RU227068U1

RU227068U1 - MULTIFUNCTIONAL LASER FOR GENERATING NANOSECOND AND SUBNANOSECOND PULSES

Info

Publication number: RU227068U1
Application number: RU2024104151U
Authority: RU
Inventors: Михаил Васильевич Алампиев; Александр Георгиевич Марунков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Айнтекс"
Filing date: 2024-02-19
Publication date: 2024-07-04

Abstract

Полезная модель относится к лазерной технике, в частности к многофункциональным лазерам, дискретно перестраивающимся по длительности импульсов излучения. Многофункциональный лазер, генерирующий моноимпульсы наносекундной или субнаносекундной длительности, содержит образованный глухим и частично прозрачным зеркалами резонатор, содержащий две пластины-поляризаторы с электрооптическим элементом между ними и первый активный элемент, 90-градусный вращатель плоскости поляризации излучения, поворотное зеркало, пластину-поляризатор, второй активный элемент, а также содержит дополнительную оптическую схему, включающую задающий генератор моноимпульсов субнаносекундной длительности на основе композитного кристалла с оптической развязкой на основе элемента Фарадея и корректирующей линзой, первую пару поворотных зеркал, двухпроходовый усилитель кольцевого типа, состоящий из последовательно расположенных первой пластины-поляризатора, 90-градусного вращателя плоскости поляризации излучения, второй пластины-поляризатора, второй пары поворотных зеркал с телескопом Галилея между ними, третьей пары поворотных зеркал, установленных на расстоянии, равном расстоянию между активными элементами, и направляющих излучение задающего генератора во второй активный элемент, при этом активные элементы размещены в квантронах геометрическими осями параллельно друг другу. Квантроны установлены на единой платформе, способной перемещаться в направлении, перпендикулярном геометрическим осям активных элементов, на расстояние, равное расстоянию между геометрическими осями активных элементов, с помощью дополнительного электромеханического узла из одного положения в другое, в котором первый активный элемент занимает положение второго активного элемента в схеме однопроходового усилителя, а второй активный элемент занимает положение в схеме двухпроходового усилителя кольцевого типа. В первом положении платформы лазер генерирует мощные моноимпульсы излучения с длительностью в наносекундном диапазоне. При перемещении платформы в другое положение лазер генерирует мощные моноимпульсы с длительностью в субнаносекундном диапазоне. Технический результат - создание универсального многофункционального лазера, способного генерировать мощные моноимпульсы излучения с длительностями как в наносекундном, так и в субнаносекундном диапазоне.

The utility model relates to laser technology, in particular to multifunctional lasers that discretely adjust the duration of radiation pulses. A multifunctional laser generating monopulses of nanosecond or subnanosecond duration contains a resonator formed by blind and partially transparent mirrors, containing two polarizer plates with an electro-optical element between them and the first active element, a 90-degree rotator of the radiation polarization plane, a rotating mirror, a polarizer plate, and a second one. active element, and also contains an additional optical circuit, including a master oscillator of monopulses of subnanosecond duration based on a composite crystal with optical isolation based on a Faraday element and a correcting lens, a first pair of rotating mirrors, a two-pass ring-type amplifier consisting of a first polarizer plate located in series, a 90-degree rotator of the radiation polarization plane, a second polarizer plate, a second pair of rotating mirrors with a Galileo telescope between them, a third pair of rotating mirrors installed at a distance equal to the distance between the active elements, and directing the radiation of the master oscillator into the second active element, while active elements are placed in quantrons with geometric axes parallel to each other. The quantrons are installed on a single platform capable of moving in a direction perpendicular to the geometric axes of the active elements, at a distance equal to the distance between the geometric axes of the active elements, using an additional electromechanical unit from one position to another, in which the first active element occupies the position of the second active element in circuit of a single-pass amplifier, and the second active element occupies a position in the circuit of a two-pass ring-type amplifier. In the first position of the platform, the laser generates powerful monopulses of radiation with a duration in the nanosecond range. When the platform is moved to a different position, the laser generates powerful monopulses with a duration in the subnanosecond range. The technical result is the creation of a universal multifunctional laser capable of generating powerful monopulses of radiation with durations in both the nanosecond and subnanosecond range.

Description

Полезная модель относится к области лазерной техники, в частности к многофункциональным лазерам (МЛ), дискретно перестраивающимся по длительности моноимпульсов излучения из наносекундного в субнаносекундный диапазон.The utility model relates to the field of laser technology, in particular to multifunctional lasers (MLs), discretely tunable according to the duration of monopulses of radiation from the nanosecond to the subnanosecond range.

Одним из перспективных направлений развития моноимпульсных твердотельных лазеров в режиме модуляции добротности резонатора является направление, связанное с трансформацией лазеров в многофункциональные лазерные комплексы, способные генерировать и усиливать излучение с различными длинами волн и различными длительностями моноимпульсов, содержащие параметрические генераторы света, преобразователи частоты излучения в высшие гармоники, суммарные и разностные частоты.One of the promising directions for the development of monopulse solid-state lasers in the resonator Q-switching mode is the direction associated with the transformation of lasers into multifunctional laser complexes capable of generating and amplifying radiation with different wavelengths and different monopulse durations, containing parametric light generators, radiation frequency converters to higher harmonics , sum and difference frequencies.

Многофункциональность таких лазеров заключается в способности дискретно переключать выходные параметры моноимпульсов и характеристики излучения из одного диапазона в другой. Переключение происходит как за счет управления входными параметрами лазеров, так и за счет перемещения оптических элементов самого лазера механическими или электромеханическими устройствами.The versatility of such lasers lies in the ability to discretely switch the output parameters of monopulses and radiation characteristics from one range to another. Switching occurs both by controlling the input parameters of the lasers and by moving the optical elements of the laser itself by mechanical or electromechanical devices.

Так, например, в лазере на активном элементе из АИГ:Nd³⁺ с внутрирезонаторным параметрическим генератором света [1] переключение длины волны излучения с 1064 нм на 1572 нм осуществляется трехкратным увеличением амплитуды импульсов высоковольтного напряжения на электродах электрооптического элемента. В МЛС-1 и МЛС-2 [2] на активных элементах AMT:Nd³⁺ дискретное переключение длины волны излучения достигается с помощью механических и электромеханических узлов. Кроме того, в МЛС-1 с помощью электромеханических устройств обеспечивается переключение длительности моноимпульсов излучения из наносекундного в субнаносекундный диапазон за счет трансформации задающего лазера с длительностью моноимпульсов ≈15 нс в двухпроходовый усилитель излучения задающего генератора моноимпульсов субнаносекундной длительности на основе композитного микрочип-элемента, состоящего из кристаллов активного элемента АИГ:Nd³⁺ и пассивного элемента оптического затвора из АИГ:Cr⁴⁺, соединенных диффузной сваркой [3]. Данный композитный элемент с напыленными на торцах диэлектрическими зеркалами и с накачкой в торец через оптоволокно линейкой лазерных диодов генерирует моноимпульсы излучения с длительностью ≈0,5 нс и энергией ≈0,5 мДж. После усиления маломощного излучения генератора в двухпроходовых усилителях энергия моноимпульсов возрастает примерно на два порядка (до 50 мДж) без изменения длительности. В то же время для комплектации медицинских аппаратов при проведении большинства косметологических операций требуются более мощные лазерные системы - с энергией 0,4…1,0 Дж при длительностях моноимпульсов в наносекундном диапазоне и с энергией 0,2…0,5 Дж для длительностей субнаносекундного диапазона при проведении низкотемпературных косметологических операций с фотомеханическим эффектом [4].For example, in a laser based on an active element made of YAG:Nd ³⁺ with an intracavity parametric light generator [1], the radiation wavelength is switched from 1064 nm to 1572 nm by a threefold increase in the amplitude of high-voltage voltage pulses on the electrodes of the electro-optical element. In MLS-1 and MLS-2 [2] on active elements AMT:Nd ^3+, discrete switching of the radiation wavelength is achieved using mechanical and electromechanical components. In addition, in MLS-1, with the help of electromechanical devices, switching the duration of monopulses of radiation from the nanosecond to the subnanosecond range is ensured by transforming the master laser with a monopulse duration of ≈15 ns into a two-pass amplifier of the radiation of the master oscillator of monopulses of subnanosecond duration based on a composite microchip element consisting of crystals of the active element YAG:Nd ³⁺ and the passive element of the optical shutter from YAG:Cr ⁴⁺ , connected by diffuse welding [3]. This composite element with dielectric mirrors deposited at the ends and pumped into the end through an optical fiber by a line of laser diodes generates monopulses of radiation with a duration of ≈0.5 ns and an energy of ≈0.5 mJ. After amplifying the low-power radiation of the generator in two-pass amplifiers, the energy of monopulses increases by approximately two orders of magnitude (up to 50 mJ) without changing the duration. At the same time, to complete medical devices for most cosmetic operations, more powerful laser systems are required - with an energy of 0.4...1.0 J for monopulse durations in the nanosecond range and with an energy of 0.2...0.5 J for durations of the subnanosecond range when performing low-temperature cosmetic surgeries with a photomechanical effect [4].

Получение таких высоких энергетических параметров в значительной степени достигнуто в многофункциональных лазерных системах, состоящих из задающего лазера и усилителей при максимально допустимых энергиях импульсов накачки с последующим преобразованием длины волны излучения λ₁=1064 нм во вторую гармонику с λ₂=532 нм в нелинейном элементе из кристалла титанил-фосфата калия (КТР) [5÷14].Obtaining such high energy parameters has been largely achieved in multifunctional laser systems consisting of a master laser and amplifiers at the maximum permissible pump pulse energies with subsequent conversion of the radiation wavelength λ ₁ = 1064 nm into the second harmonic with λ ₂ = 532 nm in a nonlinear element from crystal of potassium titanyl phosphate (KTP) [5÷14].

К существенным недостаткам данных лазерных систем можно отнести либо недостаточно высокую энергию излучения, особенно в субнаносекундном диапазоне, необходимую для проведения косметологических операций с фотомеханическим эффектом [5, 8], либо сложность конструкции, которая предусматривает использование различных типов лазеров для генерации наносекундных и субнаносекундных импульсов в двух разных приборах [9÷14], что существенно увеличивает их стоимость, габариты и вес, либо очень сложную электронную схему управления параметрами резонатора лазера в случае генерации импульсов излучения в наносекундном и субнаносекундном режимах длительности импульсов с использованием одного лазерного резонатора [6, 7].Significant disadvantages of these laser systems include either insufficiently high radiation energy, especially in the subnanosecond range, required for cosmetic operations with a photomechanical effect [5, 8], or the complexity of the design, which involves the use of various types of lasers to generate nanosecond and subnanosecond pulses in two different devices [9÷14], which significantly increases their cost, dimensions and weight, or a very complex electronic circuit for controlling the parameters of the laser cavity in the case of generating radiation pulses in nanosecond and subnanosecond pulse duration modes using one laser cavity [6, 7] .

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является многофункциональный лазер [13], содержащий образованный глухим и частично прозрачным зеркалом резонатор, содержащий две пластины-поляризаторы с электрооптическим элементом между ними и первый активный элемент, 90-градусный вращатель плоскости поляризации излучения, поворотное зеркало, пластину-поляризатор, второй активный элемент, нелинейный элемент для преобразования длины волны излучения во вторую гармонику. Недостатком данного лазера является невозможность генерировать моноимпульсы излучения в субнаносекундном диапазоне. Для этого используется другая лазерная система, содержащая задающий генератор моноимпульсов с четырьмя мощными усилителями излучения [14].The closest in technical essence to the proposed utility model is a multifunctional laser [13], containing a resonator formed by a blind and partially transparent mirror, containing two polarizer plates with an electro-optical element between them and the first active element, a 90-degree rotator of the radiation polarization plane, a rotating mirror , polarizer plate, second active element, nonlinear element for converting the radiation wavelength into the second harmonic. The disadvantage of this laser is the inability to generate monopulses of radiation in the subnanosecond range. For this purpose, another laser system is used, containing a monopulse master oscillator with four powerful radiation amplifiers [14].

Задачей предлагаемой полезной модели является создание универсального многофункционального лазера, способного генерировать мощные моноимпульсы излучения с длительностями как в наносекундном, так и в субнаносекундном диапазоне со временем переключения из одного режима в другой в течение нескольких минут.The objective of the proposed utility model is to create a universal multifunctional laser capable of generating powerful monopulses of radiation with durations in both the nanosecond and subnanosecond range with a switching time from one mode to another within several minutes.

Для решения поставленной задачи предлагается многофункциональный лазер для генерации импульсов наносекундной и субнаносекундной длительности, содержащий образованный глухим и частично прозрачным зеркалом резонатор, содержащий две пластины-поляризаторы с электрооптическим элементом между ними и первый активный элемент, 90-градусный вращатель плоскости поляризации излучения, поворотное зеркало, пластину-поляризатор, второй активный элемент, а также содержащий дополнительную оптическую схему, включающую задающий генератор импульсов субнаносекундной длительности на основе композитного кристалла, с оптической развязкой на основе элемента Фарадея и корректирующей линзой, первую пару поворотных зеркал, двухпроходовый усилитель кольцевого типа, состоящий из последовательно расположенных первой пластины-поляризатора, 90-градусного вращателя плоскости поляризации излучения, второй пластины-поляризатора, второй пары поворотных зеркал с телескопом Галилея между ними, третьей пары поворотных зеркал, установленных на расстоянии, равном расстоянию между активными элементами и направляющих излучение задающего генератора во второй активный элемент, при этом активные элементы размещены геометрическими осями параллельно друг другу в квантронах, установленных на единой платформе, способной перемещаться в направлении, перпендикулярном геометрическим осям активных элементов, на расстояние, равное расстоянию между геометрическими осями активных элементов с помощью дополнительного электромеханического узла из одного положения в другое, в котором первый активный элемент занимает положение второго активного элемента в схеме однопроходового усилителя, а второй активный элемент занимает положение в схеме двухпроходового усилителя кольцевого типа.To solve this problem, a multifunctional laser is proposed for generating pulses of nanosecond and subnanosecond duration, containing a resonator formed by a blind and partially transparent mirror, containing two polarizer plates with an electro-optical element between them and the first active element, a 90-degree rotator of the radiation polarization plane, a rotating mirror, a polarizer plate, a second active element, and also containing an additional optical circuit, including a master oscillator of subnanosecond pulses based on a composite crystal, with optical isolation based on a Faraday element and a correction lens, a first pair of rotating mirrors, a two-pass ring-type amplifier consisting of sequentially located the first polarizer plate, a 90-degree rotator of the radiation polarization plane, the second polarizer plate, the second pair of rotating mirrors with a Galileo telescope between them, the third pair of rotating mirrors installed at a distance equal to the distance between the active elements and directing the radiation of the master oscillator to the second active element, wherein the active elements are placed with geometric axes parallel to each other in quantrons installed on a single platform capable of moving in a direction perpendicular to the geometric axes of the active elements at a distance equal to the distance between the geometric axes of the active elements using an additional electromechanical unit from one position into another, in which the first active element occupies the position of the second active element in the circuit of a single-pass amplifier, and the second active element occupies the position in the circuit of a two-pass ring-type amplifier.

Использование в предлагаемом многофункциональном лазере дополнительной оптической схемы позволяет, в отличие от прототипа, работать как в режиме генерации наносекундных моноимпульсов, так и в режиме генерации субнаносекундных моноимпульсов, а также переключаться из одного режима в другой в течение нескольких минут после перемещения платформы с квантронами. Перемещение платформы с квантронами на фиксированное расстояние, равное расстоянию между геометрическими осями активных элементов в квантронах, обеспечивает полное совмещение обоих пучков в пространстве при работе в наносекундном и в субнаносекундном режимах работы лазера и упрощает конструкцию дальнейшей системы подачи излучения на объект воздействия (генерацию второй гармоники, ввод излучения в волокно и т.д.).The use of an additional optical circuit in the proposed multifunctional laser allows, in contrast to the prototype, to operate both in the generation mode of nanosecond monopulses and in the generation mode of subnanosecond monopulses, as well as switch from one mode to another within a few minutes after moving the platform with quantrons. Moving the platform with quantrons at a fixed distance equal to the distance between the geometric axes of the active elements in the quantrons ensures complete alignment of both beams in space when operating in nanosecond and subnanosecond laser operating modes and simplifies the design of a further system for supplying radiation to the object of influence (second harmonic generation, input of radiation into the fiber, etc.).

Оптическая схема предлагаемого многофункционального лазера для двух различных режимов работы и соответствующих положений перемещаемой платформы с квантронами представлена на фиг. 1 и фиг. 2.The optical diagram of the proposed multifunctional laser for two different operating modes and the corresponding positions of the moving platform with quantrons is presented in Fig. 1 and fig. 2.

На фиг. 1 представлена оптическая схема МЛ с перемещаемой платформой в положении для работы в режиме наносекундной длительности. Резонатор лазера для генерации импульсов наносекундной длительности, образованный высокоотражающим 1 и частично прозрачным 2 зеркалами, содержит две пластины-поляризаторы 3 и 4 с электрооптическим элементом 5 из кристалла LiNbO₃, помещенным между ними, и первый активный элемент 6 из кристалла АИГ:Nd³⁺ с отражателем и импульсной лампой в квантроне, расположенном на перемещаемой платформе 7. Поляризованное в плоскости чертежа излучение лазера проходит через 90-градусный вращатель плоскости поляризации излучения 8, отражается от поворотного зеркала 9, пластины поляризатора 10 и направляется для усиления во второй активный элемент 11 из кристалла АИГ: Nd³⁺ с отражателем и импульсной лампой в квантроне, расположенном на перемещаемой платформе 7. Расстояние D между активными элементами определяется размерами квантронов.In fig. Figure 1 shows the optical design of the ML with a movable platform in the position for operation in the nanosecond mode. The laser resonator for generating nanosecond pulses, formed by highly reflective 1 and partially transparent 2 mirrors, contains two polarizer plates 3 and 4 with an electro-optical element 5 made of a LiNbO ₃ crystal placed between them, and the first active element 6 made of a YAG:Nd ³⁺ crystal with a reflector and a pulse lamp in the quantron located on a movable platform 7. The laser radiation, polarized in the drawing plane, passes through a 90-degree rotator of the radiation polarization plane 8, is reflected from the rotating mirror 9, the polarizer plate 10 and is directed for amplification into the second active element 11 of YAG crystal: Nd ³⁺ with a reflector and a flash lamp in a quantron located on a moving platform 7. The distance D between the active elements is determined by the dimensions of the quantrons.

На фиг. 2 представлена оптическая схема МЛ с перемещаемой платформой 7 в положении для работы в режиме субнаносекундной длительности, включающая в себя дополнительную оптическую схему. Моноимпульсы излучения субнаносекундной длительности задающего генератора 12 проходят через оптическую развязку на основе элемента Фарадея 14 и формируются в пучок нужного диаметра и расходимости с помощью корректирующей линзой 15. Далее с помощью поворотных высокоотражающих зеркал 16 и 17 излучение направляется в двухпроходовый усилитель кольцевого типа, состоящий из последовательно расположенных первой пластины-поляризатора 18, 90-градусного вращателя плоскости поляризации излучения 19, второго активного элемента 11, второй пластины-поляризатора 20, двух поворотных высокоотражающих зеркал 21 и 22 с телескопом Галилея 23 между ними. Поворотные зеркала 24 и 25 с расстоянием D между центрами апертуры зеркал поворачивают оптическую ось дополнительной схемы в однопроходовый усилитель, состоящий из первого активного элемента 6.In fig. Figure 2 shows the optical circuit of the ML with a movable platform 7 in the position for operation in the subnanosecond mode, which includes an additional optical circuit. Monopulses of subnanosecond radiation from the master oscillator 12 pass through an optical isolation based on a Faraday element 14 and are formed into a beam of the required diameter and divergence using a corrective lens 15. Then, using rotating highly reflective mirrors 16 and 17, the radiation is directed into a two-pass ring-type amplifier, consisting of sequentially located the first polarizer plate 18, a 90-degree rotator of the radiation polarization plane 19, the second active element 11, the second polarizer plate 20, two rotating highly reflective mirrors 21 and 22 with a Galileo telescope 23 between them. Rotating mirrors 24 and 25 with a distance D between the centers of the mirror aperture rotate the optical axis of the additional circuit into a single-pass amplifier consisting of the first active element 6.

Все оптико-механические узлы многофункционального лазера, включая узел перемещаемой платформы с квантронами 7 и задающий генератор моноимпульсов субнаносекундной длительности 12 с оптической развязкой 14, объединены конструктивно в одном корпусе, жестко зафиксированы на единой платформе и съюстированы между собой согласно представленной оптической схемы. Импульсы диодной накачки задающего генератора 12, электрические импульсы накачки ламп квантронов с активными элементами 6 и 11, а также управляющие импульсы электрооптического элемента 5 синхронизованы во времени для достижения максимального усиления излучения в квантронах при работе дополнительной оптической схемы в режиме субнаносекундной длительности.All optical-mechanical components of the multifunctional laser, including the moving platform assembly with quantrons 7 and the master oscillator of subnanosecond monopulses 12 with optical isolation 14, are structurally combined in one housing, rigidly fixed on a single platform and aligned with each other according to the presented optical design. The diode pumping pulses of the master oscillator 12, the electrical pumping pulses of the quantron lamps with active elements 6 and 11, as well as the control pulses of the electro-optical element 5 are synchronized in time to achieve maximum radiation amplification in the quantrons when the additional optical circuit operates in the subnanosecond mode.

Предлагаемый многофункциональный лазер работает в режиме генерации моноимпульсов излучения с длительностью в наносекундном диапазоне следующим образом. Перемещаемая платформа с квантронами 7 устанавливается в положение, соответствующее реализации варианта оптической схемы, представленного на фиг. 1. При синхронном разряде накопительных емкостей в источниках питания через импульсные лампы в активных элементах 6 и 11 создается инверсная населенность уровней. В момент достижения максимального значения инверсной населенности на электроды электрооптического элемента 5 подается импульс высоковольтного напряжения, что приводит к значительному повышению добротности резонатора, образованного зеркалами 1 и 2, и, как следствие, к генерации моноимпульса излучения с длиной волны λ₁=1064 нм и длительностью в наносекундном диапазоне. Выходное излучение лазера после зеркала 2, поляризованное в плоскости чертежа, проходит через 90-градусный вращатель плоскости поляризации излучения из оптически активного кварца 8 и становится линейно поляризованным в ортогональной плоскости. После полного отражения от зеркала 9 и пластины-поляризатора 10 излучение усиливается в однопроходовом усилителе на основе активного элемента 11.The proposed multifunctional laser operates in the mode of generating monopulses of radiation with a duration in the nanosecond range as follows. The movable platform with quantrons 7 is installed in a position corresponding to the implementation of the variant of the optical circuit shown in Fig. 1. When synchronously discharging storage capacitors in power supplies through flash lamps, an inverse population of levels is created in active elements 6 and 11. At the moment of reaching the maximum value of the inverted population, a high-voltage pulse is applied to the electrodes of the electro-optical element 5, which leads to a significant increase in the quality factor of the resonator formed by mirrors 1 and 2, and, as a consequence, to the generation of a monopulse of radiation with a wavelength λ ₁ = 1064 nm and duration in the nanosecond range. The output laser radiation after the mirror 2, polarized in the plane of the drawing, passes through a 90-degree rotator of the polarization plane of the radiation from optically active quartz 8 and becomes linearly polarized in the orthogonal plane. After complete reflection from the mirror 9 and the polarizer plate 10, the radiation is amplified in a single-pass amplifier based on the active element 11.

В режиме генерации моноимпульсов излучения с длительностью в субнаносекундном диапазоне предлагаемый многофункциональный лазер работает следующим образом. Перемещаемая платформа с квантронами 7 устанавливается в положение, соответствующее реализации варианта оптической схемы, представленного на фиг. 2. При этом активный элемент 11 используется в оптической схеме резонатора кольцевого типа, преобразуя его в двухпроходовый усилитель излучения задающего генератора субнаносекундных импульсов, а активный элемент 6 используется в качестве однопроходового усилителя излучения. После включения синхронизированных источников питания задающего генератора и импульсных ламп квантронов маломощное излучение моноимпульсов субнаносекундной длительности от задающего генератора 12, сформированное в пучок оптимального диаметра корректирующей линзой 15, направляется поворотными зеркалами 16 и 17 в двухпроходовый усилитель кольцевого типа на основе активного элемента 11, где многократно усиливается и далее направляется поворотными зеркалами 24 и 25 в однопроходовый усилитель на основе активного элемента 6.In the mode of generating monopulses of radiation with a duration in the subnanosecond range, the proposed multifunctional laser operates as follows. The movable platform with quantrons 7 is installed in a position corresponding to the implementation of the variant of the optical circuit shown in Fig. 2. In this case, the active element 11 is used in the optical circuit of a ring-type resonator, converting it into a two-pass radiation amplifier of the master oscillator of subnanosecond pulses, and the active element 6 is used as a single-pass radiation amplifier. After turning on the synchronized power supplies of the master oscillator and the pulse lamps of the quantrons, low-power radiation of monopulses of subnanosecond duration from the master oscillator 12, formed into a beam of optimal diameter by the correcting lens 15, is directed by rotating mirrors 16 and 17 into a two-pass ring-type amplifier based on the active element 11, where it is amplified many times over and is then directed by rotating mirrors 24 and 25 into a single-pass amplifier based on the active element 6.

При испытаниях предлагаемого многофункционального лазера были получены следующие выходные параметры на длине волны λ₁=1064 нм: в режиме генерации наносекундных моноимпульсов излучения - энергия в импульсе 800 мДж с длительностью 6 нс, в режиме генерации субнаносекундных импульсов - энергия в импульсе 400 мДж с длительностью 0,6 нс.When testing the proposed multifunctional laser, the following output parameters were obtained at a wavelength λ ₁ = 1064 nm: in the mode of generating nanosecond monopulses of radiation - the energy per pulse is 800 mJ with a duration of 6 ns, in the mode of generating subnanosecond pulses - the energy in a pulse is 400 mJ with a duration of 0 ,6 ns.

Технический результат - создание универсального многофункционального лазера, способного генерировать мощные моноимпульсы излучения с длительностями как в наносекундном, так и в субнаносекундном диапазоне со временем переключения из одного режима в другой в течение нескольких минут.The technical result is the creation of a universal multifunctional laser capable of generating powerful monopulses of radiation with durations in both the nanosecond and subnanosecond range with a switching time from one mode to another within several minutes.

Источники информацииInformation sources

[1] Алампиев М.В., Ляшенко А.И., «Импульсные лазеры на АИГ:Nd3⁺ с параметрическими генераторами света», Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации: Материалы 10-й Международной научно-технической конференции / Российское НТОРЭС им. А.С. Попова, Суздаль, Россия, 1-4 октября 2017.[1] Alampiev M.V., Lyashenko A.I., “Pulsed lasers based on YAG:Nd3 ⁺ with parametric light generators”, Acousto-optical and radar methods of measurement and information processing: Proceedings of the 10th International Scientific and Technical Conference / Russian NTORES them. A.S. Popova, Suzdal, Russia, October 1-4, 2017.

[2] Алампиев М.В., Ляшенко А.И., Володина Е.М. Многофункциональные лазерные системы на АИГ:Nd3⁺. Материалы 14-й Международной научно-технической конференции по акустооптическим и радиолокационным методам измерений и обработки информации, Астрахань, 5÷7 октября 2021 г., с. 53÷56. - DOI 10.25210/ armimp-2021-14. - EDN PIFSJX[2] Alampiev M.V., Lyashenko A.I., Volodina E.M. Multifunctional YAG:Nd3 ⁺ laser systems. Proceedings of the 14th International Scientific and Technical Conference on Acousto-Optical and Radar Methods of Measurement and Information Processing, Astrakhan, October 5÷7, 2021, p. 53÷56. - DOI 10.25210/armimp-2021-14. -EDN PIFSJX

[3] Шестаков А.В. и др. Патент RU 2397586С2. Опубликовано 20.08.2010. Импульсный твердотельный лазер.[3] Shestakov A.V. and others. Patent RU 2397586С2. Published 08/20/2010. Pulsed solid-state laser.

[4] А. Роумбас, Л. Мыслович. Новые перспективы удаления татуировок с помощью лазерных аппаратов Revlite™ и Picosure™. Пластическая хирургия и косметология, 2014(1) 1-160, с. 117-119.[4] A. Roombas, L. Myslovic. New prospects for tattoo removal using Revlite™ and Picosure™ laser devices. Plastic surgery and cosmetology, 2014(1) 1-160, p. 117-119.

[5] Многофункциональная модульная эстетическая платформа М22™. https://lumenis.com/ru/aesthetics/products/m22/[5] Multifunctional modular aesthetic platform M22™. https://lumenis.com/ru/aesthetics/products/m22/

[6] R. A. Sierra et. al. US Patent Application Publication 2023/011712299B2. Picosecond laser apparatus and methods for its operation and use.[6] R. A. Sierra et. al. US Patent Application Publication 2023/011712299B2. Picosecond laser apparatus and methods for its operation and use.

[7] J. D. Bhawalkar et. al. US Patent Application Publication 2017/009722392B2. Laser systems and related methods.[7] J. D. Bhawalkar et. al. US Patent Application Publication 2017/009722392B2. Laser systems and related methods.

[8] Picoway™. The Complete Picosecond Platform. https://candela-laser.ru/catalog/candela/picoway.html[8] Picoway™. The Complete Picosecond Platform. https://candela-laser.ru/catalog/candela/picoway.html

[9] QX MAX. The Highest-Performance Single-Pulse Q-Switch Laser. https://www.fotona.com/en/Products/2026/qx-max/[9] QX MAX. The Highest-Performance Single-Pulse Q-Switch Laser. https://www.fotona.com/en/Products/2026/qx-max/

[10] Spectra™ XT. A New Nd:YAG-based Multiplatform. https://www.lutronic-europe.com/products/[10] Spectra™ XT. A New Nd:YAG-based Multiplatform. https://www.lutronic-europe.com/products/

[11] Picoplus^R. Highest Power of Any Multi-Wavelength Picosecond Laser. https://www.lutronic-europe.com/products/[11] Picoplus ^R . Highest Power of Any Multi-Wavelength Picosecond Laser. https://www.lutronic-europe.com/products/

[12] Cosjet ATR. Q-Switched 1064&532nm Nd:YAG Laser. https://wtlaser-en.com/51[12] Cosjet ATR. Q-Switched 1064&532nm Nd:YAG Laser. https://wtlaser-en.com/51

[13] BiAxis QS (Nano)™. Multi-Purpose Laser for Aesthetic and Medical Application. https://www.hypertech-lasers.de/en/asthetische-laser/biaxis-qs/[13] BiAxis QS (Nano)™. Multi-Purpose Laser for Aesthetic and Medical Application. https://www.hypertech-lasers.de/en/asthetische-laser/biaxis-qs/

[14] BiAxis QS (Pico)™. The Implementation of the Cutting-Edge-Technology in laser skin treatment. https://www.hypertech-lasers.de/en/2019/01/01/ biaxis qs-pico/[14] BiAxis QS (Pico)™. The Implementation of the Cutting-Edge-Technology in laser skin treatment. https://www.hypertech-lasers.de/en/2019/01/01/biaxis qs-pico/

Claims

Multifunctional laser for generating pulses of nanosecond and subnanosecond duration, containing a resonator formed by blind and partially transparent mirrors, containing two polarizer plates with an electro-optical element between them and the first active element, a 90-degree rotator of the radiation polarization plane, a rotating mirror, a polarizer plate, a second active element, characterized in that the laser contains an additional optical circuit, including a master oscillator of subnanosecond pulses based on a composite crystal with optical isolation based on a Faraday element and a correction lens, a first pair of rotating mirrors, a two-pass ring-type amplifier consisting of a first plate arranged in series - a polarizer, a 90-degree rotator of the radiation polarization plane, a second polarizer plate, a second pair of rotating mirrors with a Galileo telescope between them, a third pair of rotating mirrors installed at a distance equal to the distance between the active elements, and directing the radiation of the master oscillator into the second active element , while the active elements are placed with geometric axes parallel to each other in quantrons installed on a single platform, capable of moving in a direction perpendicular to the geometric axes of the active elements, at a distance equal to the distance between the geometric axes of the active elements, using an additional electromechanical unit from one position to another, in which the first active element occupies the position of the second active element in the circuit of a single-pass amplifier, and the second active element occupies the position in the circuit of a two-pass ring-type amplifier.