RU183902U1 - Охлаждаемый твердотельный лазер - Google Patents
Охлаждаемый твердотельный лазер Download PDFInfo
- Publication number
- RU183902U1 RU183902U1 RU2017145028U RU2017145028U RU183902U1 RU 183902 U1 RU183902 U1 RU 183902U1 RU 2017145028 U RU2017145028 U RU 2017145028U RU 2017145028 U RU2017145028 U RU 2017145028U RU 183902 U1 RU183902 U1 RU 183902U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- prism
- active elements
- base
- laser
- projection
- Prior art date
Links
- 239000007787 solid Substances 0.000 title description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 8
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к лазерной технике. Охлаждаемый твердотельный лазер содержит оптический источник накачки, резонатор, образованный глухим и полупрозрачным зеркалами, два активных элемента с теплоотводом, расположенным параллельно источнику накачки с противоположной стороны от активного элемента, и оборачивающую призму. Призма установлена так, что ее основание обращено к торцам активных элементов и ориентировано параллельно им. Теплоотводы объединены в один плоский теплоотвод, введен второй оптический источник накачки, причем оба источника накачки установлены параллельно активным элементам с противоположной стороны от теплоотвода. В качестве оборачивающей призмы использована триппель-призма, входное световое отверстие на основании которой совпадает с проекцией торца одного из активных элементов и находится в пределах треугольника с вершинами, совпадающими с проекцией вершины триппель-призмы на ее основание, серединой одной из сторон основания и точкой пересечения этой стороны с проекцией ребра между отражающими гранями триппель-призмы. Второй активный элемент установлен так, что проекция его торца на основание триппель-призмы совпадает с ее выходным световым отверстием, симметрично расположенным относительно входного светового отверстия. Ширина основания трипель-призмы а≥1,333b+1,554r*, где b - расстояние между осями активных элементов; r*=r+Δr; r - радиус активного элемента; Δr - допуск на изготовление и установку активного элемента. Технический результат заключается в обеспечении возможности увеличения выходной энергии лазера, повышении однородности энергии в сечении лазерного пучка и сохранении его направления в процессе работы лазера. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Полезная модель относится к лазерной технике, а именно к импульсным твердотельным лазерам, преимущественно для импульсных лазерных дальномеров.
Известны твердотельные лазеры, содержащие активный элемент с резонатором и лампу накачки [1].
Известен твердотельный моноимпульсный лазер, описанный в [2]. Этот твердотельный лазер содержит активный элемент с теплоотводом и оптический источник накачки, установленные в осветителе, а также резонатор, образованный глухим и полупрозрачным зеркалами.
Ввиду того, что накачка и теплоотвод в этом лазере осуществляются несимметрично относительно оптической оси активного элемента, имеет место неоднородность его накачки и неоднородность прогрева в поперечном сечении элемента. Это приводит, с одной стороны, к неоднородности плотности мощности в пучке лазерного излучения, а с другой - к возникновению термооптического клина в активном элементе [2-4]. Первый фактор вызывает неравномерность энергетической нагрузки на оптические элементы лазера и последующего оптического тракта, что приводит к снижению КПД накачки и ограничивает общий уровень мощности выходного излучения. Второй фактор приводит к отклонению лазерного пучка от оси лазера в резонаторе по мере прогрева активного элемента - до 60 угл. сек и более [4], что приводит к снижению кпд лазера вплоть до срыва генерации. Последнее особенно отрицательно сказывается в частотном квазинепрерывном режиме.
Наиболее близким к предлагаемому решению является лазер, описанный в [5]. Этот твердотельный лазер содержит оптический источник накачки, резонатор, образованный глухим и полупрозрачным зеркалами, два активных элемента с теплоотводами, расположенных параллельно источнику накачки по разные стороны от него, и оборачивающую призму, причем призма установлена так, что ее основание обращено к торцам активных элементов и ориентировано параллельно им.
Согласно описанию [5], отражения лазерного пучка происходят последовательно от боковой грани, основания и второй боковой грани оборачивающей призмы. В такой конфигурации трудно обеспечить режим полного внутреннего отражения, а изготовление такой призмы представляет сложную технологическую задачу. Неоднородность накачки и температурного режима отрицательно сказывается на выходной энергии и однородности излучения, а также на трудоемкости и надежности изготовления лазера.
Задачей полезной модели является увеличение выходной энергии лазера, повышение однородности энергии в сечении лазерного пучка и сохранение его направления в процессе работы лазера.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном охлаждаемом твердотельном лазере, содержащем оптический источник накачки, резонатор, образованный глухим и полупрозрачным зеркалами, два активных элемента с теплоотводами, и оборачивающую призму, причем призма установлена так, что ее основание обращено к торцам активных элементов и ориентировано перпендикулярно оптической оси резонатора, теплоотводы объединены в один плоский теплоотвод, введен второй оптический источник накачки, причем оба источника накачки установлены параллельно активным элементам с противоположной стороны от теплоотвода, в качестве оборачивающей призмы использована триппель-призма, входное световое отверстие на основании которой совпадает с проекцией торца одного из активных элементов и находится в пределах треугольника с вершинами, совпадающими с проекцией вершины триппель-призмы на ее основание, серединой одной из сторон основания и точкой пересечения этой стороны с проекцией ребра между отражающими гранями триппель-призмы, а второй активный элемент установлен так, что проекция его торца на основание триппель-призмы совпадает с ее выходным световым отверстием, симметрично расположенным относительно входного светового отверстия, причем, ширина основания трипель-призмы а≥1,333b+1,554r*, где b - расстояние между осями активных элементов; r*=r+Δr; r - радиус активного элемента; Δr - допуск на изготовление и установку активного элемента.
Минимальные габариты устройства обеспечиваются, если сторона основания триппель-призмы а, расстояние между осями активных элементов и эквивалентный радиус r* активного элемента с учетом допуска на его изготовление и установку связаны соотношениями а>9,52r* и b=6,79r*.
Глухое зеркало резонатора может быть выполнено в виде призмы полного внутреннего отражения БР-180, ребро между отражающими гранями которой лежит в плоскости, содержащей оптические оси активных элементов и перпендикулярно оптической оси резонатора.
Призма БР-180 может быть выполнена с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной плоскости, содержащей оптические оси активных элементов.
Триппель-призма может иметь возможность поперечной подвижки в направлении между осями активных элементов и вращения вокруг своей продольной оси с фиксацией в рабочем положении.
На фиг. 1 представлена конструктивная схема лазера - в боковой проекции (фиг. 1а) и в верхней проекции (фиг. 1б). На фиг. 2 изображена передняя проекция устройства со стороны триппель-призмы при плотном размещении активных элементов относительно триппель-призмы. На фиг. 3 показано размещение активных элементов при произвольном расстоянии между ними. Фиг. 4 иллюстрирует распределение энергии излучения в каждом из активных элементов и на выходе лазера.
Активные элементы 1 и 2 с оптическими источниками накачки 3 и 4 установлены перед оборачивающей призмой (триппель-призмой) 5 (фиг. 1). У противоположных торцов активных элементов установлены глухое зеркало 6 и полупрозрачное зеркало 7, световое отверстие которого является выходом лазерного резонатора, образуемого зеркалами 6 и 7. Активные элементы установлены на общий теплоотвод 8, расположенный с противоположной стороны от источников накачки.
Устройство работает следующим образом.
При включении оптических источников накачки 3, 4 происходит возбуждение активирующей примеси в активных элементах 1 и 2. В качестве оптического источника накачки может использоваться импульсная газоразрядная лампа [3] или лазерная диодная линейка [4]. При достижении порога возбуждения происходит генерация лазерного импульса с характеристиками, определяемыми параметрами резонатора, образуемого зеркалами 6 и 7. Излучение лазера выходит через полупрозрачное зеркало 7.
В процессе накачки в активных элементах выделяется тепло, для отведения которого предусмотрен теплоотвод 8. В связи с тем, что энергия накачки поступает с одной стороны активного элемента, а его охлаждение происходит с противоположной стороны, в каждом активном элементе возникает термооптический клин, вызывающий отклонение оси лазерного пучка. При описанной структуре устройства термооптические клинья оказываются направленными в противоположные стороны и компенсируют друг друга. В результате лазерное излучение на выходе лазера сохраняет свое направление, несмотря на отклонение в каждом из активных элементов, как показано на фиг. 4, где E1*(x) - распределение энергии лазерного излучения на выходе активного элемента 1; Е2*(х) - распределение на выходе активного элемента 2; ЕΣ*(х) - суммарное распределение на выходе лазера. Тем самым обеспечивается сохранение добротности резонатора как в течение одного импульса накачки, так и в частотном режиме излучения, когда происходит непрерывное повышение температурной неоднородности активных элементов и наведенной в них клиновидности.
При исполнении глухого зеркала 6 в виде призмы полного внутреннего отражения упрощается юстировка резонатора, а при обеспечении ее вращения возможна модуляция добротности резонатора для генерации гигантского лазерного импульса [1].
Возможность подвижки триппель-призмы в поперечном направлении и ее вращения вокруг продольной оси позволяет точно сопрягать оси активных элементов в процессе сборки лазера.
Из схемы фиг. 3 следуют расчетные соотношения в поперечном сечении устройства при произвольном соотношении между эквивалентным радиусом активного элемента r* и расстоянием между активными элементами b=2 b''.
Из ΔO3Q3Q
O3Q=r*/cos30°.
Q'N=h⋅tg30°.
Из (1) и (2)
b''=а''-h'⋅tg30°-r*/cos30°=а''-(b''tg30°+r*)⋅tg30°-r*/cos30°,
b''=a''-b''⋅tg230°-r*⋅tg30°-r*/cos30°, откуда
или
a''=1,333b''+1,73r*
Пример.
r*=2 мм; b=20 мм.
a=1,333b+3,46r*=33,6 мм.
На схеме фиг. 2 показано наиболее компактное размещение активных элементов относительно триппель-призмы. Для этого сечение правого (входного) пучка должно вписываться в прямоугольный треугольник OM'N, образованный проекциями ребер триппель-призмы на ее основание. Левый (выходной) пучок располагается симметрично относительно проекции ребра LO.
Радиус вписанной окружности [6] где m и p - катеты треугольника, a q - его гипотенуза. Согласно построению фиг. 4,
m=M'N=а''=а/2.
Таким образом, приведенное выше условие выполняется при
или
При данном условии в прямоугольном треугольнике O3Q3N
O3Q3=r*.
Угол O3NQ3=15°.
И наоборот:
Из (6) и (7) следует условие наиболее плотной компоновки
Пример.
r*=2 мм.
Из (6): а=9,52r*=19,1 мм.
Из(9): b=6,79r*=13,58 мм.
Предлагаемый охлаждаемый твердотельный лазер имеет следующие преимущества.
- Использование оптических элементов с полным внутренним отражением обеспечивает высокую добротность резонатора.
- Благодаря компенсации термонаведенной клиновидности выравнивается однородность выходного излучения и обеспечивается постоянство его направленности.
- Непосредственный контакт теплоотвода с активными элементами обеспечивает эффективный съем избыточного тепла, выделяющегося при накачке.
- Применение призмы БР-180 в качестве глухого зеркала позволяет использовать это зеркало для оптико-механической модуляции добротности лазера.
Указанные преимущества обеспечивают решение поставленной задачи: увеличение выходной энергии лазера, повышение однородности энергии в сечении лазерного пучка и сохранение его направления в процессе работы лазера.
Данный вывод подтвержден положительными результатами изготовления и испытаний макетного образца лазера.
Источники информации
2. Импульсно-периодический лазер. Патент РФ №2197043.
3. Твердотельный лазер. Патент РФ №2346367.
4. Лазер. Патент РФ №2202845.
5. Мощный твердотельный лазер. Патент РФ №2100881 - прототип.
6. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М., Наука, 1982. - 832 с.
Claims (5)
1. Охлаждаемый твердотельный лазер, содержащий оптический источник накачки, резонатор, образованный глухим и полупрозрачным зеркалами, два активных элемента с теплоотводами, и оборачивающую призму, причем призма установлена так, что ее основание обращено к торцам активных элементов и ориентировано перпендикулярно оптической оси резонатора, отличающийся тем, что теплоотводы объединены в один плоский теплоотвод, введен второй оптический источник накачки, причем оба источника накачки установлены параллельно активным элементам с противоположной стороны от теплоотвода, в качестве оборачивающей призмы использована триппель-призма, входное световое отверстие на основании которой совпадает с проекцией торца одного из активных элементов и находится в пределах треугольника с вершинами, совпадающими с проекцией вершины триппель-призмы на ее основание, серединой одной из сторон основания и точкой пересечения этой стороны с проекцией ребра между отражающими гранями триппель-призмы, а второй активный элемент установлен так, что проекция его торца на основание триппель-призмы совпадает с ее выходным световым отверстием, симметрично расположенным относительно входного светового отверстия, причем ширина основания трипель-призмы а≥1,333b+1,554r*, где b - расстояние между осями активных элементов; r*=r+Δr; r - радиус активного элемента; Δr - допуск на изготовление и установку активного элемента.
2. Охлаждаемый твердотельный лазер по п. 1, отличающийся тем, что сторона основания триппель-призмы а, расстояние между осями активных элементов b и эквивалентный радиус r* активного элемента с учетом допуска на его изготовление и установку связаны соотношениями а>9,52r* и b=6,79r*.
3. Охлаждаемый твердотельный лазер по п. 1, отличающийся тем, что глухое зеркало резонатора выполнено в виде призмы полного внутреннего отражения БР-180, ребро между отражающими гранями которой лежит в плоскости, содержащей оптические оси активных элементов и перпендикулярно оптической оси резонатора.
4. Охлаждаемый твердотельный лазер по п. 3, отличающийся тем, что призма БР-180 выполнена с возможностью вращения вокруг оси, перпендикулярной плоскости, содержащей оптические оси активных элементов.
5. Охлаждаемый твердотельный лазер по п. 1, отличающийся тем, что триппель-призма имеет возможность поперечной подвижки в направлении между осями активных элементов и вращения вокруг своей продольной оси с фиксацией в рабочем положении.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017145028U RU183902U1 (ru) | 2017-12-21 | 2017-12-21 | Охлаждаемый твердотельный лазер |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017145028U RU183902U1 (ru) | 2017-12-21 | 2017-12-21 | Охлаждаемый твердотельный лазер |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU183902U1 true RU183902U1 (ru) | 2018-10-08 |
Family
ID=63794002
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017145028U RU183902U1 (ru) | 2017-12-21 | 2017-12-21 | Охлаждаемый твердотельный лазер |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU183902U1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4993038A (en) * | 1988-09-05 | 1991-02-12 | Kawasaki Steel Corporation | Laser devices, laser system including the laser devices and output mirror for the laser system |
RU2100881C1 (ru) * | 1995-03-06 | 1997-12-27 | Институт автоматики и электрометрии СО РАН | Мощный твердотельный лазер |
RU2112304C1 (ru) * | 1996-11-13 | 1998-05-27 | Государственное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" | Твердотельный лазерный излучатель |
RU94771U1 (ru) * | 2009-12-22 | 2010-05-27 | Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" | Лазер с поперечной диодной накачкой |
-
2017
- 2017-12-21 RU RU2017145028U patent/RU183902U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4993038A (en) * | 1988-09-05 | 1991-02-12 | Kawasaki Steel Corporation | Laser devices, laser system including the laser devices and output mirror for the laser system |
RU2100881C1 (ru) * | 1995-03-06 | 1997-12-27 | Институт автоматики и электрометрии СО РАН | Мощный твердотельный лазер |
RU2112304C1 (ru) * | 1996-11-13 | 1998-05-27 | Государственное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" | Твердотельный лазерный излучатель |
RU94771U1 (ru) * | 2009-12-22 | 2010-05-27 | Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" | Лазер с поперечной диодной накачкой |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7970039B2 (en) | Laser apparatus | |
EP1706922B1 (en) | Laser resonator cavity configuration | |
US20130114631A1 (en) | Valve for the substantially gas-tight interruption of a flow path | |
CN113659419A (zh) | 一种免温控高光束质量电光调q脉冲激光器 | |
RU183902U1 (ru) | Охлаждаемый твердотельный лазер | |
Maleki et al. | 57ámJ with 10áns passively Q-switched diode pumped Nd: YAG laser using Cr 4+: YAG crystal | |
US4243942A (en) | Fully relayed regenerative amplifier | |
RU182533U1 (ru) | Охлаждаемый частотный лазер | |
RU2231879C1 (ru) | Многопроходный усилитель лазерного излучения | |
CN109510059B (zh) | 一种输出长脉冲的调q激光器 | |
Burdukova et al. | Beam profiles and radiation coherence at the output of solid-state and dye lasers with an intra-cavity immersion diffuser | |
Klimek et al. | Power scaling of a flashlamp-pumped Cr: LiSAF thin-slab zig-zag laser | |
KR101018467B1 (ko) | 프리즘 구조를 이용한 레이저 | |
RU182528U1 (ru) | Твердотельный частотный лазер | |
CN109217092B (zh) | 二维体全息光栅激光器的设计方法及其装置 | |
RU182532U1 (ru) | Двухканальный моноимпульсный лазер | |
RU2346367C2 (ru) | Твердотельный моноимпульсный лазер и двухволновый лазерный генератор | |
RU182530U1 (ru) | Твердотельный моноимпульсный лазер | |
RU2302064C2 (ru) | Твердотельный лазер для накачки активной среды | |
WO2007107684A1 (en) | Beam transformer | |
Harrison et al. | Thermal modeling for mode-size estimation in microlasers with application to linear arrays in Nd: YAG and Tm, Ho: YLF | |
RU147366U1 (ru) | Твердотельный перестраиваемый лазер на основе органических соединений | |
EP3495871A1 (en) | Method and device for converging laser beams | |
RU182531U1 (ru) | Твердотельный лазер | |
Maleki et al. | High peak power side diode-pumped pulsed Nd: YAG laser with concave–concave stable resonator |