RU2034381C1

RU2034381C1 - Laser

Info

Publication number: RU2034381C1
Authority: RU
Inventors: Николай Анатольевич Еськов; Михаил Ефимович Карасев; Лев Александрович Кулевский; Алексей Вадимович Лукашев; Павел Павлович Пашинин; Владимир Васильевич Рандошкин; Михаил Иванович Тимошечкин
Original assignee: Владимир Васильевич Рандошкин; Михаил Иванович Тимошечкин
Priority date: 1990-11-12
Filing date: 1990-11-12
Publication date: 1995-04-30

Abstract

FIELD: quantum electronics. SUBSTANCE: laser has cavity formed by blind 1 and output mirror 2. Cavity houses along its optical axis active element 3 and electrooptic modulator 4. Active element 3 is made of calcium niobium gallium garnet activated by erbium ions and sensitized ions. Modulator 4 has lithium niobate element whose ends are beveled at Brewster angle to optical axis for laser radiation wavelength. EFFECT: improved radiation power at wavelength about 2.7 mcm due to shaping of gigantic pulse. 3 dwg

Description

Изобретение относится к квантовой электронике и используется в инфракрасных твердотельных лазерах. The invention relates to quantum electronics and is used in infrared solid-state lasers.

Известен лазер, содержащий резонатор, образованный глухим и выходным зеркалами, внутри которого на оптической оси расположены активный элемент со структурой граната и модулятор. Недостатком этого лазера является невозможность получения излучения на длине волны около 2,7 мкм. A laser is known that contains a resonator formed by blind and output mirrors, inside of which an active element with a garnet structure and a modulator are located on the optical axis. The disadvantage of this laser is the inability to obtain radiation at a wavelength of about 2.7 microns.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является лазер, содержащий резонатор, образованный глухим и выходным зеркалами, внутри которого на оптической оси расположены активный элемент и электрооптический модулятор, содержащий элемент из ниобата лития. Closest to the invention, the technical solution is a laser containing a cavity formed by blind and output mirrors, inside of which an active element and an electro-optical modulator containing a lithium niobate element are located on the optical axis.

Недостатком этого лазера является недостаточно высокая мощность излучения на длине волны около 2,7 мкм при формировании гигантского импульса. The disadvantage of this laser is the insufficiently high radiation power at a wavelength of about 2.7 μm during the formation of a giant pulse.

Целью изобретения является повышение мощности излучения на длине волны около 2,7 мкм при формировании гигантского импульса. The aim of the invention is to increase the radiation power at a wavelength of about 2.7 μm during the formation of a giant pulse.

Цель достигается тем, что в лазере, содержащем резонатор, образованный глухим и выходным зеркалами, внутри которого на оптической оси расположены активный элемент и электрооптический модулятор, содержащий элемент из ниобата лития, активный элемент выполнен из кальций-ниобий-галлиевого граната, активированного ионами эрбия и сенсибилизированного ионами хрома, элемент модулятора выполнен с торцами, срезанными под углом Брюстера к оптической оси, а выходное зеркало выполнено с коэффициентом отражения от 80 до 95%
На фиг. 1 показана блок-схема лазера; на фиг. 2 электрооптический модулятор; на фиг. 3 элемент модулятора, выполненный с торцами, которые срезаны под углом Брюстера.The goal is achieved in that in a laser containing a resonator formed by blind and output mirrors, inside of which an active element and an electro-optical modulator containing an element of lithium niobate are located on the optical axis, the active element is made of calcium-niobium-gallium garnet activated by erbium ions and sensitized by chromium ions, the modulator element is made with ends cut at a Brewster angle to the optical axis, and the output mirror is made with a reflection coefficient of 80 to 95%
In FIG. 1 shows a block diagram of a laser; in FIG. 2 electro-optical modulator; in FIG. 3 element of the modulator, made with ends that are cut at an angle of Brewster.

Лазер содержит резонатор, образованный глухим 1 и выходным 2 зеркалами. Внутри резонатора на оптической оси расположены активный элемент 3 и электрооптический модулятор 4. Активный элемент 3 выполнен из кальций-ниобий-галлиевого граната, активированного ионами эрбия и сенсибилизированного ионами хрома. Модулятор 4 содержит элемент 5 из ниобата лития. В известном модуляторе (фиг. 2) торцы элемента 5 перпендикулярны оптической оси, поэтому модулятор с необходимостью содержит поляризатор 6, который вносит дополнительные потери, повышает порог генерации и снижает мощность излучения при формировании гигантского импульса. В новом модуляторе (фиг. 3) торцы элемента 5 срезаны под углом Брюстера на длине волны излучения лазера (фиг. 1), при этом отпадает необходимость использования дополнительного поляризатора. The laser contains a resonator formed by a blind 1 and output 2 mirrors. The active element 3 and the electro-optical modulator 4 are located inside the resonator on the optical axis. The active element 3 is made of calcium-niobium-gallium garnet activated by erbium ions and sensitized by chromium ions. Modulator 4 contains lithium niobate element 5. In the known modulator (Fig. 2), the ends of the element 5 are perpendicular to the optical axis; therefore, the modulator necessarily contains a polarizer 6, which introduces additional losses, increases the generation threshold and reduces the radiation power when generating a giant pulse. In the new modulator (Fig. 3), the ends of element 5 are cut off at a Brewster angle at the laser radiation wavelength (Fig. 1), and there is no need to use an additional polarizer.

Лазер работает следующим образом. The laser operates as follows.

В исходном состоянии после подачи накачки, запирающего напряжения на модулятор 4 и отсутствии модулирующего напряжения на нем ионы эрбия в активном элементе 3 переходят в возбужденное состояние, однако генерация лазера отсутствует, так как излучение не проходит через модулятор 4. При подаче модулирующего напряжения на модулятор 4 создаются условия для прохождения излучения через него, формируется гигантский импульс и повышается мощность излучения лазера, причем излучение лазера является одномодовым. Выполнение активного элемента 3 из кальций-ниобий-галлиевого граната, активированного ионами эрбия и сенсибилизированного ионами хрома, а элемента 5 электрооптического модулятора 4 из ниобата лития с торцами, срезанными под углом Брюстера к оптической оси для длины волны излучения лазера обеспечивают мощную генерацию излучения на длине волны около 2,7 мкм за счет формирования гигантского импульса, если выходное зеркало выполнено с коэффициентом отражения от 80 до 95%
Из кристаллов кальций-ниобий-галлиевого граната, выращенных по методу Чохральского, вырезали элементы 5х35 мм. Торцы элемента из ниобата лития срезали под углом Брюстера для длины волны 2,7 мкм, равным приблизительно 65^о. Глухое зеркало 1, выполненное из золота, имело радиус кривизны 2 м. Выходное зеркало 2 было плоским, а его коэффициент отражения варьировали от 80 до 95% При указанных размерах активного элемента 3 максимальная мощность излучения получена при коэффициенте отpажения 85-90% Длина резонатора составляла 33 см. Для накачки использовали лампу ИНП 5/60. При энергии накачки 220 Дж получено одномодовое излучение на длине волны 2,700 ± 0,005 мкм с энергией в импульсе 4 мДж и длительностью 200 нс.In the initial state, after supplying the pump, the locking voltage to the modulator 4 and the absence of a modulating voltage on it, the erbium ions in the active element 3 go into the excited state, however, there is no laser generation, since the radiation does not pass through the modulator 4. When the modulating voltage is applied to the modulator 4 conditions are created for the radiation to pass through it, a giant pulse is formed and the laser radiation power is increased, and the laser radiation is single-mode. The implementation of the active element 3 of calcium-niobium-gallium garnet, activated by erbium ions and sensitized by chromium ions, and element 5 of the electro-optical modulator 4 of lithium niobate with ends cut at a Brewster angle to the optical axis for the laser radiation wavelength provide powerful generation of radiation at a length waves of about 2.7 microns due to the formation of a giant pulse, if the output mirror is made with a reflection coefficient from 80 to 95%
5x35 mm elements were cut out of calcium-niobium-gallium garnet crystals grown by the Czochralski method. The ends of the element made of lithium niobate cut at the Brewster angle for the wavelength of 2.7 microns, approximately equal to ⁶⁵ °. The blind mirror 1 made of gold had a radius of curvature of 2 m. The output mirror 2 was flat and its reflection coefficient varied from 80 to 95%. With the indicated dimensions of the active element 3, the maximum radiation power was obtained at a reflectance of 85-90%. The cavity length was 33 cm. The INP 5/60 lamp was used for pumping. At a pump energy of 220 J, single-mode radiation was obtained at a wavelength of 2,700 ± 0.005 μm with a pulse energy of 4 mJ and a duration of 200 ns.

Claims

A LASER containing a resonator formed by blind and output mirrors, inside of which on the optical axis there is an active element and an electro-optical modulator containing a lithium niobate element, characterized in that, in order to increase the radiation power at a wavelength of about 2.7 μm when forming a giant pulse, the active element is made of calcium-niobium-gallium garnet activated by erbium ions and sensitized by chromium ions, the modulator element is made with ends cut off at the Brewster angle to the optical axis, and the output mirror is made with a reflection coefficient of 80 95%