RU2302064C2 - Solid-state laser for active medium pumping - Google Patents

Solid-state laser for active medium pumping Download PDF

Info

Publication number
RU2302064C2
RU2302064C2 RU2005108405/28A RU2005108405A RU2302064C2 RU 2302064 C2 RU2302064 C2 RU 2302064C2 RU 2005108405/28 A RU2005108405/28 A RU 2005108405/28A RU 2005108405 A RU2005108405 A RU 2005108405A RU 2302064 C2 RU2302064 C2 RU 2302064C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
active element
resonator
active
laser
factor
Prior art date
Application number
RU2005108405/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005108405A (en
Inventor
Юрий Александрович Чивель (BY)
Юрий Александрович Чивель
Original Assignee
Государственное Научное Учреждение "Институт Молекулярной И Атомной Физики Нан Беларуси"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное Научное Учреждение "Институт Молекулярной И Атомной Физики Нан Беларуси" filed Critical Государственное Научное Учреждение "Институт Молекулярной И Атомной Физики Нан Беларуси"
Priority to RU2005108405/28A priority Critical patent/RU2302064C2/en
Publication of RU2005108405A publication Critical patent/RU2005108405A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2302064C2 publication Critical patent/RU2302064C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Lasers (AREA)

Abstract

FIELD: laser physics; pumping liquid, gaseous, and solid active media.
SUBSTANCE: proposed laser has optically coupled active element, resonator, resonator Q-factor modulator, active element pumping device, and cooling system. Active element is made in the form of n hexagonal segments filling spherical layer, where n is even number. Pumping source in the form of laser diode array is disposed on external surface of active element. Passive Q-factor modulator of resonator is made in the form of film disposed on internal surface of active element. Resonator mirrors are applied to external surface of active element and to modulator external surface. Active element cooling liquid fills gap between active element and laser diode array. Resonator external mirror is transparent to laser diode radiation. Modulator is essentially active electrooptic Q-factor device built integral with active element. Radiation polarization planes of separate laser segments are perpendicular to meridian sections of sphere.
EFFECT: ability of producing actually spherical converging wave of laser pulse beam, enhanced uniformity, heterogeneity, and orthogonality of active-medium spherical flask pumping.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области лазерной физики и может быть использовано при накачке активных жидких, газовых и твердых сред.The invention relates to the field of laser physics and can be used for pumping active liquid, gas and solid media.

Известен твердотельный лазер [1], содержащий оптически связанные активный элемент, резонатор, модулятор добротности резонатора, расположенные на одной оптической оси, источник накачки активного элемента, систему фокусировки лазерного излучения в виде объективов и зеркал и систему охлаждения активного элемента.A solid-state laser [1] is known that contains an optically coupled active element, a resonator, a resonator Q-factor modulator located on the same optical axis, an active element pump source, a laser radiation focusing system in the form of lenses and mirrors, and an active element cooling system.

Недостатком этого лазера является невозможность получения высокой степени равномерности и однородности накачки активной среды.The disadvantage of this laser is the impossibility of obtaining a high degree of uniformity and uniformity of pumping of the active medium.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является твердотельный лазер [2], содержащий оптически связанные активный элемент, резонатор, модулятор добротности резонатора, расположенные на одной оптической оси, источник накачки активного элемента и систему охлаждения, систему фокусировки лазерного излучения в виде набора объективов и эллиптических зеркал. Модулятор добротности резонатора выполнен в виде отдельно стоящего блока и может быть пассивным или активным.The closest in technical essence to the claimed device is a solid-state laser [2], containing an optically coupled active element, a resonator, a Q-factor of the resonator located on one optical axis, a pump source of the active element and a cooling system, a laser radiation focusing system in the form of a set of lenses and elliptical mirrors. The resonator Q-switch is made in the form of a stand-alone unit and can be passive or active.

Недостатком этого лазера является невозможность получения высокой степени равномерности, однородности и ортогональности накачки активного рабочего тела в сферической кювете.The disadvantage of this laser is the impossibility of obtaining a high degree of uniformity, uniformity and orthogonality of the pumping of the active working fluid in a spherical cell.

Задачей заявляемого устройства является получение практически сферической сходящейся волны импульсного лазерного излучения и тем самым обеспечение высокой степени равномерности, однородности и ортогональности накачки сферической кюветы с активной средой.The objective of the claimed device is to obtain a practically spherical converging wave of pulsed laser radiation and thereby ensure a high degree of uniformity, uniformity and orthogonality of pumping a spherical cell with an active medium.

Для решения поставленной задачи предлагается твердотельный лазер, содержащий оптически связанные активный элемент, резонатор, модулятор добротности резонатора, источник накачки активного элемента и систему охлаждения.To solve this problem, a solid-state laser is proposed that contains an optically coupled active element, a resonator, a cavity Q-factor modulator, an active element pump source, and a cooling system.

Новым, по мнению автора, является то, что модулятор добротности резонатора представляет собой пассивный модулятор добротности и выполнен в виде пленки, нанесенной на внутреннюю поверхности активного элемента, или представляет собой активный модулятор добротности и выполнен в виде единого блока с активным элементом, при этом плоскости поляризации излучения отдельных лазерных сегментов перпендикулярны меридиональным сечениям сферы; зеркала резонатора нанесены на внешнюю поверхность активного элемента и внешнюю поверхность модулятора, а охлаждающая активный элемент жидкость размещена в зазоре между активным элементом и матрицей лазерных диодов, при этом внешнее зеркало резонатора прозрачно для излучения лазерных диодов.According to the author, the new is that the resonator Q-factor is a passive Q-factor and is made in the form of a film deposited on the inner surface of the active element, or is an active Q-factor and is made in the form of a single unit with an active element, in this plane the polarization of the radiation of individual laser segments is perpendicular to the meridional sections of the sphere; resonator mirrors are deposited on the outer surface of the active element and the outer surface of the modulator, and the liquid cooling the active element is located in the gap between the active element and the matrix of laser diodes, while the external mirror of the resonator is transparent to the radiation of laser diodes.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлено предлагаемое устройство (фиг.1), (фиг.2), а также фиг.3, на которой представлен отдельный лазерный блок.The invention is illustrated by drawings, which represent the proposed device (figure 1), (figure 2), and also figure 3, which presents a separate laser unit.

Твердотельный лазер содержит активный элемент 1 в виде сферического слоя из сборки шестигранных сегментов (фиг.1). Каждый сегмент имеет блочную конструкцию, объединяющую активный элемент 1, модулятор добротности 4, ограниченные зеркалами резонатора 5, 6 (короткий резонатор), матрицу лазерных диодов 2 и систему охлаждения 3. Внешние зеркала 5 сегментов образуют внешний концентрический резонатор.The solid state laser contains the active element 1 in the form of a spherical layer from an assembly of hexagonal segments (Fig. 1). Each segment has a block design that combines the active element 1, the Q-factor 4, limited by the mirrors of the resonator 5, 6 (short resonator), the matrix of laser diodes 2, and the cooling system 3. External mirrors of 5 segments form an external concentric resonator.

На внешней поверхности сферического слоя (фиг.1) расположена матрица лазерных диодов накачки 2. Их разделяет система охлаждения 3 в виде щелевого зазора, в котором прокачивается охлаждающая активный элемент жидкость. На внутренней поверхности сферического слоя располагается пассивный модулятор добротности резонатора 4. Диэлектрические зеркала резонатора наносятся на внешнюю 5 (100% отражение на длине волны лазерного излучения и 100% пропускание излучения накачки) и внутреннюю 6 (~10-20% отражение на длине волны лазерного излучения) поверхности сферического слоя. Внешнее зеркало резонатора образует концентрический сферический резонатор. Толщина активного элемента зависит от коэффициента поглощения излучения накачки и для активного элемента из Nd-SiO2 и излученния накачки с λ=0,8 мкм составит ~20 мм.On the outer surface of the spherical layer (Fig. 1) there is a matrix of laser pump diodes 2. They are separated by a cooling system 3 in the form of a gap gap in which a liquid cooling an active element is pumped. A passive cavity Q-factor modulator 4 is located on the inner surface of the spherical layer. The dielectric mirrors of the resonator are applied to the outer 5 (100% reflection at the wavelength of the laser radiation and 100% transmittance of the pump radiation) and the inner 6 (~ 10-20% reflection at the wavelength of the laser radiation ) the surface of the spherical layer. The external mirror of the resonator forms a concentric spherical resonator. The thickness of the active element depends on the absorption coefficient of the pump radiation, and for an active element of Nd-SiO 2 and pump radiation with λ = 0.8 μm it will be ~ 20 mm.

Лазер работает следующим образом. Импульс излучения диодов 2 накачки длительностью ~200 мкс создает инверсную населенность в объеме активного элемента 1. На линейном этапе развития генерации, в течение которого мощность излучения в концентрическом резонаторе лазера медленно нарастает, начиная со спонтанного шума, происходит формирование пространственной и спектральной структуры излучения. Из пространственных мод наиболее высокую добротность имеет мода с перетяжкой в центре сферы, которая и сформируется на этом этапе. При достижении уровня насыщения среды пассивного модулятора 4 происходит высвечивание запасенной в активном элементе энергии. Так как добротность резонатора, образованного зеркалами 5 и 6, значительно выше, чем в резонаторе, образованном внешними зеркалами, из-за больших потерь в накачиваемой активной среде 7, то генерация развивается в коротком резонаторе, образованном этими зеркалами, и ее длительность составит единицы наносекунд.The laser operates as follows. The radiation pulse of pump diodes 2 with a duration of ~ 200 μs creates an inverse population in the volume of active element 1. At the linear stage of development of generation, during which the radiation power in the concentric laser cavity slowly increases, starting with spontaneous noise, the spatial and spectral structure of the radiation is formed. Of the spatial modes, the highest figure of merit is the mode with a constriction in the center of the sphere, which will be formed at this stage. Upon reaching the saturation level of the medium of the passive modulator 4, the energy stored in the active element is highlighted. Since the quality factor of the resonator formed by mirrors 5 and 6 is much higher than in the cavity formed by external mirrors due to large losses in the pumped active medium 7, lasing develops in a short cavity formed by these mirrors, and its duration will be several nanoseconds .

При активной модуляции добротности с помощью электрооптического активного модулятора добротности 4 (фиг.3) импульс управления затвора имеет ступенчатую форму, что обеспечит сходный характер развития генерации, но управляемый и более эффективный.With the active Q-switching with the help of the electro-optical active Q-switching modulator 4 (Fig. 3), the gate control pulse has a stepped shape, which will provide a similar character of the development of generation, but controlled and more efficient.

Размер области перетяжки концентрического резонатора в центре сферы согласно [3] в рамках геометрической оптики стремится к нулю. Согласно принципу неопределенности Гейзенберга неопределенность в положении фотона и неопределенность его импульса связаны неравенством ΔpΔx>h.According to [3], the size of the waist region of the concentric resonator in the center of the sphere tends to zero within the framework of geometric optics. According to the Heisenberg uncertainty principle, the uncertainty in the position of the photon and the uncertainty of its momentum are related by the inequality ΔpΔx> h.

В сфере Δр=2h/λ и размеры области фокусировки Δх>λ/2.In the sphere Δp = 2h / λ and the size of the focusing area Δx> λ / 2.

Распределение интенсивности лазерного излучения в активной среде сферической ячейки будет иметь вид q=(q0/r2)[exp-μ(R-r)+exp-μ(R+r)], где μ - коэффициент поглощения активной среды. Так как активная среда в сферической ячейке имеет высокий коэффициент поглощения на длине волны генерации твердотельного лазера, то интерференция сходящейся и расходящейся от центра волн излучения будет существенна только вблизи центра сферы, а вне центральной области распределение интенсивности накачки будет достаточно равномерным.The intensity distribution of laser radiation in the active medium of a spherical cell will have the form q = (q 0 / r 2 ) [exp-μ (Rr) + exp-μ (R + r)], where μ is the absorption coefficient of the active medium. Since the active medium in the spherical cell has a high absorption coefficient at the wavelength of the solid-state laser, the interference of the converging and diverging radiation from the center of the wave will be significant only near the center of the sphere, and outside the central region the distribution of the pump intensity will be fairly uniform.

При сфазированной генерации n лазерных источников, из которых составлена сфера, происходит когерентное сложение полей от отдельных модулей и дополнительное увеличение плотности мощности в n раз [4]. Фазовая синхронизация достигается за счет сильной дифракционной связи между лазерными сегментами.With the phased generation of n laser sources that make up the sphere, there is a coherent addition of fields from individual modules and an additional increase in power density by a factor of n [4]. Phase synchronization is achieved due to the strong diffraction coupling between the laser segments.

Таким образом, заявляемый твердотельный лазер обеспечивает получение практически сферической сходящейся волны импульсного лазерного излучения и тем самым равномерное освечивание сферической кюветы с активной средой, размещенной в центре сферической поверхности, причем достаточно равномерное распределение интенсивности накачки будет и по радиусу ячейки.Thus, the inventive solid-state laser provides an almost spherical converging wave of pulsed laser radiation and thereby uniform coverage of a spherical cell with an active medium located in the center of the spherical surface, and a fairly uniform distribution of the pump intensity will also be along the cell radius.

Источники информацииInformation sources

1. Thomas C.E. // Appl. Opt. 1975. V.14. P.1267-1272.21. Thomas C.E. // Appl. Opt. 1975.V.14. P.1267-1272.2

2. Glass A.J. Патент США №4017163 от 12.04.1977.2. Glass A.J. US patent No. 4017163 from 04/12/1977.

3. Н.Kogelnik, T.Li // Appl. Opt. 1966.V.5. P.1550-1567.3. N. Kogelnik, T. Li // Appl. Opt. 1966.V.5. P.1550-1567.

4. Hal.E.Hagermeier, S.R.Robinson // Appl. Opt. 1979. V.18. P.270-279.4. Hal.E. Hagermeier, S. R. Robinson // Appl. Opt. 1979.V.18. P.270-279.

Claims (1)

Твердотельный лазер для накачки активной среды, содержащий оптически связанные активный элемент, резонатор, модулятор добротности резонатора, источник накачки активного элемента и систему охлаждения активного элемента, отличающийся тем, что активный элемент выполнен в виде n шестиугольных сегментов, заполняющих сферический слой, причем n - четное число, источник накачки в виде матрицы лазерных диодов размещен по внешней поверхности активного элемента, модулятор добротности резонатора представляет собой пассивный модулятор добротности и выполнен в виде пленки, нанесенной на внутреннюю поверхность активного элемента, или представляет собой активный модулятор добротности и выполнен в виде единого блока с активным элементом, при этом плоскости поляризации излучения отдельных лазерных сегментов перпендикулярны меридиональным сечениям сферы; зеркала резонатора нанесены на внешнюю поверхность активного элемента и внешнюю поверхность модулятора, а охлаждающая активный элемент жидкость размещена в зазоре между активным элементом и матрицей лазерных диодов, при этом внешнее зеркало резонатора прозрачно для излучения лазерных диодов.A solid-state laser for pumping an active medium, containing an optically coupled active element, a resonator, a Q-factor of the resonator, a pump source of the active element and a cooling system for the active element, characterized in that the active element is made up of n hexagonal segments filling the spherical layer, and n is even a number, a pump source in the form of a matrix of laser diodes is placed on the outer surface of the active element, the resonator Q factor is a passive Q factor and it is made in the form of a film deposited on the inner surface of the active element, or is an active Q-switch and made in the form of a single unit with the active element, while the plane of polarization of the radiation of individual laser segments is perpendicular to the meridional sections of the sphere; resonator mirrors are deposited on the outer surface of the active element and the outer surface of the modulator, and the liquid cooling the active element is located in the gap between the active element and the matrix of laser diodes, while the external mirror of the resonator is transparent to the radiation of laser diodes.
RU2005108405/28A 2005-03-24 2005-03-24 Solid-state laser for active medium pumping RU2302064C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005108405/28A RU2302064C2 (en) 2005-03-24 2005-03-24 Solid-state laser for active medium pumping

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005108405/28A RU2302064C2 (en) 2005-03-24 2005-03-24 Solid-state laser for active medium pumping

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005108405A RU2005108405A (en) 2006-09-10
RU2302064C2 true RU2302064C2 (en) 2007-06-27

Family

ID=37112345

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005108405/28A RU2302064C2 (en) 2005-03-24 2005-03-24 Solid-state laser for active medium pumping

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2302064C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012025836A2 (en) * 2010-07-19 2012-03-01 Chivel Yuri Aleksandrovich Method and device for obtaining an optical discharge in a gas
RU2498467C2 (en) * 2011-10-14 2013-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" Diode pumped optical amplifier head

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012025836A2 (en) * 2010-07-19 2012-03-01 Chivel Yuri Aleksandrovich Method and device for obtaining an optical discharge in a gas
WO2012025836A3 (en) * 2010-07-19 2012-06-07 Chivel Yuri Aleksandrovich Method and device for obtaining an optical discharge in a gas
RU2548372C2 (en) * 2010-07-19 2015-04-20 Юрий Александрович Чивель Method of obtaining of optical discharge in gas and device for its implementation
RU2498467C2 (en) * 2011-10-14 2013-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" Diode pumped optical amplifier head

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005108405A (en) 2006-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kopp et al. Large coherence area thin-film photonic stop-band lasers
Chilla et al. Recent advances in optically pumped semiconductor lasers
KR100375850B1 (en) High power laser devices
Hermes et al. High‐efficiency pyrromethene doped solid‐state dye lasers
CN103872576B (en) The closely homocentric stable cavity gas Raman laser instrument of one kind
US20080187010A1 (en) Laser Device Triggered by a Photonic Fibre
JPH08236839A (en) Cavity for solid micro laser having optimized efficiency andmicro laser using it
RU2302064C2 (en) Solid-state laser for active medium pumping
AU609050B2 (en) Frequency shifted laser transmitter
CN110797747B (en) Laser transmitter based on all-dielectric super surface and parameter determination method
RU2593819C1 (en) Infrared solid-state laser
EP0199793A1 (en) Single mirror integral raman laser.
Burdukova et al. Ring structures in radiation at the output of solid-state and dye lasers with an intra-cavity diffuser
RU2231879C1 (en) Multiway amplifier of laser radiation
CN208368939U (en) A kind of high power single longitudinal mode mixes holmium solid state laser
RU2302065C2 (en) Solid-state laser for pumping active medium
CN102185237A (en) High-power and 1,319 nm single-wavelength continuous laser device
Kushnir et al. Influence of the resonator geometry on the output power of a laser with several active elements
Stysley et al. Highly efficient dual head 100 mJ TEM00 Nd: YAG Oscillator
Lei et al. High-power CW 1048 nm Yb: YAG Dual-Ended Diode-pumped zigzag slab Laser
RU2144722C1 (en) Laser system and double-pulse laser
RU2346367C2 (en) Solid-state single-pulse laser and two-wave laser beam generator
Klimek et al. Nd: YAG ceramic ThinZag® high-power laser development
Burdukova et al. Beam profiles and radiation coherence at the output of solid-state and dye lasers with an intra-cavity immersion diffuser
Goldberg et al. Passively Q-switched Tm: YLF laser generating 15 mJ, 500 kW peak power pulses

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100325