RU2439761C1 - Активный элемент дискового лазера - Google Patents
Активный элемент дискового лазера Download PDFInfo
- Publication number
- RU2439761C1 RU2439761C1 RU2010141590/28A RU2010141590A RU2439761C1 RU 2439761 C1 RU2439761 C1 RU 2439761C1 RU 2010141590/28 A RU2010141590/28 A RU 2010141590/28A RU 2010141590 A RU2010141590 A RU 2010141590A RU 2439761 C1 RU2439761 C1 RU 2439761C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- active element
- active medium
- active
- laser
- highly reflective
- Prior art date
Links
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Активный элемент включает активную среду с просветляющим и высокоотражающим покрытиями на противоположных сторонах, присоединенную через буферный слой к теплоотводящему основанию. Высокоотражающее покрытие состоит из комбинации многослойного диэлектрического и металлических покрытий, обеспечивающей коэффициент отражения не ниже 99% для длин волн в диапазоне от 930 до 1040 нм при углах падения излучения от 0° до 30°. Технический результат заключается в повышении выходной мощности лазерного излучения посредством снижения теплового сопротивления между активной средой и теплоотводящим основанием. 1 ил.
Description
Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в твердотельных дисковых лазерах.
В последнее время мощные твердотельные дисковые лазеры с полупроводниковой накачкой находят все большее применение в отраслях машиностроения, связанных с прецизионной обработкой, сваркой и резкой материалов. Одной из отличительных черт лазера на основе дискового активного элемента является обеспечение продольного лазерному излучению температурного градиента в активной среде, что позволяет сохранять его высокое качество при увеличении плотностей мощности излучения накачки и генерации соответственно. Наиболее используемой средой для дисковых лазеров на сегодняшний день является иттрий-алюминиевый гранат, легированный ионами иттербия (YAG:Yb3+), генерация в котором осуществляется по трехуровневой схеме. Хотя тепловыделение в данном материала не велико (на уровне 10-15% от мощности излучения накачки), при больших мощностях накачки оно достигает значительных величин и приводит к нагреву активной среды. Это приводит, во-первых, к увеличению заселенности нижнего лазерного уровня и, следовательно, к повышению порога генерации и снижению эффективности, а во-вторых, - к заметным оптическим искажениям и механическим разрушениям в активном элементе. Для того чтобы предотвратить данные нежелательные процессы, необходимо обеспечивать отведение тепла от активной среды, в частности присоединять ее к теплоотводящему основанию, которое может охлаждаться с помощью системы термостабилизации (система жидкостного охлаждения или термоэлектрические элементы Пельтье). Основной проблемой для такого активного элемента является обеспечение минимальных тепловых сопротивлений в промежуточных между активной средой и теплоотводящим основанием слоях, которыми являются высокоотражающее покрытие на длинах волн генерации и накачки, и буферный слой, обеспечивающий соединение активной среды с высокоотражающим покрытием и теплоотводящего основания.
Известен дисковый элемент [1], который представляет собой кристаллический диск активной среды, с нанесенными с противоположных сторон просветляющим на длинах волн излучения накачки и генерации (940 и 1030 нм соответственно) и высокоотражающим (99.8%) на длинах волн накачки и генерации покрытиями. Причем для обеспечения теплоотвода от активной среды кристаллический диск стороной с нанесенным высокоотражающим покрытием присоединяется к медному основанию через промежуточный слой индиевой фольги. Высокоотражающее покрытие представляет собой многослойное диэлектрическое покрытие. Как было установлено в наших экспериментах, использование диэлектрических покрытий, состоящих из большого числа слоев, для обеспечения высоких коэффициентов отражения на длинах волн излучения накачки и генерации не является оптимальным. Низкая теплопроводность многослойных диэлектрических покрытий (число слоев >30) не позволяет обеспечить работу с активным элементом при больших мощностях накачки из-за перегрева активной среды.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является активный элемент дискового лазера [2], включающий активную среду с просветляющим и высокоотражающим покрытиями на противоположных сторонах, присоединенную через буферный слой к теплоотводящему основанию. На высокоотражающее покрытие нанесен слой металла. Причем для металлизации используется медь. После нанесения медного покрытия активную среду металлизированной стороной через слой мягкого припоя или индия присоединяют к теплоотводящему основанию. Покрытие из меди служит для защиты высокоотражающего покрытия от непосредственного контакта между этим покрытием и припоем/индием. Слой меди является достаточно реакционноспособным, поэтому при совершении последовательности технологических операций, разнесенных во времени, его необходимо защищать слоем менее подверженного окислению металла, например никеля. Кроме того, использование металлического слоя в данной конструкции не приводит к снижению теплового сопротивления между активной средой и теплоотводящим основанием.
Задачей настоящего изобретения является создание конструкции активного элемента с высокой выходной мощностью лазерного излучения, получаемой на активном элементе при наличии резонатора и системы накачки посредством снижения теплового сопротивления между активной средой и теплоотводящим основанием.
Указанная задача решается за счет того, что в известном активном элементе дискового лазера, включающем активную среду с просветляющим и высокоотражающим покрытиями на противоположных сторонах, присоединенную через буферный слой к теплоотводящему основанию, высокоотражающее покрытие состоит из комбинации многослойного диэлектрического и металлических покрытий, обеспечивающей коэффициент отражения не ниже 99% для длин волн в диапазоне от 930 до 1040 нм при углах падения излучения от 0° до 30°.
На чертеже представлена схема предлагаемого активного элемента дискового лазера. На активную среду 1 нанесено просветляющее покрытие 2 и высокоотражающее покрытие 3, представляющее собой комбинацию многослойного диэлектрического покрытия 4 и металлических покрытий 5, обеспечивающую заданные параметры. Активная среда 1 с нанесенными покрытиями 2 и 3 через буферный слой 6 присоединяется к теплоотводящему основанию 7.
Предлагаемый активный элемент дискового лазера работает следующим образом, при присоединении активного элемента дискового лазера к системе термостабилизации, наличии резонатора и системы введения излучения накачки (обеспечивает многократное прохождение излучения накачки через активную среду 1, в зависимости от конфигурации системы угол падения излучения составляет от 0° до 30°), после включения источника накачки в активной среде 1 осуществляется преобразование излучения накачки на длинах волн в области 940 нм в излучение генерации на длинах волн в области 1030 нм (определяется выходным зеркалом, образующим вместе с активным элементом дискового лазера резонатор), при этом часть излучения накачки (~10%) преобразуется в тепло. От активной среды 1 образующееся тепло отводится через высокоотражающее покрытие 3, буферный слой 6 и теплоотводящее основание 7 и далее сбрасывается на систему термостабилизации.
В предлагаемом активном элементе активная среда выполнена в форме кристаллического диска с диаметром 12 мм, толщиной 200 мкм и концентрацией ионов Yb3+ 15%. На одну сторону этого диска нанесено просветляющее покрытие, представляющее собой четвертьволновый слой MgF2. На заднюю сторону диска нанесено высокоотражающее покрытие, представляющее собой многослойное диэлектрическое покрытие, состоящее из небольшого (не более 10) числа слоев SiO2 и ZrO2 (или аналогичной им пары материалов с высоким и низким показателями преломления), на которое нанесено покрытие из Ag, защищенное покрытием из Cr, обеспечивающее отражение на уровне более 99% на длинах волн накачки и генерации. Вместо слоя Ag можно использовать слой Cu или Au. Кристаллический диск с указанными покрытиями соединяется с теплоотводящим основанием, изготовленным из меди (Cu), после нанесения на соединяемые поверхности слоя индия (In) посредством холодной диффузионной сварки. В результате проведенных экспериментов было установлено, что тепловое сопротивление между активной средой и теплоотводящим основанием в такой конструкции не превышает 5·10-6 (K·м2)/Вт.
В результате испытаний предлагаемого активного элемента и известного активного элемента с высокоотражающим многослойным диэлектрическим покрытием, металлизированным медью, в составе макета дискового лазера было установлено, что предлагаемый активный элемент обеспечивает увеличение выходной мощности более чем в 1,5 раза.
Источники информации
1. K.Contag, U.Brauch, A.Giesen, I.Johannsen, M.Karszewski, U.Schiegg, C.Stewen, A.Voss, "Multihundred-watt diode-pumped Yb:YAG thin disc laser" (Proceedings Paper), Proceedings Vol.2986, Solid State Lasers VI, Richard Scheps, Editors, pp.2-9 (1997).
2. Европейский патент EP 0632551 - прототип.
Claims (1)
- Активный элемент дискового лазера, включающий активную среду с просветляющим и высокоотражающим покрытиями на противоположных сторонах, присоединенную через буферный слой к теплоотводящему основанию, отличающийся тем, что высокоотражающее покрытие состоит из комбинации многослойного диэлектрического и металлических покрытий, обеспечивающей коэффициент отражения не ниже 99% для длин волн в диапазоне от 930 до 1040 нм при углах падения излучения от 0° до 30°.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010141590/28A RU2439761C1 (ru) | 2010-10-11 | 2010-10-11 | Активный элемент дискового лазера |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010141590/28A RU2439761C1 (ru) | 2010-10-11 | 2010-10-11 | Активный элемент дискового лазера |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2439761C1 true RU2439761C1 (ru) | 2012-01-10 |
Family
ID=45784326
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010141590/28A RU2439761C1 (ru) | 2010-10-11 | 2010-10-11 | Активный элемент дискового лазера |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2439761C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2646431C1 (ru) * | 2016-12-09 | 2018-03-05 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Способ монтажа дискового активного элемента на высокотеплопроводный радиатор |
RU2687088C1 (ru) * | 2017-11-27 | 2019-05-07 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Активный элемент дискового лазера с системой охлаждения |
-
2010
- 2010-10-11 RU RU2010141590/28A patent/RU2439761C1/ru active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2646431C1 (ru) * | 2016-12-09 | 2018-03-05 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Способ монтажа дискового активного элемента на высокотеплопроводный радиатор |
RU2687088C1 (ru) * | 2017-11-27 | 2019-05-07 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Активный элемент дискового лазера с системой охлаждения |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tsunekane et al. | High-power operation of diode edge-pumped, composite all-ceramic Yb: Y3Al5O12 microchip laser | |
JP2002530899A (ja) | 低ドーピングされたゲイン媒体バックグラウンドを有するレーザー | |
US8929413B2 (en) | Laser gain module and method for producing such a module | |
Kuznetsov et al. | Thermal effects in end-pumped Yb: YAG thin-disk and Yb: YAG/YAG composite active element | |
WO2005091446A1 (ja) | 固体レーザー装置 | |
JP3169614B2 (ja) | 強い熱集束をもつ結晶を用いたダイオードポンピングレーザ | |
WO2020118914A1 (zh) | 一种高功率板条绿光激光器 | |
US20050074041A1 (en) | Diamond cooled laser gain assembly using low temperature contacting | |
IL130740A (en) | Thermally improved slab laser pump cavity apparatus with integral concentrator | |
Tsunekane et al. | High-power operation of diode edge-pumped, glue-bonded, composite Yb: Y3Al5O12 microchip laser with ceramic, undoped YAG pump light-guide | |
WO2010096257A2 (en) | Grazing-incidence-disk laser element | |
RU2439761C1 (ru) | Активный элемент дискового лазера | |
JP3011136B2 (ja) | 励起型固体レーザ装置 | |
IL153302A (en) | System and method for pumping a slab laser | |
RU2687088C1 (ru) | Активный элемент дискового лазера с системой охлаждения | |
JP2007299962A (ja) | 薄ディスクレーザ装置 | |
CN114744476A (zh) | 基于细长键合晶体的3.9μm中波红外激光器 | |
RU2646431C1 (ru) | Способ монтажа дискового активного элемента на высокотеплопроводный радиатор | |
KR101907692B1 (ko) | 레이저 빔을 방출하기 위해 종방향 냉각하는 안티-횡단 레이징 디바이스 | |
Tsunekane et al. | Design and performance of compact heatsink for high-power diode edge-pumped, microchip lasers | |
WO2006020925A2 (en) | High thermal-conductivity materials for a cooled laser gain assembly | |
Tsunekane et al. | High-power, diode edge-pumped, single-crystal Yb: YAG/ceramic YAG composite microchip Yb: YAG laser for material processing | |
Dashcasan et al. | Designing of an efficient multi-aperture, edge pumped thin-disk laser | |
Tang et al. | High-average power disk laser face-pumped by 2D-stack diode arrays | |
Mackenzie | Power-scaling Nd: YAG's quasi-four-level transition |