RU2206162C2 - Solid-state pulsed laser using cascaded conversion of radiation frequency into higher harmonics - Google Patents
Solid-state pulsed laser using cascaded conversion of radiation frequency into higher harmonics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2206162C2 RU2206162C2 RU2001124493A RU2001124493A RU2206162C2 RU 2206162 C2 RU2206162 C2 RU 2206162C2 RU 2001124493 A RU2001124493 A RU 2001124493A RU 2001124493 A RU2001124493 A RU 2001124493A RU 2206162 C2 RU2206162 C2 RU 2206162C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- active element
- radiation
- laser
- resonator
- prism
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к лазерной технике, в частности к твердотельным импульсным лазерам. The invention relates to laser technology, in particular to solid-state pulsed lasers.
Импульсные лазеры с электрооптической модуляцией добротности резонатора как генераторы мощных импульсов излучения в наносекундном диапазоне длительностей импульсов с частотами повторения до сотен герц в ближнем ИК, видимом и УФ-спектральных диапазонах широко применяются в научно-прикладных исследованиях, медицине, в системах экологического мониторинга окружающей среды. Pulsed lasers with electro-optical Q-switching of the resonator as generators of powerful radiation pulses in the nanosecond range of pulse durations with repetition frequencies up to hundreds of hertz in the near IR, visible and UV spectral ranges are widely used in applied research, medicine, and environmental monitoring systems.
В качестве лазеров ИК-диапазона обычно используются лазеры на неодимсодержащих кристаллах. Для генерации в видимом и УФ-диапазонах используется каскадное преобразование частоты излучения ИК-лазеров в высшие гармоники в нелинейных кристаллах, среди которых следует отметить относительно новые кристаллы КТР, ВВО и LBO, обладающие высокой нелинейностью и высокой лучевой прочностью. As IR lasers, neodymium-containing crystal lasers are commonly used. For generation in the visible and UV ranges, a cascade conversion of the radiation frequency of IR lasers to higher harmonics in nonlinear crystals is used, among which are relatively new KTP, BBO, and LBO crystals, which have high nonlinearity and high radiation strength.
Для дальнейшего расширения спектрального диапазона лазерного излучения применяется генерация на неосновных или "слабых" лазерных переходах, т.е. переходах инвертированных ионов на другие уровни с меньшими сечениями вынужденного излучения по сравнению с сечением основного перехода. To further expand the spectral range of laser radiation, lasing is used at minor or "weak" laser transitions, i.e. transitions of inverted ions to other levels with smaller sections of stimulated emission compared with the cross section of the main transition.
Так, например, известно многомодовые импульсные лазеры на алюмоиттриевом гранате с неодимом (AИГ:Nd), способные генерировать излучение с длиной волны 1064 нм (основной переход) и 1320 нм (первый "слабый" переход) с последующим преобразованием частоты во вторую и третью гармоники в красно-зелено-синюю области спектра в нелинейных элементах из КТР [1]. Однако в УФ-диапазоне спектра элементы из КТР обладают сильным поглощением и не имеют направлений синхронизма для генерации третьей и четвертой гармоник. For example, multimode pulsed neodymium-aluminum yttrium garnet laser (AIG: Nd) capable of generating radiation with a wavelength of 1064 nm (main transition) and 1320 nm (first "weak" transition), followed by frequency conversion to the second and third harmonics, is known in the red-green-blue region of the spectrum in nonlinear elements from KTP [1]. However, in the UV range of the spectrum, elements from KTP have strong absorption and do not have synchronism directions for the generation of the third and fourth harmonics.
Прозрачные в УФ-диапазоне и имеющие соответствующие направления синхронизма элементы из ВВО обладают существенным недостатком - угловая ширина синхронизма в критичной плоскости ~0,5 мрад. Многомодовое излучение лазеров, как правило, имеет расходимость 3-5 мрад. К снижению коэффициента преобразования мощности излучения первой гармоники в высшие гармоники приводит также недостаточно высокая плотность мощности в сечении луча ИК-лазеров. Последнее обстоятельство возникает, когда ИК-лазер генерирует на "слабом" переходе и КПД его поэтому заметно снижен. Вторая распространенная причина - большая частота повторения импульсов лазерного излучения. Увеличение частоты повторения импульсов необходимо, например, чтобы выйти на требуемый уровень средней мощности УФ-излучения при вводе его в оптоволоконный кабель, который часто используется в медицине для передачи излучения от лазера к пациенту. Увеличение же уровня средней мощности излучения за счет увеличения энергии импульсов излучения ограничено из-за невысокой лучевой прочности волокна. UVB elements that are transparent in the UV range and have corresponding directions of synchronism have a significant drawback - the angular synchronism width in the critical plane is ~ 0.5 mrad. Multimode laser radiation, as a rule, has a divergence of 3-5 mrad. An insufficiently high power density in the cross section of the beam of IR lasers also leads to a decrease in the coefficient of conversion of the power of radiation of the first harmonic to higher harmonics. The latter circumstance arises when the IR laser generates at the “weak” transition and its efficiency is therefore noticeably reduced. The second common reason is the high pulse repetition rate of laser radiation. An increase in the pulse repetition rate is necessary, for example, in order to reach the required level of average power of UV radiation when it is inserted into a fiber optic cable, which is often used in medicine to transfer radiation from a laser to a patient. An increase in the average radiation power level due to an increase in the energy of radiation pulses is limited due to the low radiation strength of the fiber.
Одним из решений указанных выше проблем является создание эффективных одномодовых лазеров или лазеров с астигматичными пучками, одномодовых в одной плоскости, обладающих и низкой расходимостью, и более высокой плотностью мощности в сечении луча. One of the solutions to the above problems is the creation of efficient single-mode lasers or lasers with astigmatic beams, single-mode in the same plane, having both low divergence and a higher power density in the beam cross section.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является импульсный твердотельный лазер с каскадным преобразованием частоты излучения в высшие гармоники в нелинейных элементах с резонатором, образованным глухим и частично прозрачным зеркалами, содержащем активный и электрооптический элементы, обеспечивающий на выходе мощное излучение с малой расходимостью в одной плоскости [2]. The closest in technical essence to the present invention is a pulsed solid-state laser with a cascade conversion of the radiation frequency to higher harmonics in nonlinear elements with a resonator formed by deaf and partially transparent mirrors containing active and electro-optical elements, providing powerful radiation with low divergence in one plane [2].
В резонаторе лазера установлена специальная "клиновая" диафрагма, формирующая щелевидный пучок, который выводится из резонатора, расширяется до формы квадрата, меняет линейную поляризацию на ортогональную, вновь через входной поляризатор заводится в активный элемент лазера, где дополнительно усиливается, выводится на выходном поляризаторе и направляется в усилитель, а затем - в нелинейные элементы для генерации высших гармоник. A special “wedge” diaphragm is installed in the laser cavity, which forms a slit-like beam that is pulled out of the resonator, expands to a square shape, changes the linear polarization to orthogonal, again it is brought into the active element of the laser through the input polarizer, where it is further amplified, output at the output polarizer and directed into an amplifier, and then into non-linear elements to generate higher harmonics.
Этот лазер имеет следующие недостатки:
- активный элемент должен быть изготовлен из оптически изотропных кристаллов (AИГ: Nd, ГСГГ: Сr, Nd и т.д.), т.к. активные элементы из одноосных кристаллов AИ: Nd, ИЛФ:Nd из-за поляризованности излучения люминесценции не будут усиливать ортогонально поляризованное излучение;
- при увеличении частоты повторения импульсов выше 50 Гц наведенное двулучепреломление в активном элементе приводит к снижению КПД лазера и к ухудшению однородности пространственной структуры излучения;
- даже для случая основного перехода (λ=1064 нм) необходимо подавать на лампу импульсы довольно высокие по энергии, чтобы получить высокий общий КПД.This laser has the following disadvantages:
- the active element must be made of optically isotropic crystals (AIG: Nd, GHA: Cr, Nd, etc.), because active elements from uniaxial AI crystals: Nd, ILF: Nd, due to the polarization of luminescence radiation, will not enhance orthogonally polarized radiation;
- when the pulse repetition rate increases above 50 Hz, the induced birefringence in the active element leads to a decrease in the laser efficiency and to a deterioration in the uniformity of the spatial structure of the radiation;
- even for the case of the main transition (λ = 1064 nm), it is necessary to apply pulses rather high in energy to the lamp in order to obtain a high overall efficiency.
Таким образом, известный лазер предназначен для получения мощных импульсов на частотах высших гармоник (532, 355, 266, 213 нм) с частотами повторения импульсов не более 50 Гц. В то же время существует потребность в эффективных однокаскадных лазерах, работающих с большими частотами повторения импульсов (до сотен герц) или с излучением на других длинах волн, соответствующих "слабым" переходам и их гармоникам (например, второй по силе переход в алюминате иттрия с неодимом AИ:Nd соответствует длине волны 1341,4 нм, а высшие гармоники: 670,7 нм, 447,1 нм, 335,3 нм). Thus, the well-known laser is designed to produce high-power pulses at higher harmonics (532, 355, 266, 213 nm) with pulse repetition frequencies of not more than 50 Hz. At the same time, there is a need for efficient single-stage lasers operating with high pulse repetition frequencies (up to hundreds of hertz) or with radiation at other wavelengths corresponding to “weak” transitions and their harmonics (for example, the second strongest transition in yttrium aluminate with neodymium AI: Nd corresponds to a wavelength of 1341.4 nm, and higher harmonics: 670.7 nm, 447.1 nm, 335.3 nm).
Задачей настоящего изобретения является повышение предельной частоты повторения импульсов излучения твердотельных лазеров с каскадным преобразованием частоты излучения в высшие гармоники, расширение спектрального диапазона за счет неосновных лазерных переходов и повышение эффективности лазеров. The objective of the present invention is to increase the limiting pulse repetition rate of solid-state lasers with cascading conversion of the radiation frequency to higher harmonics, expanding the spectral range due to minor laser transitions and increasing the efficiency of lasers.
Для решения поставленной задачи в импульсном твердотельном лазере с каскадным преобразованием частоты излучения в высшие гармоники в нелинейных элементах с резонатором, образованным глухим и частично прозрачным зеркалами, содержащем активный и электрооптический элементы, глухое и частично прозрачное зеркала установлены по одну сторону активного элемента, а по другую сторону активного элемента установлено дополнительное глухое зеркало, при этом ориентация зеркал такова, что оптическая ось резонатора, сломанная на дополнительном глухом зеркале на две полуоси, образует римскую цифру пять, активный элемент расположен симметрично относительно этих полуосей, электрооптический элемент расположен на полуоси резонатора рядом с глухим зеркалом, между ним и активным элементом установлен оптический клин с углом при вершине, равным arcctg nk, или установлена дисперсионная призма с углом при вершине, равным 2arcctg nп, так, что вершины клина или призмы расположены на геометрической оси активного элемента, а их грани, ближайшие к активному элементу, составляют с полуосью резонатора угол Брюстера, при этом оптический клин установлен для генерации излучения на основном лазерном переходе и имеет на рабочей грани, ближайшей к активному элементу, поляризующее покрытие, на другой рабочей грани - просветляющее покрытие, а дисперсионная призма установлена для генерации излучения на неосновном лазерном переходе, где nk - показатель преломления материала оптического клина на длине волны основного перехода, nп - показатель преломления материала дисперсионной призмы на длине волны неосновного лазерного перехода.To solve the problem in a pulsed solid-state laser with a cascade conversion of the radiation frequency to higher harmonics in nonlinear elements with a resonator formed by blind and partially transparent mirrors containing active and electro-optical elements, blind and partially transparent mirrors are installed on one side of the active element and on the other an active blind mirror is installed on the side of the active element, while the orientation of the mirrors is such that the optical axis of the resonator is broken at an additional a two-axis mirror, forms the Roman numeral five, the active element is located symmetrically with respect to these half-axes, the electro-optical element is located on the cavity half-axis next to a blind mirror, an optical wedge is installed between it and the active element with an apex angle equal to arcctg n k , or dispersion prism with an apex angle equal 2arcctg n n, so that the vertex of the wedge or prism located on the geometric axis of the active element, and their edges closest to the active element comprise a resonator at semiaxis Brewster’s ol, the optical wedge is installed to generate radiation at the main laser transition and has a polarizing coating on the working face closest to the active element, an antireflection coating on the other working face, and a dispersion prism is installed to generate radiation at the non-main laser transition, where n k is the refractive index of the material of the optical wedge at the wavelength of the main transition, n p is the refractive index of the material of the dispersion prism at the wavelength of the minor laser transition.
Существенными отличительными признаками предлагаемого лазера от известного (прототипа) являются: применение 3-зеркального резонатора и симметричное расположение активного элемента относительно полуосей резонатора. При этом достигаются качественно новые свойства лазера:
- возможно использование активных элементов из одноосных кристаллов (AИ: Nd, ИЛФ:Nd и т.д.), в которых эффект наведенного двулучепреломления отсутствует, а сечения "слабых" переходов выше, что позволяет увеличить предельную частоту повторения импульсов и повысить эффективность генерации излучения на других длинах волн;
- при использовании активных элементов из изотропных кристаллов (AИГ:Nd, ГСГГ: Nd, Cr и т.д.) эффект наведенного двулучепреломления влияет на КПД лазера и пространственную структуру излучения в меньшей степени из-за увеличения отношения коэффициентов усиления и пассивных потерь в резонаторе, что также позволяет увеличить предельную частоту повторения импульсов;
- длина активного элемента эквивалентно возрастает в 2 раза, а сечение уменьшается в 2 раза, что, в конечном счете, приводит к возрастанию эффективности преобразования излучения в высшие гармоники;
- в резонаторе возникает эквивалентная "мягкая" диафрагма за счет плавного спада коэффициента усиления у боковой поверхности активного элемента, что увеличивает объем генерируемой моды резонатора, а тем самым КПД лазера;
- присутствие клина приводит к уменьшению в 1,5 раза лучевой нагрузки на электрооптический элемент, что увеличивает предельную выходную энергию моноимпульсов излучения;
- резонатор лазера легко трансформируется в резонатор с более сильной дисперсией за счет изменения геометрической формы элемента, разводящего полуоси (замена клина на призму), что позволяет уверенно подавить генерацию на основном переходе.Salient features of the proposed laser from the known (prototype) are: the use of a 3-mirror resonator and a symmetrical arrangement of the active element relative to the axis of the resonator. In this case, qualitatively new laser properties are achieved:
- it is possible to use active elements from uniaxial crystals (AI: Nd, ILF: Nd, etc.), in which the effect of induced birefringence is absent, and the cross sections of “weak” transitions are higher, which makes it possible to increase the limiting pulse repetition rate and increase the efficiency of radiation generation at other wavelengths;
- when using active elements from isotropic crystals (AIG: Nd, GHGH: Nd, Cr, etc.), the effect of induced birefringence affects the laser efficiency and spatial structure of the radiation to a lesser extent due to an increase in the ratio of gain and passive loss in the cavity , which also allows to increase the limiting pulse repetition rate;
- the length of the active element equivalently increases by 2 times, and the cross section decreases by 2 times, which, ultimately, leads to an increase in the efficiency of conversion of radiation to higher harmonics;
- an equivalent “soft” diaphragm appears in the cavity due to a smooth decrease in the gain at the side surface of the active element, which increases the volume of the generated resonator mode, and thereby the laser efficiency;
- the presence of the wedge leads to a 1.5-fold decrease in the radiation load on the electro-optical element, which increases the limiting output energy of monopulses of radiation;
- the laser resonator is easily transformed into a resonator with a stronger dispersion due to a change in the geometric shape of the element that partes the semi-axes (replacing the wedge with a prism), which allows one to reliably suppress generation at the main transition.
В предлагаемом устройстве фактически осуществлена селекция поперечных мод резонатора в горизонтальной плоскости с помощью эквивалентной "мягкой" диафрагмы, в результате чего расходимость выходного излучения уменьшается в ~2 раза. In the proposed device, the transverse modes of the resonator were actually selected in the horizontal plane using the equivalent “soft” diaphragm, as a result of which the divergence of the output radiation decreased by a factor of ~ 2.
На фиг.1 и 2 представлены оптические схемы предлагаемого устройства для генерации излучения на основном лазерном переходе и неосновном лазерном переходе соответственно. Figure 1 and 2 presents the optical scheme of the proposed device for generating radiation at the main laser transition and non-main laser transition, respectively.
Резонатор лазера образован частично прозрачным 1 и глухим 2 зеркалами и дополнительным зеркалом 3. На дополнительном зеркале 3 ось резонатора сломана на две полуоси. Активный элемент цилиндрической формы 4 из кристалла, активированного ионами Nd, имеющего кубическую кристаллическую решетку (AИГ: Nd, ГСГГ:Cr, Nd, ИСГГ:Cr, Nd и т.д.) и выращенного в направлении [001], ориентирован так, что кристаллографические оси Х и Y составляют углы ±45o с плоскостью чертежа.The laser resonator is formed by partially transparent 1 and blind 2 mirrors and an
Если лазер предназначен для работы с большой частотой повторения импульсов, предпочтительнее в качестве кристалла для активного элемента выбирать одноосные кристаллы AИ:Nd, ИЛФ:Nd и т.д. В этом случае элемент 4 азимутально ориентируется так, чтобы плоскость поляризации люминесценции совпадала с плоскостью чертежа. В обоих указанных случаях расположенный симметрично относительно полуосей активный элемент помещен в осветитель, содержащий также отражатель и лампу накачки, причем предпочтительная ориентация осветителя соответствует той, при которой плоскость, проходящая через геометрические оси элемента 4 и лампы, перпендикулярна плоскости чертежа. If the laser is designed to operate with a high pulse repetition rate, it is preferable to choose uniaxial crystals AI: Nd, ILF: Nd, etc. as the crystal for the active element. In this case, the
На верхней полуоси резонатора расположен оптический клин 5 (фиг.1), вершина которого лежит на линии, являющейся геометрической осью активного элемента 4. Ближайшая к элементу 4 грань клина 5 имеет диэлектрическое поляризующее покрытие и составляет с полуосью угол Брюстера θк = arctg nк, где nк - показатель преломления материала оптического клина на длине волны основного перехода.An
Вторая грань клина 5 составляет с первой угол, равный arcctg nк, а с полуосью угол 90o и имеет просветляющее покрытие на длине волны основного перехода. Клин 5 играет роль оптического элемента, разводящего полуоси на достаточно большое расстояние, чтобы разместить электрооптический элемент 6 и зеркало 2. Более того, клин 5 увеличивает в nк раз линейный размер сечения излучения в плоскости чертежа на гранях элемента 6, являющегося самым нестойким по лучевой прочности элементом резонатора. Тем самым предельная выходная энергия импульсов лазера возрастает в ~1,5 раза.The second facet of the
Электрооптический элемент 6 в форме параллелепипеда может быть изготовлен из кристалла LiNbO3 с рабочими гранями, скошенньми под углом Брюстера. Кристалл LiNbО3 имеет широкую полосу прозрачности в ИК-диапазоне и поэтому электрооптический элемент из LiNbO3 имеет небольшие пассивные потери на длинах волн как основного, так и "слабых" переходов в ионах Nd.The parallelepiped-shaped electro-
Из частично прозрачного выходного зеркала 1 излучение призмой 7 направляется в элемент 8, преобразующий линейную поляризацию излучения в круговую или эллиптическую. From a partially transparent output mirror 1, the radiation of the
Элемент 8 может быть выполнен в виде пластинки λ/4 или вращателя плоскости поляризации на 90o. И в том и другом случае угловая ориентация элемента 8 выбирается по максимуму мощности излучения второй гармоники, генерируемой в нелинейном элементе 9, или третьей гармоники, генерируемой в нелинейном элементе 10.
Для генерации четвертой гармоники нелинейный элемент 10 выбирается с ориентацией, соответствующей взаимодействию I типа для второй гармоники излучения. Для генерации второй гармоники предпочтительнее использовать нелинейный элемент из КТР (тип взаимодействия II), для генерации третьей и четвертой - элементы из LBO и ВВО. To generate the fourth harmonic, the nonlinear element 10 is selected with the orientation corresponding to the type I interaction for the second harmonic of the radiation. To generate the second harmonic, it is preferable to use a nonlinear element from KTP (interaction type II), to generate the third and fourth, elements from LBO and BBO.
Для генерации излучения на "слабых" переходах предлагаемое устройство легко трансформируется в устройство, схема которого представлена на фиг.2. To generate radiation at "weak" transitions, the proposed device is easily transformed into a device, the circuit of which is presented in figure 2.
Главные отличия схемы на фиг.2 от схемы фиг.1 следующие:
- зеркала 2 и 3 глухие на длине волны "слабого" перехода и максимально прозрачные на длине волны основного;
- клин 5 заменен на дисперсионную призму, грани которой составляют с верхней полуосью угол Брюстера θп = arctg nп, где nп - показатель преломления материала дисперсионной призмы на длине волны неосновного лазерного перехода, а вершина лежит на линии, являющейся геометрической осью активного элемента 4, угол при вершине призмы равен 2arcctg nп и поэтому вторая рабочая грань призмы составляет с полуосью также угол Брюстера;
- элементы 9 и 10 заменены на нелинейные элементы со срезами, соответствующими новым длинам волн (может даже измениться и материал кристалла; например, для третьей гармоники от излучения "слабого" перехода 1320 нм предпочтительнее заменить элемент из ВВО на элемент из КТР).The main differences of the scheme in figure 2 from the scheme of figure 1 are as follows:
-
- the
-
Предлагаемый лазер работает следующим образом. В импульсно-периодическом режиме за время каждого импульса накачки при закрытом электрооптическом затворе, который образуют электрооптический элемент 6, глухое зеркало 2 и поляризующий элемент 5, происходит накопление инверсной населенности в активном элементе 4. The proposed laser operates as follows. In a pulse-periodic mode, during each pump pulse with a closed electro-optical shutter, which is formed by an electro-
При подаче отпирающего импульса высокого напряжения на электроды элемента 6 электрооптический затвор открывается и в резонаторе генерируется моноимпульс излучения. When a high-voltage trigger pulse is applied to the electrodes of
Пространственная структура излучения определяется размерами разрешенной для генерации половиной сечения активного элемента 4. The spatial structure of the radiation is determined by the dimensions allowed for generation by half the cross section of the
Расходимость излучения, выходящего из зеркала 1, в плоскости чертежа сокращается в 2 раза за счет селекции поперечных мод по сравнению со случаем, когда сечение активного элемента в обычном двухзеркальном резонаторе полностью заполнено излучением. В плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа, расходимость излучения практически не изменяется. The divergence of the radiation emerging from mirror 1 in the plane of the drawing is reduced by 2 times due to the selection of transverse modes compared with the case when the cross section of the active element in a conventional two-mirror resonator is completely filled with radiation. In the plane perpendicular to the plane of the drawing, the divergence of radiation practically does not change.
Как показали проведенные энергетические расчеты лазера, при переходе от обычного двухзеркального резонатора к предлагаемому трехзеркальному резонатору при условии оптимизации коэффициента прозрачности выходного зеркала при фиксированной энергии импульсов накачки энергия Е и длительность τ0,5 моноимпульсов излучения не изменяются.As shown by the energy calculations of the laser, when switching from a conventional two-mirror resonator to the proposed three-mirror resonator, provided that the transparency coefficient of the output mirror is optimized for a fixed energy of pump pulses, the energy E and the duration τ 0.5 of single-pulse radiation do not change.
Так как площадь сечения генерируемого излучения уменьшилась в ~2 раза, то плотность энергии (мощности) в сечении луча возросла тоже в ~2 раза. При этом возрастает коэффициент преобразования частоты излучения в высшие гармоники. В приближении заданного поля (при небольших плотностях энергии) рост ожидается линейным (также в ~2 раза). В случае генерации высших гармоник в УФ-области, где применяются элементы из ВВО с узкой угловой шириной синхронизма, рост коэффициента преобразования ожидается за счет уменьшения расходимости. Since the cross-sectional area of the generated radiation decreased by ~ 2 times, the energy (power) density in the beam cross section also increased by ~ 2 times. In this case, the conversion coefficient of the radiation frequency to higher harmonics increases. In the approximation of a given field (at low energy densities), the growth is expected to be linear (also ~ 2 times). In the case of the generation of higher harmonics in the UV region, where BBO elements with a narrow angular synchronism width are used, an increase in the conversion coefficient is expected due to a decrease in the divergence.
В отличие от прототипа [2] предлагаемый лазер позволяет увеличить частоту повторения импульсов и получить генерацию излучения на "слабых" переходах с высокими коэффициентами преобразования частоты излучения в высшие гармоники. Unlike the prototype [2], the proposed laser allows one to increase the pulse repetition rate and obtain radiation generation at “weak” transitions with high conversion factors of the radiation frequency to higher harmonics.
Результаты испытаний двух лазеров подтверждают эффективность предложенного устройства. The test results of two lasers confirm the effectiveness of the proposed device.
Первый лазер на AИГ:Nd (λ=1064 нм) с активным элементом размером ⌀5•100 мм, с клином с углом при вершине 34o, электрооптическим элементом из LiNbО3 с гранями под углом Брюстера, нелинейным элементом из КТР (вторая гармоника) и нелинейным элементом из ВВО (четвертая гармоника) на частоте повторения 200 Гц при энергии импульсов накачки 4 Дж на выходе волоконно-оптического кабеля генерировал импульсы излучения со следующими параметрами: λ=266 нм, Е=0,5 мДж, τ0,5 = 30 нс.The first AIG laser: Nd (λ = 1064 nm) with an active element measuring ⌀5 • 100 mm, with a wedge with an apex angle of 34 ° , an electro-optical element made of LiNbО 3 with faces at the Brewster angle, a nonlinear element made of KTP (second harmonic) and a nonlinear element from the BBO (fourth harmonic) at a repetition frequency of 200 Hz at a pulse pulse energy of 4 J at the output of the fiber optic cable generated radiation pulses with the following parameters: λ = 266 nm, E = 0.5 mJ, τ 0.5 = 30 ns
Второй лазер на AИ:Nd (λ1 = 1341 нм) с активным элементом ⌀6•100 мм, с дисперсионной призмой с углом при вершине 68o, электрооптическим элементом из LiNbO3 с гранями под углом Брюстера, нелинейным элементом из КТР (вторая гармоника) и нелинейным элементом из КТР (третья гармоника) на частоте повторения до 50 Гц при энергии импульсов накачки 32 Дж генерировал импульсы излучения со следующими параметрами:
λ2 = 670 нм, Е=20 мДж, τ0,5 = 40 нс,
λ2 = 447 нм, Е=8 мДж, τ0,5 = 35 нс.
Таким образом, предлагаемый лазер может эффективно работать в импульсно-периодических режимах с модуляцией добротности резонатора с преобразованием частоты излучения в высшие гармоники при больших частотах повторения импульсов или с длиной волны излучения, соответствующей неосновному лазерному переходу активной среды.The second AI laser: Nd (λ 1 = 1341 nm) with an active element of ⌀6 • 100 mm, with a dispersion prism with an angle at apex of 68 ° , an electro-optical element of LiNbO 3 with faces at a Brewster angle, a nonlinear element of KTP (second harmonic ) and a nonlinear element from KTP (third harmonic) at a repetition frequency of up to 50 Hz at a pulse energy of 32 J generated pulses of radiation with the following parameters:
λ 2 = 670 nm, E = 20 mJ, τ 0.5 = 40 ns,
λ 2 = 447 nm, E = 8 mJ, τ 0.5 = 35 ns.
Thus, the proposed laser can effectively operate in pulse-periodic modes with modulation of the Q factor of the resonator with the conversion of the radiation frequency to higher harmonics at high pulse repetition frequencies or with a radiation wavelength corresponding to a minor laser transition of the active medium.
Источники информации
1. Патент США 5144630, H 01 S 3/10, 1991 г.Sources of information
1. US patent 5144630, H 01
2. Патент РФ 2162265, H 01 S 3/10, 1999 г. 2. RF patent 2162265, H 01
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001124493A RU2206162C2 (en) | 2001-09-05 | 2001-09-05 | Solid-state pulsed laser using cascaded conversion of radiation frequency into higher harmonics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001124493A RU2206162C2 (en) | 2001-09-05 | 2001-09-05 | Solid-state pulsed laser using cascaded conversion of radiation frequency into higher harmonics |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2206162C2 true RU2206162C2 (en) | 2003-06-10 |
Family
ID=29210365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001124493A RU2206162C2 (en) | 2001-09-05 | 2001-09-05 | Solid-state pulsed laser using cascaded conversion of radiation frequency into higher harmonics |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2206162C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2548592C2 (en) * | 2013-07-16 | 2015-04-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Карат" (ОАО "НПО КАРАТ") | Pulsed two-mode solid-state laser |
| RU185402U1 (en) * | 2018-07-13 | 2018-12-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) | PULSE SOLID LASER |
| RU2703937C1 (en) * | 2018-12-11 | 2019-10-22 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Method for increasing the repetition rate of ultrashort high-power laser pulses in a limited sequence |
-
2001
- 2001-09-05 RU RU2001124493A patent/RU2206162C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2548592C2 (en) * | 2013-07-16 | 2015-04-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Карат" (ОАО "НПО КАРАТ") | Pulsed two-mode solid-state laser |
| RU185402U1 (en) * | 2018-07-13 | 2018-12-04 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) | PULSE SOLID LASER |
| RU2703937C1 (en) * | 2018-12-11 | 2019-10-22 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Method for increasing the repetition rate of ultrashort high-power laser pulses in a limited sequence |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4879722A (en) | Generation of coherent optical radiation by optical mixing | |
| US5142542A (en) | Signal-resonant intracavity optical frequency mixing | |
| US4879723A (en) | Intracavity generation of coherent optical radiation of optical mixing | |
| EP0742966B1 (en) | Diode pumped, multi axial mode, intracavity frequency doubled laser | |
| US5638388A (en) | Diode pumped, multi axial mode intracavity doubled laser | |
| US5333142A (en) | Technique for intracavity sum frequency generation | |
| EP0826258B1 (en) | Diode pumped, multiaxial mode, intracavity doubled laser | |
| US5412674A (en) | Compact rapidly modulatable diode-pumped visible laser | |
| Nagai et al. | Low-noise operation of a diode-pumped intracavity-doubled Nd: YAG laser using a Brewster plate | |
| EP1493213B1 (en) | Intracavity resonantly enhanced fourth-harmonic generation using uncoated brewster surfaces | |
| KR0149770B1 (en) | Passivity q-switch laser having daul cavity structure | |
| US5206867A (en) | Suppression of relaxation oscillations in flashpumped, two-micron tunable solid state lasers | |
| Clarkson et al. | Acousto-optically induced unidirectional single mode operation of a Q-switched miniature Nd: YAG ring laser | |
| US6931037B2 (en) | Diode pumped, multi axial mode intracavity doubled laser | |
| US6287298B1 (en) | Diode pumped, multi axial mode intracavity doubled laser | |
| US20120044959A1 (en) | Terahertz source | |
| Taira et al. | Q-switching and frequency doubling of solid-state lasers by a single intracavity KTP crystal | |
| US20200386676A1 (en) | Multi-stage nonlinear process for efficient wavelength conversion | |
| Chen | Passive Q-switching of an intracavity frequency doubled diode-pumped Nd: YVO/sub 4//KTP green laser with Cr/sup 4+: YAG | |
| US20050058165A1 (en) | Laser having <100>-oriented crystal gain medium | |
| RU2206162C2 (en) | Solid-state pulsed laser using cascaded conversion of radiation frequency into higher harmonics | |
| US6807200B2 (en) | Apparatus for generating laser radiation | |
| Sucha et al. | Generation of high-power femtosecond pulses near 1.5 mu m using a color-center laser system | |
| RU2162265C1 (en) | Solid-state pulsed laser incorporating provision for radiation-frequency-to-higher-harmonics conversion | |
| Jeys et al. | 840 Hz Nd: YAG laser source of sodium resonance radiation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090906 |