RU2346367C2

RU2346367C2 - Solid-state single-pulse laser and two-wave laser beam generator

Info

Publication number: RU2346367C2
Application number: RU2006137981/28A
Authority: RU
Inventors: В чеслав Антонович Бученков (RU); Вячеслав Антонович Бученков; Владимир Вениаминович Любимов (RU); Владимир Вениаминович Любимов; Георгий Егорович Новиков (RU); Георгий Егорович Новиков; Андрей Юрьевич Родионов (RU); Андрей Юрьевич Родионов; Владимир Иванович Устюгов (RU); Владимир Иванович Устюгов
Original assignee: ЗАО "Лазеры и оптические системы"
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2006-10-18
Publication date: 2009-02-10
Also published as: RU2006137981A

Abstract

FIELD: physics; optics.

SUBSTANCE: invention relates to laser technology and may be used in optical detection and ranging, range finding, optical atmosphere probing. Laser comprises an unstable telescopic optical resonator, which incorporates an exit mirror, cylinder-shaped active element, a pumping system for side output of pumping light to the active element and a modulator located inside the optical resonator. Nonfocusing optical homogenuously pumping system is used, which provides for actually uniform pumping intensity distribution along the active element cross-section. Solid-state single-pulse laser implemented according to the invention is used as optical oscillator of two-wave laser beam generator.

EFFECT: reduced nonuniformity of distribution of laser power density along the beam cross-section, increased power output, simplified pumping system design, reduced laser dimensions, low radiation divergence.

18 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано, в частности, в оптической локации, дальнометрии, оптическом зондировании атмосферы.The invention relates to the field of laser technology and can be used, in particular, in optical location, ranging, optical sensing of the atmosphere.

Двухволновые лазерные генераторы используются в оптических устройствах, обеспечивающих возможность работы по выбору на одной из двух длин волн поочередно. Такие генераторы целесообразно конструировать так, чтобы генерируемые ими пучки излучения обеих длин волн совпадали по поляризации, направлению, диаметру и угловой расходимости, поскольку это позволяет использовать единый оптический тракт для дальнейшей обработки пучков излучения обеих длин волн.Two-wave laser generators are used in optical devices that provide the ability to work selectively at one of two wavelengths in turn. It is advisable to design such generators so that the radiation beams of both wavelengths generated by them coincide in polarization, direction, diameter, and angular divergence, since this allows the use of a single optical path for further processing of radiation beams of both wavelengths.

Известны двухволновые лазерные генераторы, включающие задающий оптический генератор для генерирования оптического излучения с первой длиной волны, средства оптической коммутации, имеющие оптический вход, соединенный с выходом задающего оптического генератора, первый выход, соединенный с выходом двухволнового лазерного генератора, второй выход, и вход управления для управления средствами оптической коммутации так, чтобы по выбору соединять оптический вход с первым или вторым выходом, и параметрический генератор света (ПГС) для преобразования оптического излучения с первой длиной волны в оптическое излучение со второй длиной волны, при этом вход ПГС соединен со вторым выходом средств оптической коммутации, а выход соединен с выходом двухволнового лазерного генератора (см., например, патент США №6785040).Known two-wave laser generators, including a master optical generator for generating optical radiation with a first wavelength, optical switching means having an optical input connected to the output of the master optical generator, a first output connected to the output of a two-wave laser generator, a second output, and a control input for control means of optical switching so as to optionally connect the optical input to the first or second output, and a parametric light generator (ASG) for conversion the generation of optical radiation with a first wavelength into optical radiation with a second wavelength, wherein the ASG input is connected to the second output of the optical switching means, and the output is connected to the output of a two-wave laser generator (see, for example, US Pat. No. 6,750,040).

Одним из основных требований к пучкам лазерного излучения, формируемым задающими лазерными генераторами в таких устройствах, является минимальная расходимость излучения с первой длиной волны, определяющая дальность действия и разрешающую способность лазерных устройств, а также существенно влияющая на эффективность преобразования оптического излучения в параметрическом генераторе света. Другим важным требованием является равномерное распределение плотности мощности излучения по сечению лазерного пучка, позволяющее выровнять нагрузку на оптические элементы устройства и в результате увеличить его выходную мощность и срок службы.One of the main requirements for laser beams generated by master laser oscillators in such devices is the minimum divergence of radiation with the first wavelength, which determines the range and resolution of laser devices, and also significantly affects the conversion efficiency of optical radiation in a parametric light generator. Another important requirement is the uniform distribution of the radiation power density over the laser beam cross section, which makes it possible to equalize the load on the optical elements of the device and, as a result, increase its output power and service life.

В лазерах с оптическими резонаторами, образованными плоскопараллельными зеркалами, однородность распределения плотности мощности по сечению выходного пучка может быть достигнута путем однородной накачки активного элемента лазера. Под однородной накачкой понимается подача мощности накачки так, чтобы в результате обеспечить, по существу, равномерное распределение коэффициента усиления активного элемента по его поперечному сечению. Однородная оптическая накачка может быть достаточно просто обеспечена посредством одностороннего бокового освещения активного элемента лазерными диодными линейками (см., например, патент США №5572541) без использования промежуточной фокусирующей оптики. Такие лазерные устройства с односторонней боковой накачкой активного элемента лазерными диодными линейками имеют достаточно компактную конструкцию. Кроме того, одностороннее размещение средств накачки относительно активного элемента позволяет обеспечить эффективный отвод тепла благодаря возможности установки средств теплоотвода по всей периферии активного элемента, не занятой средствами накачки. Возможность обеспечения хорошего теплоотвода, в свою очередь, способствует увеличению максимальной выходной мощности лазера и позволяет выровнять распределение плотности выходной мощности по сечению активного элемента благодаря осесимметричному характеру термооптической линзы в активном элементе при равномерном охлаждении.In lasers with optical resonators formed by plane-parallel mirrors, a uniform distribution of the power density over the output beam cross section can be achieved by uniformly pumping the active element of the laser. By homogeneous pumping is meant the supply of pumping power so as to result in a substantially uniform distribution of the gain of the active element over its cross section. Uniform optical pumping can be quite simply achieved by means of one-sided side illumination of the active element by laser diode arrays (see, for example, US Pat. No. 5,572,541) without the use of intermediate focusing optics. Such laser devices with one-sided lateral pumping of the active element by laser diode arrays have a fairly compact design. In addition, the one-sided placement of the pumping means relative to the active element allows for efficient heat removal due to the possibility of installing heat removal means over the entire periphery of the active element not occupied by the pumping means. The possibility of providing good heat dissipation, in turn, helps to increase the maximum output power of the laser and allows you to even out the distribution of the density of the output power over the cross section of the active element due to the axisymmetric nature of the thermo-optical lens in the active element with uniform cooling.

Однако существенным недостатком лазера с плоскопараллельным оптическим резонатором является крайне высокая чувствительность к качеству изготовления активного элемента и элементов резонатора. Малейшие неоднородности активного элемента и резонатора приводят к деформации мод, и в результате в распределении мощности по сечению образуются «горячие» точки с повышенной плотностью мощности, на которых при высокой выходной мощности происходит разрушение элементов лазера. Кроме того, лазеры с оптическими резонаторами, образованными плоскими зеркалами, не позволяют обеспечить достаточно малой расходимости излучения, близкой к дифракционному пределу.However, a significant drawback of a laser with a plane-parallel optical resonator is the extremely high sensitivity to the manufacturing quality of the active element and resonator elements. The slightest inhomogeneities of the active element and the resonator lead to mode deformation, and as a result, “hot” spots with an increased power density are formed in the power distribution over the cross section, at which laser elements are destroyed at high output power. In addition, lasers with optical resonators formed by plane mirrors do not make it possible to ensure a sufficiently small divergence of radiation close to the diffraction limit.

Менее чувствительны к неоднородностям лазеры с неустойчивыми резонаторами, в частности с неустойчивым телескопическим резонатором. В таком лазере генерируемый пучок лазерного излучения, расширяясь при каждом проходе через резонатор, выходит из резонатора около края выходного зеркала резонатора. Вследствие уменьшения чувствительности к качеству изготовления использование неустойчивого резонатора позволяет улучшить направленность излучения лазера (уменьшить его расходимость) по сравнению с плоскопараллельным резонатором.Lasers with unstable resonators, in particular with an unstable telescopic resonator, are less sensitive to inhomogeneities. In such a laser, the generated laser beam, expanding with each pass through the resonator, leaves the resonator near the edge of the output mirror of the resonator. Due to a decrease in sensitivity to workmanship, the use of an unstable resonator can improve the directivity of laser radiation (reduce its divergence) compared to a plane-parallel resonator.

Недостатком такого лазера с неустойчивым телескопическим резонатором является неравномерное распределение интенсивности выходного излучения по сечению пучка, которое имеет вид бублика с провалом в центре до нуля, обусловленным тенью от выходного зеркала резонатора. Кроме того, спад толщины интерференционного покрытия выходного зеркала на его краю приводит к тому, что этот участок зеркала действует как кольцевая линза, фокусирующая излучение лазера на различных элементах конструкции и выходной оптической системы, что может приводить к их повреждению.The disadvantage of such a laser with an unstable telescopic resonator is the uneven distribution of the intensity of the output radiation over the beam cross section, which has the form of a donut with a dip in the center to zero due to the shadow from the output mirror of the resonator. In addition, a decrease in the thickness of the interference coating of the output mirror at its edge leads to the fact that this section of the mirror acts as an annular lens focusing the laser radiation on various structural elements and the output optical system, which can lead to damage.

Для преодоления этих недостатков в качестве выходного зеркала телескопического резонатора часто используют полупрозрачное зеркало, коэффициент отражения которого уменьшается в направлении от центра к краю, с максимальным коэффициентом отражения в центре меньше 100%. Обычно используют выходное зеркало с гауссовым распределением, коэффициент отражения R(r) которого задается какTo overcome these shortcomings, a translucent mirror is often used as the output mirror of the telescopic resonator, the reflection coefficient of which decreases in the direction from the center to the edge, with a maximum reflection coefficient in the center of less than 100%. Usually use an output mirror with a Gaussian distribution, the reflection coefficient R (r) of which is specified as

где R_M - коэффициент отражения в максимуме (в центре зеркала), r - расстояние от центра зеркала, r₀ - постоянный коэффициент. Использование в телескопическом резонаторе гауссова выходного зеркала позволяет устранить глубокий провал в центре кривой распределения плотности мощности выходного пучка, а также предотвращает возможность повреждения элементов лазера излучением, фокусируемым краевой кольцевой линзой. Расходимость излучения, обеспечиваемая в лазере с неустойчивым телескопическим резонатором и гауссовым выходным зеркалом, может быть близка к дифракционному пределу.where R _M is the reflection coefficient at the maximum (in the center of the mirror), r is the distance from the center of the mirror, r ₀ is a constant coefficient. The use of a Gaussian output mirror in the telescopic resonator eliminates a deep dip in the center of the power density distribution curve of the output beam, and also prevents the possibility of damage to laser elements by radiation focused by an edge ring lens. The radiation divergence provided in a laser with an unstable telescopic resonator and a Gaussian output mirror can be close to the diffraction limit.

В работе "L.R.Marshall, A.Kaz, О.Aytur. Multimode Pumping of Optical Parametric Oscillators, IEEE Journal of Quantum Electronics, v.32, No.2, 1996" описан твердотельный моноимпульсный лазер, содержащийL.R. Marshall, A.Kaz, O. Aytur. Multimode Pumping of Optical Parametric Oscillators, IEEE Journal of Quantum Electronics, v.32, No.2, 1996, describes a solid-state monopulse laser containing

неустойчивый телескопический оптический резонатор, включающий выходное зеркало, коэффициент отражения которого уменьшается в направлении от центра к краю,unstable telescopic optical resonator including an output mirror, the reflection coefficient of which decreases in the direction from the center to the edge,

активный элемент цилиндрической формы, помещенный в указанный оптический резонатор,an active element of a cylindrical shape placed in the specified optical resonator,

генератор накачки для боковой подачи оптического излучения накачки на активный элемент иa pump generator for laterally supplying optical pump radiation to the active element and

модулятор, помещенный в оптический резонатор для управляемого формирования импульсов лазерного излучения путем модуляции добротности оптического резонатора.a modulator placed in an optical resonator for controlled formation of laser radiation pulses by modulating the quality factor of the optical resonator.

Выходное зеркало неустойчивого телескопического резонатора в вышеописанном устройстве имеет гауссово распределение коэффициента отражения. Система накачки этого лазера выполнена так, чтобы обеспечить осесимметричное распределение коэффициента усиления по сечению активного элемента в виде гауссовой кривой с максимумом в центре активного элемента. Использование гауссова выходного зеркала с максимумом коэффициента отражения в центре (на оси резонатора) и гауссова распределения излучения накачки также с максимумом в центре позволяет сформировать выходной пучок с относительно равномерным распределением мощности по сечению пучка.The output mirror of the unstable telescopic resonator in the above device has a Gaussian distribution of the reflection coefficient. The pump system of this laser is designed to provide an axisymmetric distribution of the gain over the cross section of the active element in the form of a Gaussian curve with a maximum in the center of the active element. Using a Gaussian output mirror with a maximum reflection coefficient in the center (on the axis of the resonator) and a Gaussian distribution of pump radiation with a maximum in the center also makes it possible to form an output beam with a relatively uniform distribution of power over the beam cross section.

Однако система оптической накачки, необходимая для создания в активном элементе гауссова распределения коэффициента усиления с максимумом в центре, является весьма громоздкой, поскольку должна обеспечивать освещение активного элемента одновременно со всех сторон для фокусировки излучения накачки в окрестности оси активного элемента. В известном устройстве в качестве системы накачки используется множество лазерных диодных линеек, расположенных осесимметрично по всей периферии активного элемента. Помимо того, что это увеличивает габариты устройства, необходимость размещения средств накачки по всей периферии активного элемента затрудняет отвод тепла от активного элемента, что ограничивает мощность лазера и вместе с тем не позволяет выровнять распределение плотности выходной мощности по сечению активного элемента вследствие его недостаточно равномерного охлаждения.However, the optical pumping system necessary to create a Gaussian distribution of the gain with a maximum in the center of the active element is very cumbersome, since it must provide illumination of the active element at the same time from all sides to focus the pump radiation in the vicinity of the axis of the active element. In the known device as a pump system uses a lot of laser diode arrays, located axisymmetrically around the entire periphery of the active element. In addition to increasing the dimensions of the device, the need to place pumping means around the periphery of the active element makes it difficult to remove heat from the active element, which limits the laser power and, at the same time, does not even out the distribution of the output power density over the cross section of the active element due to its insufficiently uniform cooling.

Целью изобретения является создание твердотельного моноимпульсного лазера с неустойчивым телескопическим резонатором, в котором уменьшена неоднородность распределения плотности мощности по сечению выходящего лазерного пучка и повышена выходная мощность путем улучшения теплоотвода от активного элемента, при одновременном упрощении конструкции системы накачки и уменьшении габаритов лазера, а также создание двухволнового лазерного генератора с одинаковой и достаточно низкой расходимостью излучения на обеих генерируемых длинах волн на базе предложенного твердотельного моноимпульсного лазера.The aim of the invention is the creation of a solid-state monopulse laser with an unstable telescopic cavity, in which the heterogeneity of the power density distribution over the cross section of the output laser beam is reduced and the output power is increased by improving the heat removal from the active element, while simplifying the design of the pump system and reducing the dimensions of the laser, as well as creating a two-wave laser generator with the same and sufficiently low divergence of radiation at both generated lengths in n on the basis of the proposed solid-state laser monopulse.

Поставленная цель достигается тем, что в твердотельном моноимпульсном лазере, содержащемThis goal is achieved by the fact that in a solid-state monopulse laser containing

систему накачки для боковой подачи оптического излучения накачки на активный элемент иa pump system for laterally supplying optical pump radiation to the active element and

модулятор, помещенный в оптический резонатор для управляемого формирования импульсов лазерного излучения путем модуляции добротности оптического резонатора,a modulator placed in an optical resonator for controlled formation of laser radiation pulses by modulating the quality factor of the optical resonator,

согласно изобретению система накачки выполнена в виде нефокусирующей системы однородной оптической накачки для создания, по существу, однородного распределения интенсивности накачки по поперечному сечению активного элемента, при этом параметры активного элемента и оптического резонатора удовлетворяют следующим соотношениям:according to the invention, the pump system is made in the form of a non-focusing system of uniform optical pumping to create a substantially uniform distribution of the pump intensity over the cross section of the active element, while the parameters of the active element and the optical resonator satisfy the following relationships:

где R_m - коэффициент отражения выходного зеркала в максимуме,where R _m is the reflection coefficient of the output mirror at the maximum,

χ - коэффициент усиления активного элемента (без учета собственных потерь активного элемента),χ is the gain of the active element (excluding the intrinsic losses of the active element),

ρ - суммарные потери в оптическом резонаторе (включающие потери во всех элементах самого оптического резонатора, т.е. в образующих его зеркалах, и потери на двойной проход во всех элементах, помещенных внутрь этого резонатора, включая собственные потери активного элемента), отнесенные к удвоенной длине активного элемента, см^-1,ρ - total losses in the optical cavity (including losses in all elements of the optical cavity itself, i.e., in the mirrors forming it, and losses on the double pass in all elements placed inside this cavity, including the intrinsic losses of the active element), referred to as doubled the length of the active element, cm ^-1 ,

d - ширина распределения коэффициента отражения выходного зеркала по уровню 0,5 от максимального значения,d is the width of the distribution of the reflection coefficient of the output mirror at a level of 0.5 from the maximum value,

D - диаметр активного элемента,D is the diameter of the active element,

l - длина активного элемента, см,l is the length of the active element, cm

М - увеличение телескопического резонатора.M is the increase in the telescopic resonator.

До настоящего времени специалисты в данной области техники считали очевидным, что для достижения равномерного распределения плотности мощности по сечению выходящего лазерного пучка в лазерных генераторах с неустойчивым телескопическим резонатором и гауссовым выходным зеркалом в активном элементе лазера обязательно должно быть создано распределение коэффициента усиления с максимумом в центре активного элемента. Авторы изобретения в результате анализа процесса съема запасенной в активном элементе энергии во время развития моноимпульса установили, что в таком лазере, если он работает в моноимпульсном режиме, использование нефокусированной однородной накачки активного элемента, при которой в центре его поперечного сечения отсутствует выраженный максимум коэффициента усиления, также дает возможность обеспечить равномерное распределение мощности по сечению выходящего лазерного пучка, если выполнены вышеуказанные условия (1)-(3). Возможность получения равномерного распределения мощности обусловлена нелинейным процессом изменения основной моды в течении моноимпульса, определяемым съемом инверсной населенности при возбуждении этой моды. В начальный период нарастания моноимпульса, когда съем инверсной населенности несущественен, распределение плотности генерируемой мощности в резонаторе имеет максимум на оси активного элемента, совпадающей с осью резонатора. На этом этапе съем инверсной населенности происходит преимущественно вблизи оси резонатора, что приводит к снижению усиления вблизи оси резонатора и замедлению нарастания пика импульса. В то же время на периферии активного элемента, где плотность мощности значительно ниже, съем инверсной населенности существенно запаздывает и усиление практически сохраняется, что приводит к выравниванию усредненной во времени плотности мощности по сечению лазерного пучка.Until now, experts in the art considered it obvious that in order to achieve a uniform distribution of the power density over the cross section of the output laser beam in laser generators with an unstable telescopic resonator and a Gaussian output mirror in the active element of the laser, a gain distribution with a maximum in the center of the active item. The authors of the invention, as a result of the analysis of the process of removing the energy stored in the active element during the development of a monopulse, found that in such a laser, if it operates in a monopulse mode, the use of unfocused uniform pumping of the active element, in which there is no pronounced gain maximum in the center of its cross section, also makes it possible to ensure uniform distribution of power over the cross section of the emerging laser beam if the above conditions (1) - (3) are fulfilled. The possibility of obtaining a uniform power distribution is due to the nonlinear process of changing the fundamental mode during a single pulse, determined by the removal of the inverse population upon excitation of this mode. In the initial period of monopulse growth, when the inverse population is not significant, the distribution of the generated power density in the resonator has a maximum on the axis of the active element, which coincides with the axis of the resonator. At this stage, the inverse population is removed mainly near the axis of the resonator, which leads to a decrease in gain near the axis of the resonator and to a slowdown in the growth of the pulse peak. At the same time, at the periphery of the active element, where the power density is much lower, the removal of the inverse population is significantly delayed and the gain is practically preserved, which leads to the alignment of the time-averaged power density over the laser beam cross section.

Более детальное описание этого процесса возможно только путем выполнения численных расчетов. Численное моделирование, выполненное авторами, позволило определить границы диапазонов параметров активного элемента и оптического резонатора (вышеуказанные условия (1)-(3)), в которых при использовании однородной оптической накачки обеспечивается равномерное распределение плотности мощности по сечению выходящего лазерного пучка при незначительном снижении общей энергии генерируемого импульса лазера.A more detailed description of this process is possible only by performing numerical calculations. The numerical simulation performed by the authors made it possible to determine the boundaries of the ranges of the parameters of the active element and the optical resonator (the above conditions (1) - (3)), in which, using uniform optical pumping, a uniform distribution of the power density over the cross section of the emerging laser beam is achieved with a slight decrease in the total energy laser pulse generated.

Использование однородной оптической накачки дает возможность сформировать компактное лазерное устройство, поскольку такая накачка может быть обеспечена путем одностороннего бокового освещения активного элемента без необходимости размещения средств накачки по всей его окружности. Одностороннее размещение средств накачки дает возможность обеспечить эффективный отвод тепла от активного элемента благодаря возможности размещения средств теплоотвода по всей периферии активного элемента, не занятой средствами накачки. Обеспечение эффективного однородного отвода тепла от активного элемента дополнительно способствует увеличению максимальной выходной мощности лазера и равномерности распределения плотности мощности по сечению выходящего лазерного пучка. В то же время по сравнению с известными лазерами с однородной накачкой, содержащими плоскопараллельные резонаторы, предложенный моноимпульсный лазер обладает пониженной чувствительностью к неточностям изготовления и малой расходимостью излучения, близкой к дифракционному пределу.The use of homogeneous optical pumping makes it possible to form a compact laser device, since such pumping can be achieved by one-sided side illumination of the active element without the need to place pumping means around its entire circumference. The one-sided placement of the pumping means makes it possible to ensure efficient heat removal from the active element due to the possibility of placing heat removal means around the entire periphery of the active element not occupied by the pumping means. Ensuring effective uniform heat removal from the active element further enhances the maximum output laser power and the uniform distribution of power density over the cross section of the output laser beam. At the same time, in comparison with the known uniformly pumped lasers containing plane-parallel resonators, the proposed single-pulse laser has a reduced sensitivity to manufacturing inaccuracies and low radiation divergence close to the diffraction limit.

В предпочтительном варианте выполнения выходное зеркало оптического резонатора имеет гауссово или близкое к гауссову распределение коэффициента отражения.In a preferred embodiment, the output mirror of the optical resonator has a Gaussian or near Gaussian reflection coefficient distribution.

Система накачки моноимпульсного лазера предпочтительно содержит лазерные диодные линейки или матрицы, установленные с одной стороны от активного элемента, что обеспечивает минимальные габариты лазера и дает возможность эффективно охлаждать активный элемент со всех остальных сторон.The pumping system of a monopulse laser preferably contains laser diode arrays or arrays mounted on one side of the active element, which ensures minimum laser dimensions and makes it possible to efficiently cool the active element from all other sides.

Система накачки может дополнительно включать отражатель, направляющий на активный элемент по меньшей мере часть излучения накачки, прошедшего через активный элемент или мимо активного элемента. Использование отражателя позволяет улучшить однородность накачки активного элемента и более полно использовать излучение накачки, создаваемое лазерными диодными линейками или матрицами.The pump system may further include a reflector directing at least a portion of the pump radiation transmitted through the active element or past the active element to the active element. The use of a reflector makes it possible to improve the pump uniformity of the active element and make fuller use of the pump radiation generated by laser diode arrays or arrays.

Отражатель может быть выполнен в виде монолитного блока, прозрачного для излучения накачки, у которого по меньшей мере на часть боковой поверхности, не освещаемой снаружи указанными лазерными диодными линейками или матрицами, нанесено отражающее покрытие и который имеет внутренний продольный канал, в который помещен активный элемент. Внешняя боковая поверхность монолитного блока может иметь форму прямой призмы, при этом указанные лазерные диодные линейки или матрицы могут быть установлены около одной ее боковой грани, а указанное отражающее покрытие нанесено по меньшей мере на одну из остальных боковых граней призмы. В тепловом контакте по меньшей мере с частью боковой поверхности отражателя, не освещаемой снаружи лазерными диодными линейками или матрицами, может быть установлен кондуктивный теплоотвод.The reflector can be made in the form of a monolithic block transparent for pump radiation, in which at least a part of the side surface not illuminated from the outside by the indicated laser diode arrays or arrays is coated with a reflective coating and which has an internal longitudinal channel in which the active element is placed. The outer side surface of the monolithic block may be in the form of a direct prism, while these laser diode arrays or arrays can be installed near one of its side faces, and the specified reflective coating is applied to at least one of the other side faces of the prism. In thermal contact with at least part of the side surface of the reflector, which is not illuminated externally by laser diode arrays or arrays, a conductive heat sink can be installed.

Поставленная цель достигается также тем, что в двухволновом лазерном генераторе, содержащемThis goal is also achieved by the fact that in a two-wave laser generator containing

задающий оптический генератор для генерирования оптического излучения с первой длиной волны,a master optical generator for generating optical radiation with a first wavelength,

средства оптической коммутации, имеющие оптический вход, соединенный с выходом задающего оптического генератора, первый выход, соединенный с выходом указанного двухволнового лазерного генератора, второй выход и вход управления для управления средствами оптической коммутации так, чтобы по выбору соединять оптический вход с первым или вторым выходом, иoptical switching means having an optical input connected to the output of the master optical generator, a first output connected to the output of the specified two-wave laser generator, a second output and a control input for controlling the optical switching means so as to optionally connect the optical input to the first or second output, and

параметрический генератор света для преобразования оптического излучения с первой длиной волны в оптическое излучение со второй длиной волны, вход которого соединен со вторым выходом средств оптической коммутации, а выход соединен с указанным выходом двухволнового лазерного генератора,a parametric light generator for converting optical radiation with a first wavelength into optical radiation with a second wavelength, the input of which is connected to the second output of the optical switching means, and the output is connected to the specified output of a two-wave laser generator,

согласно изобретению задающий генератор выполнен в виде описанного выше твердотельного моноимпульсного лазера с однородной оптической накачкой, выполненного согласно изобретению.according to the invention, the master oscillator is made in the form of a homogeneous optical pumped solid-state monopulse laser described above, made according to the invention.

Использование предложенного твердотельного моноимпульсного лазера с однородной оптической накачкой в двухволновом лазерном генераторе, включающем параметрический генератор света, позволяет повысить эффективность преобразования излучения и выходную мощность в параметрическом генераторе света благодаря малой расходимости излучения и высокой равномерности распределения плотности мощности по сечению лазерного пучка, подаваемого на вход ПГС.The use of the proposed solid-state monopulse laser with uniform optical pumping in a two-wave laser generator including a parametric light generator makes it possible to increase the radiation conversion efficiency and output power in a parametric light generator due to the low divergence of radiation and the high uniformity of the distribution of power density over the cross section of the laser beam fed to the CGS input .

Параметрический генератор света предпочтительно содержит кольцевой трехзеркальный резонатор, обеспечивающий меньшую расходимость генерируемого параметрического излучения по сравнению с линейными резонаторами.The parametric light generator preferably comprises an annular three-mirror resonator, which provides less divergence of the generated parametric radiation in comparison with linear resonators.

В предпочтительном случае двухволновый лазерный генератор также включаетIn a preferred case, the two-wave laser generator also includes

обратный телескоп для уменьшения диаметра пучка излучения с первой длиной волны, установленный между выходом задающего оптического генератора и входом параметрического генератора света, иa reverse telescope to reduce the diameter of the radiation beam with the first wavelength, installed between the output of the master optical generator and the input of the parametric light generator, and

прямой телескоп для увеличения диаметра пучка излучения со второй длиной волны, установленный между выходом параметрического генератора света и выходом указанного двухволнового лазерного генератора. Увеличение указанного прямого телескопа в предпочтительном случае, по существу, равно увеличению указанного обратного телескопа.a direct telescope for increasing the diameter of a radiation beam with a second wavelength, mounted between the output of the parametric light generator and the output of the specified two-wave laser generator. The increase in the specified forward telescope, in the preferred case, is essentially equal to the increase in the specified inverse telescope.

Поскольку расходимость излучения на выходе параметрического генератора света уменьшается при уменьшении диаметра пучка излучения, подаваемого на его вход, использование обратного и прямого телескопов дает возможность сформировать излучение с одинаковой и небольшой по величине расходимостью на первой и второй длинах волн генерации при одинаковом диаметре выходного пучка излучения на этих длинах волн.Since the divergence of radiation at the output of the parametric light generator decreases with decreasing diameter of the radiation beam supplied to its input, the use of reverse and direct telescopes makes it possible to generate radiation with the same and small divergence at the first and second wavelengths of the generation with the same diameter of the output radiation beam at these wavelengths.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения указанный обратный телескоп установлен между выходом задающего оптического генератора и оптическим входом средств оптической коммутации, а двухволновый лазерный генератор включает еще один прямой телескоп для увеличения диаметра пучка излучения с первой длиной волны, установленный между первым выходом средств оптической коммутации и выходом указанного лазерного генератора. В этом случае увеличение указанных прямых и обратного телескопов предпочтительно выбирают таким, чтобы на выходе указанного лазерного генератора диаметр пучка излучения с первой длиной волны был, по существу, равен диаметру пучка излучения со второй длиной волны.In a preferred embodiment of the invention, said reverse telescope is mounted between the output of the master optical generator and the optical input of the optical switching means, and the two-wave laser generator includes another direct telescope for increasing the diameter of the radiation beam with a first wavelength, mounted between the first output of the optical switching means and the output of the specified laser generator. In this case, the magnification of said forward and reverse telescopes is preferably chosen such that at the output of said laser generator the diameter of the radiation beam with the first wavelength is substantially equal to the diameter of the radiation beam with the second wavelength.

В предпочтительном варианте выполнения двухволнового лазерного генератора указанные средства оптической коммутации включают поляризационный электрооптический ключ, установленный между выходом указанного обратного телескопа и указанным кольцевым трехзеркальным резонатором для управляемого поворота плоскости поляризации излучения с первой длиной волны на 90°, а указанный прямой телескоп для увеличения диаметра пучка излучения с первой длиной волны установлен так, что на его вход поступает излучение с первой длиной волны, отраженное из кольцевого трехзеркального резонатора. Такая оптическая схема позволяет использовать кольцевой трехзеркальный резонатор в качестве одного из элементов средств оптической коммутации, что упрощает конструкцию лазерного генератора.In a preferred embodiment of the two-wave laser generator, said optical switching means include a polarizing electro-optical key mounted between the output of said inverse telescope and said ring three-mirror resonator for controlled rotation of the plane of polarization of radiation with the first wavelength by 90 °, and said direct telescope for increasing the diameter of the radiation beam with the first wavelength is set so that radiation with the first wavelength is reflected at its input, reflected of the three-mirror ring resonator. Such an optical design allows the use of a three-mirror ring resonator as one of the elements of optical switching means, which simplifies the design of the laser generator.

Двухволновый лазерный генератор также может содержать полуволновую фазовую пластину для поворота плоскости поляризации проходящего излучения на 90°, установленную между выходом параметрического генератора света и выходом двухволнового лазерного генератора или между первым выходом средств оптической коммутации и выходом двухволнового лазерного генератора. Это обеспечивает одинаковую поляризацию пучков излучения с первой и второй длиной волны на выходе двухволнового лазерного генератора.A two-wave laser generator may also contain a half-wave phase plate for rotating the plane of polarization of transmitted radiation through 90 °, installed between the output of the parametric light generator and the output of the two-wave laser generator or between the first output of the optical switching means and the output of the two-wave laser generator. This ensures the same polarization of the radiation beams with the first and second wavelengths at the output of a two-wave laser generator.

Кроме того, двухволновый лазерный генератор может содержать выходное дихроичное зеркало, а также дополнительные отражающие и/или преломляющие оптические элементы для направления пучка излучения с первой длиной волны и пучка излучения со второй длиной волны на выходное дихроичное зеркало так, что один из этих пучков проходит через дихроичное зеркало, а другой отражается от него, и оба пучка выходят из лазерного генератора, по существу, в одном направлении.In addition, the two-wave laser generator may contain an output dichroic mirror, as well as additional reflective and / or refractive optical elements for directing the radiation beam with the first wavelength and the radiation beam with the second wavelength to the output dichroic mirror so that one of these beams passes through a dichroic mirror, and the other is reflected from it, and both beams exit the laser generator in substantially the same direction.

Первая длина волны может лежать в диапазоне около 1 мкм. Под этим обычно подразумевается диапазон от 1 до 1,1 мкм, предпочтительно от 1,03 до 1,07 мкм. В данном диапазоне длин волн легко обеспечить эффективную генерацию лазерного излучения. Вторая длина волны предпочтительно находится в диапазоне около 1,5 мкм, т.е. в диапазоне от 1,5 мкм до 1,6 мкм, предпочтительно от 1,53 до 1,58 мкм. Излучение диапазона 1,5 мкм безопасно для глаза человека в отличие от излучения диапазона 1 мкм, что существенно для многих применений оптических локаторов и дальномеров.The first wavelength may lie in the range of about 1 μm. This usually means a range from 1 to 1.1 μm, preferably from 1.03 to 1.07 μm. In this wavelength range, it is easy to ensure efficient generation of laser radiation. The second wavelength is preferably in the range of about 1.5 μm, i.e. in the range from 1.5 μm to 1.6 μm, preferably from 1.53 to 1.58 μm. The radiation of the range of 1.5 μm is safe for the human eye, in contrast to the radiation of the range of 1 μm, which is essential for many applications of optical locators and rangefinders.

На фиг.1 показана оптическая схема двухволнового лазерного генератора, включающего твердотельный моноимпульсный лазер.Figure 1 shows the optical scheme of a two-wave laser generator, including a solid-state monopulse laser.

На фиг.2 схематично показан поперечный разрез твердотельного моноимпульсного лазера, показанного на фиг.1.Figure 2 schematically shows a cross section of a solid-state monopulse laser shown in figure 1.

Фиг.3 и 4 поясняют формирование поперечной структуры пучка выходного излучения в твердотельном моноимпульсном лазере, выполненном согласно изобретению.Figures 3 and 4 explain the formation of the transverse structure of the output beam in a solid-state monopulse laser made according to the invention.

Как показано на фиг.1, предложенный твердотельный моноимпульсный лазер 1 содержит неустойчивый телескопический оптический резонатор, образованный глухим вогнутым зеркалом 2 и выпуклым полупрозрачным выходным зеркалом 3, коэффициент отражения которого уменьшается в направлении от центра к краю, предпочтительно по гауссову или близкому к нему закону. Активный элемент 4 цилиндрической формы помещен в указанный оптический резонатор так, что его ось совпадает с осью резонатора (показана штрих-пунктирной линией). Активный элемент 4 может быть выполнен, например, из кристаллов, активированных ионами неодима, например алюмоиттриевого граната или иттрийлитиевого фторида. Система 5 оптической накачки установлена вдоль активного элемента 4 с одной стороны от него. Система 5 оптической накачки включает ряд диодных лазерных линеек или двумерных диодных лазерных матриц 6, расположенных по одну сторону от активного элемента 4 вдоль его цилиндрической образующей, без использования фокусирующей оптики между ними и активным элементом 4. Диодные лазерные линейки 6 вытянуты в направлении, поперечном продольной оси активного элемента 4 (т.е. перпендикулярно плоскости чертежа). Длина волны накачки для лазера на неодимсодержащих средах может лежать, например, в области от 790 нм до 810 нм.As shown in figure 1, the proposed solid-state monopulse laser 1 contains an unstable telescopic optical resonator formed by a deaf concave mirror 2 and a convex translucent output mirror 3, the reflection coefficient of which decreases in the direction from the center to the edge, preferably according to a Gaussian law or close to it. The active element 4 of a cylindrical shape is placed in the specified optical resonator so that its axis coincides with the axis of the resonator (shown by a dashed line). The active element 4 can be made, for example, of crystals activated by neodymium ions, for example, yttrium aluminum garnet or yttrium lithium fluoride. The optical pumping system 5 is installed along the active element 4 on one side of it. The optical pumping system 5 includes a series of diode laser arrays or two-dimensional diode laser arrays 6 located on one side of the active element 4 along its cylindrical generatrix, without using focusing optics between them and the active element 4. The diode laser lines 6 are elongated in the direction transverse to the longitudinal axis of the active element 4 (i.e. perpendicular to the plane of the drawing). The pump wavelength for a laser on neodymium-containing media can lie, for example, in the region from 790 nm to 810 nm.

Параметры активного элемента 4 и оптического резонатора удовлетворяют приведенным выше соотношениям (1)-(3). Выбор параметров активного элемента и оптического резонатора так, чтобы они удовлетворяли этим соотношениям и требованиям к энергии генерации лазера, может быть осуществлен, например, в следующей последовательности.The parameters of the active element 4 and the optical resonator satisfy the above relations (1) - (3). The choice of the parameters of the active element and the optical resonator so that they satisfy these relations and the requirements for the laser generation energy can be carried out, for example, in the following sequence.

Известно, что энергия генерации лазера определяется энергией, запасенной в активном элементе (Е_зап), равнойIt is known that the laser generation energy is determined by the energy stored in the active element (E _zap ), equal to

где E_s - энергия насыщения активной среды, составляющая, например, 0,6 Дж/см² для алюмоиттриевого граната, активированного неодимом ИАГ:Nd³⁺. Диаметр D активного элемента выбирается, обычно экспериментальным путем, так, чтобы иметь возможность обеспечить достаточно близкое к однородному распределение интенсивности накачки по поперечному сечению активного элемента с использованием односторонней системы оптической накачки. Для активного элемента из алюмоиттриевого граната допустимый диаметр D может составлять, например, до 6-10 мм. Коэффициент усиления активного элемента k определяется расчетным или экспериментальным путем для выбранного типа активного элемента и выбранной системы накачки. После этого с использованием соотношения (4) определяют длину l активного элемента, исходя из требуемой мощности генерации.where E _s is the saturation energy of the active medium, comprising, for example, 0.6 J / cm ² for yttrium aluminum garnet activated by YAG neodymium: Nd ³⁺ . The diameter D of the active element is usually chosen experimentally, so as to be able to provide a sufficiently close to uniform distribution of the pump intensity over the cross section of the active element using a one-way optical pump system. For an active element made of yttrium aluminum garnet, the permissible diameter D can be, for example, up to 6-10 mm. The gain of the active element k is determined by calculation or experimentally for the selected type of active element and the selected pump system. After that, using the relation (4), the length l of the active element is determined based on the required lasing power.

На основе величины (k-ρ) (полное усиление k в активном элементе за вычетом потерь ρ в лазерном резонаторе) с помощью уравнения (1) определяют величину

, характеризующую потери запасенной энергии на выход из резонатора.Based on the quantity (k-ρ) (the total gain k in the active element minus the losses ρ in the laser cavity), using equation (1), determine the value

, characterizing the loss of stored energy at the exit from the resonator.

На основе величины

из уравнения (2) отдельно вычисляют величину

, определяющую потери на выход из резонатора на его оси без разбегания лучей, и величину lnM², определяющую потери на выход из резонатора за счет разбегания лучей от оси резонатора.Based on value

from equation (2) separately calculate the value

, which determines the losses at the exit from the resonator on its axis without scattering rays, and the value lnM ² , which determines the losses at the exit from the resonator due to the scattering of rays from the axis of the resonator.

Наконец, с помощью уравнения (3) на основе установленной величины М и диаметра D активного элемента определяют требуемую ширину d распределения коэффициента отражения выходного зеркала 3. Выходное зеркало 3 с заданным распределением коэффициента отражения может быть изготовлено известным способом, например, путем нанесения многослойного покрытия на его поверхность.Finally, using equation (3), based on the set value M and the diameter D of the active element, the required width d of the distribution of the reflection coefficient of the output mirror 3 is determined. The output mirror 3 with a given distribution of the reflection coefficient can be made in a known manner, for example, by applying a multilayer coating on its surface.

Как показано на фиг.2, система 5 оптической накачки лазера 1 включает также отражатель 7, установленный вдоль излучающих поверхностей диодных лазерных линеек или матриц 6. Отражатель 7 выполнен в виде монолитного блока 8 из оптически прозрачного материала с высокой теплопроводностью, например кристаллического кварца, на внешнюю боковую поверхность которого нанесено отражающее покрытие 9.As shown in figure 2, the optical pump system 5 of the laser 1 also includes a reflector 7 mounted along the emitting surfaces of the diode laser lines or arrays 6. The reflector 7 is made in the form of a monolithic block 8 of an optically transparent material with high thermal conductivity, such as crystalline quartz, on the outer side surface of which is coated with a reflective coating 9.

Монолитный блок 8 имеет внутренний продольный канал, в который помещен активный элемент 4. Для обеспечения хорошего теплового контакта между блоком 8 и активным элементом 4 промежуток между ними в указанном продольном канале заполнен иммерсионной прозрачной средой 10 с высокой теплопроводностью.The monolithic block 8 has an internal longitudinal channel into which the active element 4 is placed. To ensure good thermal contact between the block 8 and the active element 4, the gap between them in the specified longitudinal channel is filled with an immersion transparent medium 10 with high thermal conductivity.

Внешняя боковая поверхность монолитного блока 8 имеет форму прямой призмы, при этом излучающие поверхности диодных лазерных линеек или матриц 6 находятся около одной ее боковой грани, а отражающее покрытие 9 нанесено на остальные боковые грани. В примере выполнения отражателя, показанном на фиг.2, основание (поперечное сечение) указанной призмы имеет, по существу, форму равнобочной трапеции, при этом линейки или матрицы 6 установлены около боковой грани призмы, опирающейся на большее основание трапеции, а отражающее покрытие нанесено на остальные боковые грани. Внутренние углы отражателя, удаленные от системы 5 накачки, могут быть слегка скошены, как показано на фиг.2. В целом форма отражателя 7 подбирается расчетным и/или экспериментальным путем так, чтобы обеспечить максимально возможную однородность накачки активного элемента 4.The outer side surface of the monolithic block 8 is in the form of a direct prism, while the emitting surfaces of the diode laser lines or matrices 6 are located near one of its side faces, and the reflective coating 9 is applied to the other side faces. In the exemplary embodiment of the reflector shown in FIG. 2, the base (cross section) of said prism is essentially in the form of an isosceles trapezoid, with rulers or arrays 6 mounted near the side face of the prism resting on the larger base of the trapezoid, and a reflective coating applied other lateral faces. The internal angles of the reflector, remote from the pumping system 5, may be slightly beveled, as shown in FIG. In general, the shape of the reflector 7 is selected by calculation and / or experimentally so as to ensure the maximum possible pump uniformity of the active element 4.

Отражающее покрытие 9 может быть металлическим покрытием, нанесенным путем вакуумного серебрения или золочения или интерференционным широкополосным диэлектрическим покрытием. Отражающее покрытие 9 может быть нанесено на все боковые грани монолитного блока 8, кроме той, которая обращена к излучающей поверхности диодных линеек или матриц 6 и на которую нанесено просветляющее интерференционное покрытие 11 с окном прозрачности на длине волны накачки диодных линеек.The reflective coating 9 may be a metal coating deposited by vacuum silvering or gilding or an interference broadband dielectric coating. Reflective coating 9 can be applied to all side faces of the monolithic block 8, except that which faces the emitting surface of the diode arrays or matrices 6 and which is coated with an antireflection interference coating 11 with a transparency window at the pump wavelength of the diode arrays.

Металлический корпус 12, выполненный, например, из меди, находится в тепловом контакте с отражателем 7. Корпус 12 может контактировать со всеми боковыми сторонами отражателя 7, кроме той, которая обращена к излучающей поверхности диодных линеек или матриц 6, или, например, только с двумя противолежащими боковыми сторонами. Для обеспечения хорошего теплового контакта между отражателем 7 и корпусом 12 промежуток между ними заполняется теплопроводным составом 13. Корпус 12 может быть соединен с внешней системой охлаждения (не показана).The metal housing 12, made of, for example, copper, is in thermal contact with the reflector 7. The housing 12 can be in contact with all sides of the reflector 7, except that which faces the radiating surface of the diode arrays or arrays 6, or, for example, only with two opposite sides. To ensure good thermal contact between the reflector 7 and the housing 12, the gap between them is filled with a heat-conducting composition 13. The housing 12 can be connected to an external cooling system (not shown).

Твердотельный моноимпульсный лазер 1 содержит также электрооптический модулятор 14, помещенный в оптический резонатор между активным элементом 4 и одним из зеркал резонатора, в данном случае зеркалом 2. Модулятор 14 может быть выполнен, например, на основе кристаллов типа ниобата лития, тантала лития или кристаллов КТР, RTP, ВВО. В оптический резонатор лазера 1 также помещен поляризатор 15, установленный в данном примере осуществления изобретения между модулятором 14 и активным элементом 4.The solid-state monopulse laser 1 also contains an electro-optical modulator 14 placed in the optical cavity between the active element 4 and one of the resonator mirrors, in this case, mirror 2. The modulator 14 can be made, for example, based on lithium niobate, lithium tantalum crystals or KTP crystals , RTP, BBO. A polarizer 15 is also placed in the optical cavity of the laser 1, which is installed in this embodiment between the modulator 14 and the active element 4.

Твердотельный моноимпульсный лазер 1 образует задающий генератор двухволнового лазерного генератора, оптическая схема которого показана на фиг.1. Помимо лазера 1, этот двухволновый лазерный генератор включает параметрический генератор 16 света, обратный телескоп 17, образованный сферическими линзами 18 и 19 и оптически подключенный к выходу лазера 1, зеркала 20 и 21, электрооптический ключ 22, прямые телескопы 23 и 24, образованные сферическими линзами 25, 26 и 27, 28 соответственно, полуволновую фазовую пластину 29, поляризатор 30, глухие зеркала 31 и 32 и дихроичное зеркало 33. Увеличение прямых телескопов 23 и 24 может быть равным увеличению обратного телескопа 17. Дихроичное зеркало 33 выполнено так, чтобы отражать излучение на одной волне генерации двухволнового лазерного генератора и пропускать излучение на другой длине волны генерации. Например, зеркало 33 может отражать излучение с первой длиной волны, лежащей в диапазоне 1 мкм, и пропускать излучение со второй длиной волны в диапазоне 1,5 мкм.The solid-state monopulse laser 1 forms a master oscillator of a two-wave laser generator, the optical circuit of which is shown in figure 1. In addition to laser 1, this two-wave laser generator includes a parametric light generator 16, a reverse telescope 17 formed by spherical lenses 18 and 19 and optically connected to the output of laser 1, mirrors 20 and 21, an electro-optical key 22, direct telescopes 23 and 24 formed by spherical lenses 25, 26 and 27, 28, respectively, a half-wave phase plate 29, a polarizer 30, blind mirrors 31 and 32 and a dichroic mirror 33. The increase in direct telescopes 23 and 24 can be equal to the increase in the inverse telescope 17. The dichroic mirror 33 is designed so that s reflect radiation at the same wavelength generating two-wavelength laser generator, and transmits radiation at another wavelength lasing. For example, mirror 33 may reflect radiation with a first wavelength lying in the range of 1 μm, and transmit radiation with a second wavelength in the range of 1.5 μm.

Параметрический генератор 16 света выполнен по известной трехзеркальной кольцевой схеме и включает три нелинейных кристалла 34 КТР и дихроичные зеркала 35 и 36, а также полностью отражающее зеркало 37, установленные под углом 120° друг к другу. Дихроичное зеркало 35 пропускает излучение с первой длиной волны, лежащей в диапазоне 1 мкм, и не пропускает излучение со второй длиной волны в диапазоне 1,5 мкм. Дихроичное зеркало 36 пропускает излучение со второй длиной волны, но не пропускает излучение с первой длиной волны.The parametric light generator 16 is made according to the well-known three-mirror ring pattern and includes three nonlinear KTP crystals 34 and dichroic mirrors 35 and 36, as well as a fully reflecting mirror 37, mounted at an angle of 120 ° to each other. The dichroic mirror 35 transmits radiation with a first wavelength lying in the range of 1 μm, and does not transmit radiation with a second wavelength in the range of 1.5 μm. The dichroic mirror 36 transmits radiation with a second wavelength, but does not transmit radiation with a first wavelength.

Электрооптический ключ 22 может быть образован электрооптическим модулятором на основе кристаллов типа ниобата лития, тантала лития или кристаллов КТР, RTP, ВВО.The electro-optical key 22 can be formed by an electro-optical modulator based on crystals such as lithium niobate, lithium tantalum, or KTP, RTP, BBO crystals.

При работе устройства диодные лазерные линейки или матрицы 6 системы 5 оптической накачки освещают активный элемент 4 с одной стороны без использования промежуточной фокусирующей оптики. Излучение накачки (на фиг.2 условно показано стрелками) через просветляющее покрытие 11, прозрачный монолитный блок 8 и прозрачную иммерсионную среду 10, заполняющую узкий зазор между монолитным блоком 8 и активным элементом 4, поступает в активный элемент 4.When the device is operating, diode laser arrays or matrices 6 of the optical pumping system 5 illuminate the active element 4 on one side without the use of intermediate focusing optics. The pump radiation (conventionally indicated by arrows in FIG. 2) through the antireflection coating 11, the transparent monolithic block 8 and the transparent immersion medium 10 filling the narrow gap between the monolithic block 8 and the active element 4, enters the active element 4.

Излучение накачки поглощается активными ионами в активном элементе 4, обеспечивая создание инверсии населенности энергетических уровней. Вынужденное испускание света возбужденными ионами обеспечивает коэффициент усиления оптического излучения, пропорциональный поглощаемой мощности накачки, в активном элементе 4. Одностороннее расположение системы накачки относительно активного элемента 4 и отсутствие фокусирующих оптических элементов между системой накачки и активным элементом 4 дает возможность создать достаточно близкое к однородному распределение интенсивности накачки по поперечному сечению активного элемента 4. Кроме того, излучение накачки, прошедшее через активный элемент 4 или рядом с ним (сверху и снизу от него на фиг.2) и не поглощенное в нем, отражается покрытием 9 и повторно направляется на активный элемент 4 с разных сторон, что обеспечивает еще более равномерное распределение интенсивности накачки, а следовательно, и коэффициента усиления по поперечному сечению активного элемента 4. В результате может быть достигнута неравномерность коэффициента усиления по поперечному сечению активного элемента 4, не превышающая 10%, предпочтительно 5%.The pump radiation is absorbed by active ions in the active element 4, providing the creation of an inversion of the population of energy levels. The forced emission of light by excited ions provides a gain of optical radiation proportional to the absorbed pump power in the active element 4. The one-sided arrangement of the pump system relative to the active element 4 and the absence of focusing optical elements between the pump system and the active element 4 makes it possible to create a fairly close to uniform intensity distribution the pump over the cross section of the active element 4. In addition, the pump radiation transmitted through the active element 4 or near it (above and below it in FIG. 2) and not absorbed therein is reflected by the coating 9 and re-directed to the active element 4 from different sides, which provides an even more uniform distribution of the pump intensity, and therefore and gain across the cross section of the active element 4. As a result, uneven gain across the cross section of the active element 4 can be achieved, not exceeding 10%, preferably 5%.

Первоначально на модулятор 14 подано такое управляющее напряжение, при котором он вносит в лазерный резонатор большие оптические потери, что препятствует развитию генерации. Для формирования импульса лазерного излучения управляющее напряжение на модуляторе 14 изменяют до такого значения, при котором в резонаторе создаются условия для генерации импульса лазерного излучения, поляризация которого определяется поляризатором 15. Длина волны генерируемого излучения (первая длина волны λ₁) может находиться, например, в диапазоне около 1 мкм.Initially, a control voltage is applied to the modulator 14 at which it introduces large optical losses into the laser cavity, which impedes the development of generation. To form a laser pulse, the control voltage at the modulator 14 is changed to a value such that conditions are created in the cavity for generating a laser pulse, the polarization of which is determined by the polarizer 15. The wavelength of the generated radiation (first wavelength λ ₁ ) can be, for example, range of about 1 micron.

На фиг.3 в качестве примера, иллюстрирующего изобретение, показаны кривые мгновенного распределения плотности мощности в зависимости от расстояния от оси активного элемента для последовательных моментов времени t₁÷t₆. В начальный период нарастания моноимпульса, когда съем инверсной населенности несущественен, распределение плотности генерируемой мощности в резонаторе имеет максимум на оси активного элемента, совпадающей с осью резонатора (кривые на фиг.3 для моментов времени t₁÷t₃). На этом этапе съем инверсной населенности происходит преимущественно вблизи оси резонатора, что приводит к снижению усиления вблизи оси резонатора и замедлению нарастания пика импульса. В то же время на периферии активного элемента 4, где плотность мощности значительно ниже, съем инверсной населенности существенно запаздывает и усиление практически сохраняется (кривые для моментов времени t₄÷t₆). Это приводит к выравниванию усредненной во времени плотности мощности по сечению лазерного пучка, как показано на фиг.4. Таким образом, однородная накачка активного элемента в сочетании с выбором основных параметров активного элемента и резонатора в соответствии с соотношениями (1)-(3) дает возможность обеспечить равномерное распределение мощности по сечению выходящего лазерного пучка в моноимпульсном лазере с неустойчивым телескопическим резонатором.Figure 3, as an example illustrating the invention, shows the curves of the instantaneous distribution of power density depending on the distance from the axis of the active element for successive times t ₁ ÷ t ₆ . In the initial period of the monopulse rise, when the inverse population is not significant, the distribution of the generated power density in the resonator has a maximum on the axis of the active element coinciding with the axis of the resonator (curves in Fig. 3 for times t ₁ ÷ t ₃ ). At this stage, the inverse population is removed mainly near the axis of the resonator, which leads to a decrease in gain near the axis of the resonator and to a slowdown in the growth of the pulse peak. At the same time, on the periphery of the active element 4, where the power density is much lower, the removal of the inverse population is significantly delayed and the gain is practically preserved (curves for time t ₄ ÷ t ₆ ). This leads to the alignment of the time-averaged power density over the cross section of the laser beam, as shown in figure 4. Thus, the uniform pumping of the active element in combination with the choice of the main parameters of the active element and the resonator in accordance with relations (1) - (3) makes it possible to ensure uniform distribution of power over the cross section of the output laser beam in a monopulse laser with an unstable telescopic resonator.

При работе моноимпульсного лазера 1 тепло от активного элемента 4 отводится через отражатель 7 и далее через кондуктивный теплоотвод, образованный металлическим корпусом 12, во внешнюю систему охлаждения. Одностороннее расположение лазерных диодных линеек 6 относительно активного элемента 4 дает возможность эффективно охлаждать активный элемент 4 со всех остальных сторон. Эффективное и однородное охлаждение активного элемента 4 дополнительно способствует увеличению максимальной выходной мощности лазера 1 и равномерности распределения плотности мощности по сечению формируемого им лазерного пучка.When operating a monopulse laser 1, heat from the active element 4 is removed through the reflector 7 and then through the conductive heat sink formed by the metal casing 12 to the external cooling system. The one-sided arrangement of the laser diode arrays 6 relative to the active element 4 makes it possible to effectively cool the active element 4 from all other sides. Efficient and uniform cooling of the active element 4 additionally increases the maximum output power of the laser 1 and the uniform distribution of power density over the cross section of the laser beam formed by it.

Излучение моноимпульсного лазера 1 направляется на зеркало 20, отклоняющее его на 45°, и поступает в обратный телескоп 17, где диаметр пучка уменьшается, например, от 1,5 до 2 раз. Выходящий из обратного телескопа 17 пучок дополнительно отклоняется на 45° зеркалом 21. Отклонение оптической оси зеркалами 20 и 21 делает устройство, показанное на фиг.1, более компактным.The radiation of a single-pulse laser 1 is directed to a mirror 20, deflecting it by 45 °, and enters the return telescope 17, where the beam diameter decreases, for example, from 1.5 to 2 times. The beam emerging from the return telescope 17 is further deflected by 45 ° by the mirror 21. The deviation of the optical axis by the mirrors 20 and 21 makes the device shown in FIG. 1 more compact.

Далее пучок лазерного излучения поступает на электрооптический ключ 22, который, в зависимости от напряжения, приложенного к его входу управления (не показан), поворачивает плоскость поляризации излучения на 90° или пропускает излучение без изменения его поляризации. Например, при отсутствии напряжения на входе управления электрооптический ключ 22 пропускает лазерное излучение без изменения его поляризации, а при подаче заданного напряжения управления ("полуволнового напряжения") поворачивает плоскость поляризации излучения на 90°.Next, the laser beam enters the electro-optical switch 22, which, depending on the voltage applied to its control input (not shown), rotates the plane of polarization of the radiation by 90 ° or passes radiation without changing its polarization. For example, in the absence of voltage at the control input, the electro-optical switch 22 transmits laser radiation without changing its polarization, and when a predetermined control voltage ("half-wave voltage") is applied, it rotates the plane of radiation polarization by 90 °.

Дихроичное зеркало 35 пропускает излучение с длиной волны 1 мкм внутрь кольцевого трехзеркального резонатора, где это излучение отражается дихроичным зеркалом 36 и далее зеркалом 37, последовательно проходя через все нелинейные кристаллы 34, и затем выходит из кольцевого трехзеркального резонатора через дихроичное зеркало 35 в направлении зеркала 31.The dichroic mirror 35 passes radiation with a wavelength of 1 μm into the ring three-mirror resonator, where this radiation is reflected by the dichroic mirror 36 and then by the mirror 37, passing through all nonlinear crystals 34, and then leaves the ring three-mirror resonator through the dichroic mirror 35 in the direction of the mirror 31 .

Взаимодействие излучения с длиной волны 1 мкм с нелинейными кристаллами 34 определяется направлением поляризации этого излучения. Так, в примере, показанном на фиг.1, нелинейные кристаллы установлены в такой ориентации, что излучение с направлением вектора поляризации, перпендикулярным плоскости чертежа, проходит через нелинейные кристаллы 34, по существу, без нелинейного преобразования и с малыми потерями. Таким образом, практически все излучение с таким направлением вектора поляризации, вошедшее в трехзеркальный резонатор через дихроичное зеркало 35, отражается из трехзеркального резонатора через дихроичное зеркало 35 в направлении зеркала 31. Далее это излучение, отраженное от зеркала 31, проходит через прямой телескоп 24, в котором диаметр пучка излучения увеличивается до заданного значения, которое определяется требованиями к двухволновому лазерному генератору, зависящими от конкретной области его применения. Если увеличение прямого телескопа 24 выбрано равным увеличению обратного телескопа 17, то на выходе прямого телескопа 24 будет восстановлен исходный диаметр лазерного пучка, поступающего с выхода моноимпульсного лазера 1. Далее излучение с длиной волны диапазона 1 мкм проходит поляризатор 30, служащий для дополнительной селекции излучения по поляризации, отражается от зеркала 32 и отражается от дихроичного зеркала 33 в направлении вывода лазерного излучения из двухволнового лазерного генератора (показано на фиг.1 стрелкой).The interaction of radiation with a wavelength of 1 μm with nonlinear crystals 34 is determined by the direction of polarization of this radiation. So, in the example shown in FIG. 1, the nonlinear crystals are mounted in such an orientation that the radiation with the direction of the polarization vector perpendicular to the plane of the drawing passes through the nonlinear crystals 34, essentially without nonlinear conversion and with low losses. Thus, almost all radiation with this direction of the polarization vector entering the three-mirror cavity through the dichroic mirror 35 is reflected from the three-mirror cavity through the dichroic mirror 35 in the direction of the mirror 31. Further, this radiation reflected from the mirror 31 passes through a direct telescope 24, in where the diameter of the radiation beam increases to a predetermined value, which is determined by the requirements for a two-wave laser generator, depending on the specific area of its application. If the magnification of the direct telescope 24 is chosen equal to the magnification of the inverse telescope 17, then the output diameter of the direct telescope 24 will restore the original diameter of the laser beam coming from the output of the single-pulse laser 1. Next, radiation with a wavelength of the range of 1 μm passes through the polarizer 30, which serves to further select radiation by polarization is reflected from the mirror 32 and reflected from the dichroic mirror 33 in the direction of the output of laser radiation from a two-wave laser generator (shown in figure 1 by an arrow).

При повороте плоскости поляризации излучения с длиной волны 1 мкм на 90° посредством электрооптического ключа 22 (в примере, показанном на фиг.1 так, что вектор поляризации лежит в плоскости чертежа), излучение, проходящее через нелинейные кристаллы 34, подвергается параметрическому преобразованию, т.е. фактически поступает на вход ПГС 16 в качестве излучения накачки. Остаточная часть этого излучения, не поглощенная кристаллами 34, выходит из кольцевого резонатора через дихроичное зеркало 35, отражается зеркалом 31, проходит телескоп 24 и задерживается поляризатором 30, не поступая на выход двухволнового лазерного генератора.When the plane of polarization of radiation with a wavelength of 1 μm is rotated through 90 ° by means of an electro-optical key 22 (in the example shown in Fig. 1 so that the polarization vector lies in the plane of the drawing), the radiation passing through nonlinear crystals 34 undergoes parametric transformation, t .e. actually arrives at the input of ASG 16 as the pump radiation. The remainder of this radiation, not absorbed by the crystals 34, leaves the ring resonator through the dichroic mirror 35, is reflected by the mirror 31, passes through the telescope 24 and is delayed by the polarizer 30, without reaching the output of the two-wave laser generator.

Таким образом, электрооптический ключ 22 вместе с зеркалами 35-37 и 31-33 и поляризатором 30 образуют средства оптической коммутации, посредством которых излучение с длиной волны диапазона 1 мкм, генерируемое моноимпульсным лазером 1, может быть по выбору направлено или на выход двухволнового лазерного генератора, или на вход ПГС 16 для преобразования длины волны излучения. Очевидно, что в других вариантах осуществления изобретения для этой цели могут быть использованы любые другие подходящие средства оптической коммутации.Thus, the electro-optical key 22 together with the mirrors 35-37 and 31-33 and the polarizer 30 form optical switching means by which radiation with a wavelength of the range of 1 μm generated by the single-pulse laser 1 can optionally be directed either to the output of a two-wave laser generator , or at the input of ASG 16 to convert the radiation wavelength. Obviously, in other embodiments, any other suitable optical switching means may be used for this purpose.

Излучение с длиной волны диапазона 1 мкм, прошедшее через зеркало 35 и поступившее на вход параметрического генератора 16 света в качестве излучения накачки (т.е. имеющее соответствующую поляризацию, в примере на фиг.1 - в плоскости чертежа), создает в нелинейных кристаллах 34 область усиления, в которой формируются сигнальный и холостой пучки света, имеющие разные длины волн. Сигнальный пучок света с длиной волны диапазона 1,5 мкм (или, в общем случае, со второй длиной волны λ₂) выводится из ПГС 16 через дихроичное зеркало 36. Угловая расходимость формируемого в ПГС 16 пучка излучения с длиной волны диапазона 1,5 мкм в первом приближении прямо пропорциональна диаметру области усиления и обратно пропорциональна числу проходов сигнальной волны по кольцевому резонатору. При достаточно высокой плотности поля накачки энергетическая эффективность преобразования выходит на насыщение и практически перестает меняться с изменением плотности накачки, так что число проходов сигнальной волны по резонатору ПГС, достаточное для формирования выходного пучка, мало меняется с изменением плотности накачки. В этих условиях уменьшение диаметра пучка накачки диапазона 1 мкм, подаваемого в ПГС 16 из лазера 1, посредством обратного телескопа 17, расположенного перед ПГС 16, позволяет существенно уменьшить угловую расходимость пучка излучения с длиной волны диапазона 1,5 мкм, выводимого из ПГС 16. Результаты исследований, проведенных авторами, показали, что сжатие обратным телескопом входного пучка накачки ПГС, при условии высокой равномерности распределения мощности по поперечному сечению этого пучка накачки (что обеспечивается использованием моноимпульсного лазера, выполненного согласно изобретению, в качестве генератора накачки), дает возможность уменьшить угловую расходимость выходного излучения диапазона 1,5 мкм до величины, близкой к дифракционному пределу. В двухволновом лазерном генераторе с ПГС это позволяет достигнуть одинаковой низкой расходимости излучения на обеих длинах волн генерации.Radiation with a wavelength of the range of 1 μm, transmitted through the mirror 35 and received at the input of the parametric light generator 16 as pump radiation (i.e., having the corresponding polarization, in the example of FIG. 1, in the drawing plane), creates in nonlinear crystals 34 a gain region in which signal and idle light beams having different wavelengths are formed. A signal light beam with a wavelength of the range of 1.5 μm (or, in general, with a second wavelength of λ ₂ ) is extracted from the ASG 16 through a dichroic mirror 36. The angular divergence of the radiation beam formed in the ASG 16 with a wavelength of the range of 1.5 microns in a first approximation, it is directly proportional to the diameter of the amplification region and inversely proportional to the number of passes of the signal wave along the ring resonator. At a sufficiently high pump field density, the energy conversion efficiency becomes saturated and practically ceases to change with a change in the pump density, so that the number of passes of the signal wave through the CBC resonator, which is sufficient to form the output beam, varies little with a change in the pump density. Under these conditions, a decrease in the diameter of the pump beam of the 1 μm range supplied to the ASG 16 from the laser 1 by means of a return telescope 17 located in front of the ASG 16 allows one to significantly reduce the angular divergence of the radiation beam with a wavelength of the range of 1.5 μm extracted from ASG 16. The results of studies conducted by the authors showed that compression by the reverse telescope of the input pump beam of the CBC, provided that the power distribution over the cross section of this pump beam is highly uniform (which is ensured by using mono pulse laser, made according to the invention, as a pump generator), makes it possible to reduce the angular divergence of the output radiation in the range of 1.5 μm to a value close to the diffraction limit. In a two-wave laser generator with ASG, this makes it possible to achieve the same low divergence of radiation at both wavelengths of generation.

Для достижения максимального (в типичном случае не менее 40%) коэффициента преобразования излучения диапазона 1 мкм в излучение диапазона 1,5 мкм параметры лазера 1 и обратного телескопа 17 предпочтительно выбирать такими, чтобы на входе в параметрический генератор 16 средняя плотность излучения находилась в диапазоне 100÷150 МВт/см² (при длительности импульса в типичном случае порядка 10 нс). При этом равномерное распределение плотности мощности излучения по сечению лазерного пучка, сформированного моноимпульсным лазером 1, позволяет выровнять лучевую нагрузку на поверхности нелинейных кристаллов 34 и избежать их повреждения.In order to achieve the maximum (typically not less than 40%) conversion factor of radiation of the range of 1 μm to radiation of the range of 1.5 μm, the parameters of the laser 1 and the return telescope 17 are preferably chosen so that at the input to the parametric generator 16 the average radiation density is in the range 100 ÷ 150 MW / cm ² (with a pulse duration in the typical case of the order of 10 ns). In this case, the uniform distribution of the radiation power density over the cross section of the laser beam formed by the monopulse laser 1 makes it possible to equalize the radiation load on the surface of nonlinear crystals 34 and to avoid damage to them.

Излучение с длиной волны диапазона 1,5 мкм, выходящее из ПГС 16, проходит через прямой телескоп 23, в котором диаметр пучка излучения увеличивается до заданного значения, определяемого требованиями к двухволновому лазерному генератору, зависящими от конкретной области его применения. В случае если увеличение прямого телескопа 23 выбрано равным увеличению обратного телескопа 17, диаметр пучка излучения на выходе прямого телескопа 23 будет таким же, как диаметр исходного лазерного пучка с длиной волны диапазона 1 мкм, формируемого моноимпульсным лазером 1. Далее пучок излучения с длиной волны диапазона 1,5 мкм проходит через полуволновую фазовую пластину 29, поворачивающую плоскость его поляризации на 90°, что обеспечивает одинаковую поляризацию пучков излучения с длинами волн диапазонов 1 и 1,5 мкм на выходе двухволнового лазерного генератора. Очевидно, что в других вариантах осуществления изобретения аналогичная полуволновая фазовая пластина может быть установлена не на пути пучка диапазона 1,5 мкм, как показано на фиг.1, а на пути пучка диапазона 1 мкм между соответствующим выходом средств оптической коммутации и выходом двухволнового лазерного генератора. Затем через дихроичное зеркало 33 излучение диапазона 1,5 мкм проходит в направлении вывода лазерного излучения из двухволнового лазерного генератора.Radiation with a wavelength of the range of 1.5 μm, leaving the ASG 16, passes through a direct telescope 23, in which the diameter of the radiation beam increases to a predetermined value determined by the requirements for a two-wave laser generator, depending on the specific area of its application. If the increase in the direct telescope 23 is chosen equal to the increase in the return telescope 17, the diameter of the radiation beam at the output of the direct telescope 23 will be the same as the diameter of the original laser beam with a wavelength of the range 1 μm formed by a single-pulse laser 1. Next, the radiation beam with a wavelength of the range 1.5 μm passes through a half-wave phase plate 29, which rotates the plane of its polarization by 90 °, which ensures the same polarization of radiation beams with wavelengths of ranges 1 and 1.5 μm at the output of a two-wave las black generator. Obviously, in other embodiments of the invention, a similar half-wave phase plate may not be installed in the path of a beam of a range of 1.5 μm, as shown in figure 1, but in the path of a beam of a range of 1 μm between the corresponding output of the optical switching means and the output of a two-wave laser generator . Then, through a dichroic mirror 33, radiation of a range of 1.5 μm passes in the direction of output of laser radiation from a two-wave laser generator.

Таким образом, путем переключения поляризации ключом 22 излучение с первой длиной волны диапазона 1 мкм, генерируемое лазером 1, может быть по выбору направлено в одну из двух параллельных ветвей, в одной из которых оно преобразуется в излучение со второй длиной волны диапазона 1,5 мкм, подаваемое на выход генератора, а в другой проходит на тот же оптический выход генератора без преобразования длины волны. В результате выполнения двухволнового лазерного генератора согласно изобретению на выходе этого генератора пучки излучения обеих длин волн имеют одинаковое направление вдоль одной оси и одинаковую поляризацию, а также, по существу, одинаковый диаметр и одинаковую угловую расходимость, близкую к дифракционному пределу. Одинаковые или близкие параметры пучков излучения на обеих длинах волн позволяют использовать единый оптический тракт для их дальнейшей обработки, которая может включать их передачу и прием.Thus, by switching the polarization with the key 22, the radiation with the first wavelength of the range of 1 μm generated by the laser 1 can optionally be directed into one of two parallel branches, in one of which it is converted into radiation with the second wavelength of the range of 1.5 μm supplied to the output of the generator, and in the other passes to the same optical output of the generator without converting the wavelength. As a result of the implementation of the two-wave laser generator according to the invention, at the output of this generator, the radiation beams of both wavelengths have the same direction along the same axis and the same polarization, as well as essentially the same diameter and the same angular divergence close to the diffraction limit. The identical or similar parameters of the radiation beams at both wavelengths allow the use of a single optical path for their further processing, which may include their transmission and reception.

Следует отметить, что показанная на фиг.1 оптическая схема двухволнового лазерного генератора, в которой отклонение оптической оси осуществляется посредством зеркал 20, 21, 31 и 32, приведена только в качестве примера. Очевидно, что для формирования компактного устройства и обеспечения вывода пучков излучения с первой и второй длинами волн вдоль одной оси в одном направлении могут быть использованы любые подходящие отражающие и/или преломляющие оптические элементы.It should be noted that the optical scheme of a two-wave laser generator shown in FIG. 1, in which the optical axis is deflected by means of mirrors 20, 21, 31 and 32, is given as an example only. Obviously, to form a compact device and ensure the output of radiation beams with the first and second wavelengths along one axis in the same direction, any suitable reflective and / or refractive optical elements can be used.

ОБОЗНАЧЕНИЯNOTATION

1 - твердотельный моноимпульсный лазер1 - solid-state monopulse laser

2 - глухое зеркало оптического резонатора моноимпульсного лазера2 - deaf mirror of the optical cavity of a monopulse laser

3 - выходное зеркало оптического резонатора моноимпульсного лазера3 - output mirror of the optical cavity of a monopulse laser

4 - активный элемент4 - active element

5 - система оптической накачки5 - optical pumping system

6 - лазерные линейки или матрицы6 - laser rulers or matrices

7 - отражатель7 - reflector

8 - прозрачный монолитный блок8 - transparent monolithic block

9 - отражающее покрытие9 - reflective coating

10 - иммерсионная среда10 - immersion medium

11 - просветляющее покрытие11 - antireflection coating

12 - корпус (теплоотвод)12 - case (heat sink)

13 - теплопроводный состав13 - heat conductive composition

14 - электрооптический модулятор моноимпульсного лазера14 - electro-optical modulator monopulse laser

15 - поляризатор15 - polarizer

16 - параметрический генератор света (ПГС)16 - parametric light generator (ASG)

17 - обратный телескоп17 - reverse telescope

18, 19 - линзы обратного телескопа18, 19 - reverse telescope lenses

20, 21 - зеркала20, 21 - mirrors

22 - электрооптический ключ22 - electro-optical key

23, 24 - прямые телескопы23, 24 - direct telescopes

25, 26, 27, 28 - линзы прямых телескопов25, 26, 27, 28 - lenses of direct telescopes

29 - полуволновая пластина29 - half-wave plate

30 - поляризатор30 - polarizer

31, 32 - зеркала31, 32 - mirrors

33 - дихроичное зеркало33 - dichroic mirror

34 - кристаллы КТР34 - KTP crystals

35, 36 - дихроичные зеркала кольцевого резонатора ПГС35, 36 - dichroic mirrors of the ASG ring resonator

37 - глухое зеркало ПГС37 - blank mirror ASG

Claims

1. A solid-state monopulse laser containing an unstable telescopic optical resonator, including an output mirror, the reflection coefficient of which decreases in the direction from the center to the edge, a cylindrical active element placed in the specified optical resonator, a pump system for laterally supplying optical pump radiation to the active element and a modulator placed in an optical resonator for controlled formation of laser radiation pulses by modulating the quality factor of the optical resonator, o Leach in that the pump system is designed as a homogeneous nefokusiruyuschey optical pumping system to create a substantially uniform distribution of the pumping intensity within the cross section of the active element, the parameters of the active element and optical resonator satisfy the following relations:

where R _m is the reflection coefficient of the output mirror at the maximum;
χ is the gain of the active element, cm ^-1 ;
ρ is the total loss in the optical cavity attributed to the doubled length of the active element, cm ^-1 ;
d is the width of the distribution of the reflection coefficient of the output mirror at a level of 0.5 from the maximum value;
D is the diameter of the active element;
l is the length of the active element;
M is the increase in the telescopic resonator.

2. The solid-state monopulse laser according to claim 1, characterized in that the output mirror of the optical resonator has a Gaussian distribution of the reflection coefficient.

3. The solid-state monopulse laser according to claim 1 or 2, characterized in that the pump system contains laser diode arrays or arrays mounted on one side of the active element along its cylindrical generatrix.

4. The solid-state monopulse laser according to claim 3, characterized in that the pump system includes a reflector that directs at least a portion of the pump radiation transmitted through the active element or past the active element to the active element.

5. The solid-state monopulse laser according to claim 4, characterized in that said reflector is made in the form of a monolithic block transparent for pump radiation, in which at least a part of the side surface not illuminated externally by said laser diode arrays or arrays is coated , and which has an internal longitudinal channel into which said active element is placed.

6. The solid-state monopulse laser according to claim 5, characterized in that the outer side surface of said monolithic block is in the form of a direct prism, wherein said laser diode arrays or arrays are installed near one of its side faces, and said reflective coating is applied to at least one from the remaining side faces.

7. The solid-state monopulse laser according to claim 5, characterized in that it includes a conductive heat sink installed in thermal contact with at least a part of that part of the outer side surface of said reflector that is not illuminated externally by said laser diode arrays or arrays.

8. Two-wave laser generator, including
a master optical generator for generating optical radiation with a first wavelength,
optical switching means having an optical input connected to the output of the master optical generator, a first output connected to the output of the specified two-wave laser generator, a second output and a control input for controlling the optical switching means so as to optionally connect the optical input to the first or second output, and
a parametric light generator for converting optical radiation with a first wavelength into optical radiation with a second wavelength, the input of which is connected to the second output of the optical switching means, and the output is connected to the output of the specified two-wave laser generator,
characterized in that the master optical generator is made in the form of a solid-state monopulse laser according to one of claims 1 to 7.

9. The two-wave laser generator according to claim 8, characterized in that the parametric light generator contains a three-mirror ring resonator.

10. The two-wave laser generator according to claim 9, characterized in that it includes a reverse telescope to reduce the diameter of the radiation beam with the first wavelength, installed between the output of the master optical generator and the input of the parametric light generator, and a direct telescope to increase the diameter of the radiation beam from the second the wavelength established between the output of the parametric light generator and the output of the specified two-wave laser generator.

11. The two-wave laser generator of claim 10, wherein the increase in said direct telescope is essentially equal to the increase in said inverse telescope.

12. The two-wave laser generator according to claim 10, characterized in that at its output the divergence of the radiation beam with the first wavelength is essentially equal to the divergence of the radiation beam with the second wavelength.

13. The two-wave laser generator according to claim 10, characterized in that it also includes a direct telescope for increasing the diameter of the radiation beam with a first wavelength, installed between the first output of the optical switching means and the output of the specified laser generator, and the specified reverse telescope is installed between the output of the master optical generator and optical input means of optical switching.

14. The two-wave laser generator according to item 13, wherein the increase in these direct telescopes and a reverse telescope is such that at the output of the specified laser generator the diameter of the radiation beam with the first wavelength is essentially equal to the diameter of the radiation beam with the second wavelength.

15. The two-wave laser generator according to item 13, wherein said optical switching means include a polarizing electro-optical key mounted between the output of said inverse telescope and said three-mirror ring resonator for controlled rotation of the plane of radiation polarization with a first wavelength of 90 °, and said a direct telescope for increasing the diameter of the radiation beam with the first wavelength is installed so that radiation of the first wavelength reflected from the ring about three-mirror resonator.

16. The two-wave laser generator of claim 8, characterized in that it further includes a half-wave phase plate for rotating the plane of polarization of the transmitted radiation through 90 °, installed between the output of the parametric light generator and the output of the two-wave laser generator or between the first output of the optical switching means and the output two-wave laser generator.

17. The two-wave laser generator of claim 8, characterized in that it includes an output dichroic mirror, as well as additional reflective and / or refractive optical elements for directing a radiation beam with a first wavelength and a radiation beam with a second wavelength to the output dichroic mirror so that one of these beams passes through the output dichroic mirror, and the other is reflected from it, and these beams exit the laser generator in essentially one direction.

18. A two-wave laser generator according to one of claims 8 to 17, characterized in that the first wavelength lies in the range of about 1 μm, and the second wavelength lies in the range of about 1.5 μm.