RU217510U1 - Оптический составной резонатор для твердотельных и диодных лазеров - Google Patents
Оптический составной резонатор для твердотельных и диодных лазеров Download PDFInfo
- Publication number
- RU217510U1 RU217510U1 RU2022133091U RU2022133091U RU217510U1 RU 217510 U1 RU217510 U1 RU 217510U1 RU 2022133091 U RU2022133091 U RU 2022133091U RU 2022133091 U RU2022133091 U RU 2022133091U RU 217510 U1 RU217510 U1 RU 217510U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resonator
- laser
- radiation
- solid
- state
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Полезная модель относится к области квантовой электроники и может быть использована для формирования качественного излучения в твердотельных и полупроводниковых лазерах. Составной резонатор твердотельного лазера включает в себя основной резонатор (ОР), работающий в режиме активной модуляции добротности, и внешний селективный резонатор (ВСР), обеспечивающий формирование узкополосного излучения с последующей самоинжекцией этого пучка в OP. ОР лазера состоит из вогнутого зеркала полного отражения, полупрозрачного выходного зеркала и оптического затвора на основе пленочного поляризатора и ячейки Поккельса. ВСР состоит из расширяющего телескопа на основе 2-х прямоугольных призм и дифракционной решетки. Технический результат полезной модели заключается в получении более мощных импульсов излучения в одномодульном лазере с узкой линией и широкой спектральной областью перестройки. Работа лазера с таким составным резонатором приводит к повышению мощности импульса генерации до 800 кВт и уменьшению ширины спектральной линии до 0.02 нм, что по обоим параметрам на два порядка превышает параметры импульса излучения, полученные в прототипе.
Description
Полезная модель относится к области квантовой электроники и может быть использована для формирования качественного излучения в твердотельных и диодных лазерах.
Известно, что в твердотельных лазерах используются в качестве активной среды вибронные кристаллы, диодные лазеры имеют широкополосную генерацию в видимом и ближнем ИК-диапазоне спектра (380-2500 нм), что ограничивает их возможное применение в ряде технологических приложениях.
Известно, что для получения качественного пучка (узкая линия, поляризация, расходимость) в лазере необходимо в его резонаторе использовать различные оптические селективные элементы. Однако, за счет наличия на этих элементах высокого уровня неселективных потерь, в лазере существенно уменьшается выходная энергия (мощность) излучения и уменьшается спектральная область перестройки линии генерации. Это приводит к тому, что для повышения энергии необходимо применять лазерные системы, включающие в себя задающий генератор для формирования качественного излучения и усилитель для повышения энергии. При этом часто в качестве задающего генератора используются другие типы лазеров. Все это существенно усложняет и удорожает установку или прибор. Таким образом, существует потребность в разработке новых технических решений для формирования мощного качественного излучения в одномодульных лазерах.
Имеющиеся в литературе данные показали [1-3], что при формировании в александритовом лазере узкополосного излучения, как правило, используются интерференционно-поляризационные фильтры Лео, имеющие малые неселективные потери. Тем не менее, небольшой коэффициент усиления активной среды (g ~ 0.05-0.1 см-1) и существующие потери в таком резонаторе повышают порог генерации и существенно снижают энергию (мощность) узкополосного излучения.
В качестве аналога можно взять патент № RU 2607815 С1 [4], в котором составной резонатор эксимерного лазера содержит разрядную камеру, выходной модуль, модуль сужения спектральной линии излучения и модуль усиления излучения. Разрядная камера лазера содержит рабочий газ для генерации излучения под действием источника возбуждения. Технический результат патента направлен на сужение спектральной линии с одновременным увеличением выходной мощности излучателя. Недостатком данного патента является другая спектральная область (200-350 нм) эксимерных лазеров и большие их габариты по сравнению с твердотельными лазерами.
Наиболее близким аналогом, взятым нами за прототип, является александритовый лазер, описанный в работе [5], в котором были реализованы условия формирования пучка в малоапертурном составном резонаторе с пассивной модуляцией добротности и с самоинжекцией узкополосного излучения в резонатор лазера. Данный лазер имеет составной резонатор, стоящий из основного резонатора (ОР) и интегрированного с ним внешнего селективного резонатора (ВСР). ОР состоит из вогнутого зеркала полного отражения с радиусом rкр = 150 см, пассивного затвора, диафрагмы диаметром 1,5 мм, активной элемент из александрита длиной 9 см и диаметром 0.5 см и плоского зеркала с коэффициентом отражения R=60%. ВСР состоит из расширяющей призмы с углом преломления 42°, интерферометра Фабри-Перро и дифракционной решетки с числом штрихов 1200 штр/мм. Длина резонатора была 135 см. Принцип работы лазера заключается в следующем. Он работает в режиме пассивной модуляции добротности резонатора. После создания инверсии в активном элементе открывается пассивный затвор и формируется импульс излучения с длительностью 180 не, энергией 1.5 мДж и шириной спектральной линии 5×10-3 см-1 (2.8 нм), который выводится из лазера за счет отражения от грани расширяющей призмы.
Недостатком технического решения, реализованного в прототипе в свете предлагаемого решения, является низкая энергия выходного пучка (1.5 мДж), большая длительность импульса излучения (180 нс, мощность 8,3 кВт) и широкая спектральная линия (2.8 нм).
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение выходной мощности и уменьшение ширины спектральной линии твердотельного лазера, работающего в режиме модуляции добротности резонатора.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном решении составной резонатор лазера, состоит из основного резонатора (ОР), включающий в себя кроме активного элемента сферическое зеркало, диафрагму, оптический затвор, полупрозрачное зеркало, и интегрированного с ним внешнего селективного резонатора (ВСР), включающего в себя расширяющую призму и дисперсионный элемент. Новым является то, что в ОР в качестве оптического затвора установлены активный затвор на основе пленочного поляризатора и ячейки Поккельса, диафрагма с диаметром 3 мм, а в ВСР в качестве дисперсионного элемента устанавливается дифракционная решетка с двумя расширяющими призмами.
Положительный эффект полезной модели достигается за счет замены пассивного затвора на активный, увеличения диаметра внутрирезонаторной диафрагмы, исключения из ВСР интерферометра Фабри-Перро и использования двух расширяющих призм. Установка прямоугольной призмы углом в диапазоне (80-85 град.), разделяющей ОР лазера и интегрированного с ним ВСР, позволяет обеспечить оптимальную обратную связь между ОР и ВСР при которой в составном резонаторе обеспечивается эффективное формирование когерентного излучения. При этом величина обратной связи ОР составила k=R1×R2=0,5±0.1, а ВСР k=R3×(1-R1×R2)×(1-Rпр)=0.3±0.05. В этом случае величина обратной связи оптического составного резонатора составила K=R1×R2+R3×(1-R1×R2)×(1-Rпр)=0.8±0.15, где Rпр≈33±1%, a R1, R2 и Rпр - коэффициенты отражения глухого и выходного зеркала, и отражения от поверхности призмы для угла падения (82°±2) пучка, имеющего p-поляризацию.
В качестве доказательства возможности осуществления заявляемой полезной модели приводится пример экспериментальной реализации предлагаемого решения.
На Фиг. 1 представлена оптическая схема составного резонатора лазера.
Оптический составной резонатор лазера состоит из ОР и интегрированного с ним ВСР. ВСР содержит расширяющий телескоп на основе двух прямоугольных призм (1) и дифракционную решетку 1200 штр/мм (2). ОР содержит полупрозрачное выходное зеркало (3), активным элементом является александрит (4) длиной 9 см и диаметром 0.6 см, электрооптический затвор на основе пленочного поляризатора (5) и ячейки Поккельса (6), диафрагму диаметром 3 мм (7) и вогнутое зеркало полного отражения (8). Обратная связь между ОР и ВСР обеспечивается отражением пучка от дифракционной решетки (2), установленной в автоколлимационном режиме. Вывод пучка из лазера обеспечивается отражением излучения от одной грани призмы (1), установленной под углом падения не нее пучка в 82°. При этом лазерное излучение имеет р-поляризацию в плоскости падения на поляризатор (5) и призмы (1). Длина оптического составного резонатора была 75 см. Температура кристалла александрита удерживалась в диапазоне 70±0.3°С.
Принцип работы лазера заключается в следующем. Он работает в режиме модуляции добротности (как и прототип). После достижения инверсии в активной среде (4) открывается электрооптический затвор (5, 6) и в составном резонаторе формируется мощный и короткий импульс. Часть этого импульса выводится из лазера за счет отражения излучения от грани одной призмы (1). Узкая линия излучения обеспечивается дифракционной решеткой (2), а высокая направленность пучка - диафрагмой (7).
В результате на выходе лазера регистрировался импульс излучения, имеющий следующие параметры:
ширина спектральной линии - менее 20 пм;
диапазон спектральной перестройки - 710-790 нм;
энергия на краю контура усиления - 25 мДж;
длительность импульса на полувысоте интенсивности - 30 нс;
импульсная мощность - 833 кВт;
степень поляризации - 99%;
расходимость (80% энергии) - 0.7 мрад;
частота повторения импульсов - 1-15 Гц.
Таким образом, предложенный оптический составной резонатор позволяет в лазере, как на кристалле александрит, так и в диодных лазерах формировать узкополосное и высоконаправленное излучение, которое более чем на два порядка превышает импульсную мощность, полученную в прототипе, и в той же пропорции уменьшает ширину спектральной линии.
Использование предлагаемого нами составного резонатора позволит формировать узкополосное перестраиваемое излучение в твердотельных лазерах видимого и ближнего ИК-диапазонах спектра, работающих как в непрерывном, так и импульсных режимах.
Источники информации:
1. J.С. Walling, О.G. Peterson, Н.P. Jenssen, R.С. Morris, Е. Wayne O'dell Tunable Alexandrite Lasers // IEEE J. of Quant. Electron. 1980. Vol. 16, No. 12. P. 1302-1315.
2. Sh. Imai, T. Yamada, Y. Fujimori, and K. Ishikawa Third-harmonic generation of an alexandrite laser in β-BaB2O4 // Appl. Phys. Lett. 1989. Vol.54, No. 13. P. 1206-1208.
3. B.B. Анциферов, E.B. Иванов Мощный одночастотный лазер на александрите с пассивной модуляцией добротности затворами на кристаллах F3 -:LiF, с плавной перестройкой и стабилизацией длины волны генерации // Препринт ИЯФ СО РАН им. Г.И. Будкера, ИЯФ 99-40. 1999.
4. Патент RU №2607815 С1, 20.01.2017.
5. И.С. Тырышкин, Н.А. Иванов, В.М. Хулугуров Узкополосный перестраиваемый лазер на александрите с пассивной модуляцией добротности // Квантовая электроника. 1998. Т. 25, №6. С. 505-506.
Claims (1)
- Оптический составной резонатор для твердотельных и диодных лазеров, состоящий из основного резонатора, включающего в себя кроме активного элемента сферическое зеркало, оптический затвор, полупрозрачное зеркало, и интегрированного с ним внешнего селективного резонатора, содержащий расширяющую призму и дисперсионный элемент, отличающийся тем, что в основном резонаторе в качестве оптического затвора устанавливается активный затвор на основе пленочного поляризатора и ячейки Поккельса, а во внешнем селективном резонаторе в качестве дисперсионного элемента устанавливается дифракционная решетка.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU217510U1 true RU217510U1 (ru) | 2023-04-04 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3180087B2 (ja) * | 1998-09-03 | 2001-06-25 | 長野日本無線株式会社 | 圧電素子収納用ケーシング |
US6590921B2 (en) * | 2000-01-19 | 2003-07-08 | Ushiodenki Kabushiki Kaisha | Narrow beam ArF excimer laser device |
RU159472U1 (ru) * | 2015-06-18 | 2016-02-10 | Владимир Петрович Якунин | Полупроводниковый лазерный резонатор |
RU2592065C2 (ru) * | 2012-03-02 | 2016-07-20 | Академи Оф Опто-Электроникс, Чайниз Академи Оф Сайенсиз | Однополостная двухэлектродная разрядная камера и эксимерный лазер |
RU2607815C1 (ru) * | 2012-12-20 | 2017-01-20 | РЕЙНБОУ СОУРС ЛАЗЕР (ЭрЭсЛазер) | Составной резонатор эксимерного лазера |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3180087B2 (ja) * | 1998-09-03 | 2001-06-25 | 長野日本無線株式会社 | 圧電素子収納用ケーシング |
US6590921B2 (en) * | 2000-01-19 | 2003-07-08 | Ushiodenki Kabushiki Kaisha | Narrow beam ArF excimer laser device |
RU2592065C2 (ru) * | 2012-03-02 | 2016-07-20 | Академи Оф Опто-Электроникс, Чайниз Академи Оф Сайенсиз | Однополостная двухэлектродная разрядная камера и эксимерный лазер |
RU2607815C1 (ru) * | 2012-12-20 | 2017-01-20 | РЕЙНБОУ СОУРС ЛАЗЕР (ЭрЭсЛазер) | Составной резонатор эксимерного лазера |
RU159472U1 (ru) * | 2015-06-18 | 2016-02-10 | Владимир Петрович Якунин | Полупроводниковый лазерный резонатор |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20180175579A1 (en) | Method and system for mutliline mir-ir laser | |
US20080049301A1 (en) | Generation Of Radiation With Stabilized Frequency | |
US20120044959A1 (en) | Terahertz source | |
Baylam et al. | Dual-wavelength temporal dynamics of a gain-switched 2-μm Tm3+: Lu2O3 ceramic laser | |
Cihan et al. | Gain-matched output couplers for efficient Kerr-lens mode-locking of low-cost and high-peak power cr: lisaf lasers | |
Gordienko et al. | Powerful 3 μ m YSGG: Cr: Er and YSGG: Cr: Yb: Ho Q-Switched Lasers Operating in the Repetition-Rate Mode | |
Danailov et al. | A novel method of ultrabroadband laser generation | |
Cho et al. | Compactly efficient CW 3 to 4.5 μm wavelength tunable mid-infrared laser in optically pumped semiconductor laser with intracavity OPO | |
RU217510U1 (ru) | Оптический составной резонатор для твердотельных и диодных лазеров | |
Chiang et al. | Pulsed optical parametric generation, amplification, and oscillation in monolithic periodically poled lithium niobate crystals | |
US9042413B1 (en) | Q-switched millimeter-wave SMASER | |
Danailov et al. | Ultrabroadband laser using prism-based “spatially-dispersive” resonator | |
Koranda et al. | Cr: ZnSe laser pumped with Tm: YAP microchip laser | |
Murray | Lasers for spectroscopy | |
Antipov | Wavelength tuned mid-IR lasers based on single-crystalline or polycrystalline Cr 2+-doped ZnSe with $1.9-2.1\\mu\mathrm {m} $ pumping | |
Popov et al. | Pulsed lasing in a broad wavelength range in Cr: LiSrAlF 6 crystal | |
US20120026579A1 (en) | Resonant Optical Amplifier | |
Bogdanovich et al. | Peculiarities of forming single-frequency generation in a monopulse YAG: Nd-laser with transverse diode pumping and injection of narrow-band radiation | |
Fritsche et al. | Efficient Er: YAG lasers at 1645.55 nm, resonantly pumped with narrow bandwidth diode laser modules at 1532 nm, for methane detection | |
Elder et al. | Efficient single-pass resonantly-pumped Ho: YAG laser | |
Dashkevich et al. | Comparative studies of eye-safe intracavity and extracavity optical parametric oscillators with an unstable telescopic cavity | |
Smirnov et al. | Diode-Pumped Intracavity OPO KTP/YAG: Nd3+ laser for Cr2+: ZnSe pumping | |
Pushkin et al. | Novel acousto-optical KYW and KGW Q-switches for powerful 3-μm lasers | |
Antipov et al. | High-Efficiency 2.3-2.5 μm Electronically Tuned Narrow-Line Laser System for Remote Sensing in Earth's Atmosphere Window | |
Leonov et al. | Tunable Room Temperature Pulsed Fe 2+: CdTe Single Crystal Laser |