная ось Z индикатрисы показателей преломления кристалла КТР 6 направлена параллельно плоскопараллельным рабочим граням поляризатора 7.The inner mirror 5 is made of quartz glass KI or KU, made flat and forms with the output mirror 2 a secondary internal resonator. The inner mirror 5 transmits laser radiation with a wavelength of λ = 1.064 μm and reflects the output radiation of LOPG in the wavelength region of λ ~ 1.58 μm. A nonlinear crystal 6 is made in the secondary internal resonator, made of a biaxial KTP crystal, the plane-parallel working faces of which are made perpendicular to the main axis X of the indicatrix of the refractive indices of the KTP crystal with an accuracy of ± 30 '. The KTP 6 crystal is located in the secondary LOPG internal resonator so that the indicated X axis is directed along the optical axis of the resonator, along which polarized laser radiation with a wavelength of λ = 1.064 μm is directed to the KTP 6 crystal, and the main axis Z of the refractive index of the KTP 6 crystal is directed parallel to plane-parallel working faces of the polarizer 7.

Поляризатор 7 и затвор 8 установлены между активным элементом 3 и глухим зеркалом 1. Поляризатор 7 выполнен в виде тонкой прозрачной пластины из стекла К8 с плоскопараллельными рабочими гранями и расположен таким образом, что нормаль к плоскопараллельным рабочим граням его составляет с оптической осью лазерного резонатора угол, близкий к углу Брюстера. Электрооптический затвор 8 предназначен для модуляции добротности лазера.The polarizer 7 and the shutter 8 are installed between the active element 3 and the blind mirror 1. The polarizer 7 is made in the form of a thin transparent plate made of K8 glass with plane-parallel working faces and is positioned so that it is normal to the plane-parallel working faces with the optical axis of the laser resonator, close to the corner of Brewster. Electro-optical shutter 8 is designed to modulate the quality factor of the laser.

Оптический компенсатор 9, оптически связанный с оптическими элементами резонатора лазера, выполнен в виде двух оптических клиньев 10 и 11, установленных между активным элементом 3 и внутренним зеркалом 5 с возможностью поворота вокруг оси лазерного резонатора.The optical compensator 9, optically coupled to the optical elements of the laser resonator, is made in the form of two optical wedges 10 and 11 mounted between the active element 3 and the internal mirror 5 with the possibility of rotation around the axis of the laser resonator.

Оптические клинья 10 и 11 изготовлены из стекла К8.The optical wedges 10 and 11 are made of K8 glass.

ЛОПГ работает следующим образом.LOPG works as follows.

Юстировка резонатора производится поворотом оптических клиньев 10 и 11 вокруг оси лазерного резонатора до получения максимальной энергии генерации ЛОПГ.The resonator is aligned by turning the optical wedges 10 and 11 around the axis of the laser resonator to obtain the maximum LOPG generation energy.

В резонаторе лазера с активным элементом 3 из ИАГ, образованном глухими (для излучения в области длин волн λ=1,064 мкм) зеркалом 1 и выходным зеркалом 2 (которое является одновременно и выходным для излучения ОПГ с λ~1,58 мкм) генерируется импульс поляризованного излучения с длиной волны λ=1,064 мкм и длительностью около 10 нс с расположением электрического вектора Е в плоскости падения излучения на плоскопараллельные рабочие грани поляризатора 7. Это излучение проходит вдоль оптической оси резонатора ЛОПГ через внутреннее зеркало 5 на нелинейный двухосный кристалл КТР 6. В нелинейном кристалле КТР 6 импульсное поляризованное излучение с длиной волны λ=1,064 мкм параметрически преобразовывается в излучение сигнальной волны с длиной волны в области 1,58 мкм и излучение холостой волны с длиной волны в области 3,3 мкм. Излучение сигнальной волны усиливается в резонаторе, составленном из выходного для излучения ЛОПГ и внутреннего зеркал 2 и 5, соответственно, с расположенным между ними кристаллом КТР 6, и выходит наружу через выходное для излучения ЛОПГ зеркало 2.A polarized pulse is generated in a laser cavity with an active element 3 of YAG formed by a deaf (for radiation in the wavelength region λ = 1.064 μm) mirror 1 and output mirror 2 (which is simultaneously output for radiation from an organized crime wave with λ ~ 1.58 μm) radiation with a wavelength of λ = 1.064 μm and a duration of about 10 ns with the location of the electric vector E in the plane of incidence of radiation on the plane-parallel working faces of the polarizer 7. This radiation passes along the optical axis of the LOPG resonator through the internal mirror 5 to a nonlinear uhosny KTP crystal 6. The nonlinear crystal KTP 6 pulsed polarized radiation with a wavelength λ = 1,064 microns parametrically converted into radiation of the signal wavelength in the wavelength region of 1.58 microns and the idler wave radiation in the wavelength region of 3.3 microns. The radiation of the signal wave is amplified in the resonator composed of the output for radiation of the LOPG and the internal mirrors 2 and 5, respectively, with the KTP 6 crystal located between them, and goes out through the output for the radiation of the LOPG mirror 2.

Наличие резонатора ОПГ внутри резонатора лазера накачки позволяет получить высокие плотности мощности накачки в области ОПГ, за счет чего повышается эффективность преобразования в излучение сигнальной волны. Кроме того, многократное отражение излучения сигнальной волны с длиной волны в области 1,58 мкм в резонаторе, составленном из выходного для излучения ОПГ и внутреннего зеркал 2 и 5, соответственно, также позволяет увеличить эффективность преобразования излучения с длиной волны λ=1,064 мкм в излучение с длиной волны в области 1,58 мкм.The presence of an OPG resonator inside the pump laser cavity allows one to obtain high pump power densities in the OPG region, thereby increasing the efficiency of conversion to signal wave radiation. In addition, the multiple reflection of the radiation of a signal wave with a wavelength in the region of 1.58 μm in the resonator, composed of the output for the radiation of the organized gas and internal mirrors 2 and 5, respectively, also allows you to increase the conversion efficiency of radiation with a wavelength of λ = 1,064 μm into radiation with a wavelength in the region of 1.58 microns.

При электрической энергии импульса накачки ЛОПГ, равной 7 Дж, энергия импульса излучения с длиной волны в области 1,58 мкм составляет до 25 мДж.With the electric energy of the LOGG pump pulse equal to 7 J, the energy of the radiation pulse with a wavelength in the region of 1.58 μm is up to 25 mJ.

Таким образом, обеспечивается повышение стабильности юстировки лазерного резонатора ЛОПГ.Thus, an increase in the stability of the alignment of the laser resonator LOPG.

Источники информации.Information sources.

1 Патент на ПМ BY №3871 от 13.03.07 г. МПК Н01S 3/00, G02F 1/00.1 Patent for ПМ BY No. 3871 dated 03/13/07 IPC Н01S 3/00, G02F 1/00.

2 Патент на ПМ RU №23020 от 29.11.01 г., МПК Н01S 3/00. - Прототип.2 Patent for PM RU No. 23020 of 11.29.01, IPC Н01S 3/00. - The prototype.

Claims

A laser with an optical parametric generator, including a blind mirror and an output mirror forming a laser resonator in which an optically coupled active element is mounted, an optical device for changing the direction of the axis of the laser resonator, an internal mirror forming a secondary internal resonator with an output mirror in which the nonlinear crystal is located characterized in that it contains an optical compensator located between the active element and the internal mirror and made in the form of two optically wedges mounted for rotation around the axis of the laser resonator.