RU2525578C2 - Method of outputting and controlling energy/power of output laser radiation and apparatus therefor - Google Patents
Method of outputting and controlling energy/power of output laser radiation and apparatus therefor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2525578C2 RU2525578C2 RU2012129262/28A RU2012129262A RU2525578C2 RU 2525578 C2 RU2525578 C2 RU 2525578C2 RU 2012129262/28 A RU2012129262/28 A RU 2012129262/28A RU 2012129262 A RU2012129262 A RU 2012129262A RU 2525578 C2 RU2525578 C2 RU 2525578C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- output
- mirror
- power
- energy
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Заявленное техническое решение относится к способам регулируемого вывода излучения из резонатора лазера. Заявленный способ относится к способам и устройствам вывода энергии (импульсных) и мощности (непрерывных) лазеров с резонаторами, между выходным зеркалом и активным элементом которых имеется некоторое пространство.The claimed technical solution relates to methods for controlled output of radiation from a laser cavity. The claimed method relates to methods and devices for outputting energy (pulsed) and power (continuous) lasers with resonators, between the output mirror and the active element of which there is some space.
Заявленный способ не может быть использован в случаях, когда покрытия зеркал резонаторов нанесены непосредственно на торцы активных элементов лазеров, или в лазерах, имеющих другие подобные решения, т.е. когда резонаторы составляют с активными элементами одно целое (миниатюрных лазерных устройств). Заявленное техническое решение также не относится к случаям, когда регулирование выходной мощности лазеров обеспечивается различными электронными способами - например, путем управления (изменения) энергии/мощности источника накачки.The claimed method cannot be used in cases where the coatings of the mirrors of the resonators are applied directly to the ends of the active elements of the lasers, or in lasers having other similar solutions, i.e. when the resonators are one with the active elements (miniature laser devices). The claimed technical solution also does not apply to cases where the regulation of the output power of the lasers is provided by various electronic methods - for example, by controlling (changing) the energy / power of the pump source.
Заявленное техническое решение может быть использовано при создании любых типов лазеров, которые имеют резонатор, зеркала которого конструктивно отделены от активного элемента. Причем это техническое решение может применяться в лазерах различного типа: лазерах, действующих на фиксированной частоте, в перестраиваемых лазерах, лазерах ультракоротких импульсов, лазерных фотометрах и спектрометрах. Заявленный способ может быть применен в лазерах, которые действуют в различных спектральных диапазонах, включая: средний инфракрасный, инфракрасный, видимый, ультрафиолетовый, вакуумно-ультрафиолетовый и мягкий рентген.The claimed technical solution can be used to create any types of lasers that have a resonator, the mirrors of which are structurally separated from the active element. Moreover, this technical solution can be used in lasers of various types: lasers operating at a fixed frequency, tunable lasers, ultrashort pulse lasers, laser photometers and spectrometers. The claimed method can be applied in lasers that operate in various spectral ranges, including: medium infrared, infrared, visible, ultraviolet, vacuum-ultraviolet and soft x-rays.
Попытки регулирования выходной энергии/мощности с целью достижения максимальной при выбранном уровне накачки оперативно и простыми действиями до настоящего времени являлись малоэффективными. Технические решения способов регулирования, заявленные ранее, порой трудоемкие и дорогие, не решали эту задачу в полной мере, а также эти решения часто имели узкоспециализированные области применения. Кроме того, устройства, реализующие эти решения, были сложны конструктивно и трудновыполнимы технологически.Attempts to control the output energy / power in order to achieve the maximum at the selected level of pumping quickly and simply have been ineffective so far. The technical solutions of the regulation methods announced earlier, sometimes laborious and expensive, did not solve this problem to the full, and also these solutions often had highly specialized fields of application. In addition, devices implementing these solutions were structurally complex and technologically challenging.
Заявленное техническое решение заключается в замене выходного (полупрозрачного) зеркала резонатора лазера на зеркало с отражением, близким к 100%, и введением в резонатор дополнительного перемещаемого выводного непрозрачного зеркала, при помощи которого осуществляется вывод оптической энергии/мощности лазера. Это выводное зеркало установлено к оси резонатора, в общем случае, под углом, таким образом, чтобы отраженное от него излучение свободно выводилось из резонатора, не задевая элементы и узлы лазера. Само выводное зеркало устанавливается на специальном устройстве, которое позволяет прецизионно, возвратно-поступательно перемещать это зеркало в плоскости его отражающей поверхности.The claimed technical solution consists in replacing the output (translucent) mirror of the laser resonator with a mirror with a reflection close to 100%, and introducing an additional movable output opaque mirror into the resonator, with which the optical energy / laser power is output. This output mirror is mounted to the axis of the resonator, in the general case, at an angle so that the radiation reflected from it is freely removed from the resonator without touching the elements and components of the laser. The output mirror itself is mounted on a special device that allows you to precisely, reciprocally move this mirror in the plane of its reflective surface.
При накачке активной среды лазера в его резонаторе устанавливается стоячая световая волна. При перемещении выводного зеркала с помощью специального устройства в направлении к оси резонатора с некоторого его положения выводное зеркало начинает частично перекрывать поле этой волны. Эта часть перекрытой световой волны отражается от поверхности зеркала и выводится из резонатора как полезное излучение. Оставшаяся внутри резонатора лазера часть энергии стоячей волны используется для самоподдержания. При дальнейшем перемещении зеркала в том же направлении выводимая энергия/мощность полезного излучения сначала будет возрастать до максимума, а при дальнейшем перемещении - убывать. Далее при достижении определенного положения выводного зеркала, когда энергии/мощности стоячей волны, остающейся в резонаторе лазера, будет недостаточно для самоподдержания, генерация излучения срывается.When pumping the active medium of the laser, a standing light wave is established in its cavity. When moving the output mirror using a special device in the direction to the axis of the resonator from a certain position, the output mirror begins to partially overlap the field of this wave. This part of the blocked light wave is reflected from the surface of the mirror and is removed from the resonator as useful radiation. The part of the standing wave energy remaining inside the laser cavity is used for self-support. With further movement of the mirror in the same direction, the output energy / power of the useful radiation will first increase to a maximum, and with a further movement, decrease. Further, when a certain position of the output mirror is reached, when the energy / power of the standing wave remaining in the laser cavity is insufficient for self-maintenance, the generation of radiation breaks down.
Таким образом, заявленным способом обеспечивается возможность плавного регулируемого вывода энергии/мощности из резонатора лазера без выключения собственно самого лазера. Использование заявленного способа для выбранного уровня энергии/мощности накачки лазера при помощи устройства позволяет найти такое положение выводного зеркала, при котором уровень выводимой энергии/мощности лазера будет максимальный. Таким образом, назначением устройства является регулирование мощности/энергии лазера с целью:Thus, the claimed method provides the possibility of a smoothly controlled output of energy / power from the laser cavity without turning off the laser itself. Using the inventive method for the selected level of energy / pump power of the laser using the device allows you to find the position of the output mirror at which the level of output energy / laser power will be maximum. Thus, the purpose of the device is to control the power / energy of the laser in order to:
1. нахождения и установки максимального уровня выводимой энергии/мощности излучения лазер, при выбранном уровне накачки оперативно без его выключения;1. finding and setting the maximum level of output laser energy / radiation power, at the selected pump level, promptly without turning it off;
2. регулирование уровня энергии/мощности излучения лазера с целью установки необходимого потребителю уровня в пределах от минимальной до максимально достижимой по условиям п.1.2. Regulation of the energy level / laser radiation power in order to set the level necessary for the consumer in the range from minimum to maximum achievable under the conditions of
При регулировании выходной энергии/мощности лазера заявленным способом положение пятна луча лазера на мишени не испытывает каких-либо смещений.When adjusting the output energy / laser power of the claimed method, the position of the spot of the laser beam on the target does not experience any displacement.
Заявителем проведен анализ известного уровня техники на дату подачи заявки и выявлены аналоги технических решений, имеющие непосредственное отношение к заявленному техническому решению в отношении как известных способов, так и устройств. Ниже заявитель приводит информацию о выявленных способах регулирования энергии/мощности лазеров и устройствах, их реализующих.The applicant has analyzed the prior art at the filing date of the application and identified analogues of technical solutions that are directly related to the claimed technical solution in relation to both known methods and devices. Below, the applicant provides information on the identified methods of regulating the energy / power of the lasers and devices that implement them.
Проблема простого регулирования выходной энергии/мощности лазеров является актуальной со времени создания собственно лазеров.The problem of simply controlling the output energy / power of the lasers has been relevant since the creation of the lasers themselves.
Проблема же создания способа и устройства, позволяющего плавно регулировать выводимую мощность лазера без его отключения, является наиболее актуальной и не разрешенной до настоящего времени вследствие наличия объективных не разрешенных в полной мере технических противоречий, описанных, например, в следующих описаниях изобретений и патентах.The problem of creating a method and device that allows you to smoothly adjust the output power of the laser without turning it off is the most relevant and not resolved to date due to the presence of objective technical issues that are not fully resolved, as described, for example, in the following descriptions of inventions and patents.
Известно техническое решение (аналог 1) по патенту US 3448404 от 1969 года, (H01S 3/05, Filed Dec. 22, 1965, Ser. No. 515, 791 Int Cl. H01S 3/05 U.S. Cl. 331-94.5), заявленному Розом Макфарлейном (Ross A. McFarlane) с соавторами. Был предложен способ регулирования выходной мощности газового лазера при помощи прозрачной пластины 21 и зеркала 22 (Фиг.1). Этот способ основан на известной зависимости пропускания/отражения прозрачной пластинки от угла падения на нее излучения. В этом способе изначально пластинка 21 устанавливается под углом Брюстера (параллельно пластинкам 12 и 13, они являются окнами газовой кюветы активного элемента лазера, и которые установлены на нее так же под углом Брюстера). В этом положении пластинки 21 излучение, генерируемое лазером, проходит без потерь. При отклонении этой пластинки от угла Брюстера часть излучения начинает от нее отражаться (отбирается часть мощности от генерируемого излучения) и зеркалом 22 направляется на поглотитель. Таким образом, на выходе лазера (зеркало 16) выбирается необходимый уровень мощность излучения. Следует отметить, что регулирование выходной мощности лазера изменением мощности его накачки в то время не представлялось возможным вследствие уровня развития электроники того времени, а потребность в регулировании выходной мощности лазера была актуальной уже тогда (аналог 1).Known technical solution (analogue 1) according to the patent US 3448404 from 1969, (
Недостатками известного способа и устройства являются:The disadvantages of the known method and device are:
1. нет возможности нахождения максимально возможной выводимой мощности при выбранном уровне накачки вследствие того, что начальный уровень выводимой мощности определяется пропусканием выходного зеркала (16) резонатора лазера, а в этом способе идеологически и конструктивно заложено регулирование только в сторону уменьшения (ослабления) от этого начального уровня выводимой мощности. А коэффициент отражения этого выходного зеркала (16), оптимальный для одного уровня накачки лазера, будет неоптимальным для другого уровня его накачки;1. there is no way to find the maximum possible output power at the selected pump level due to the fact that the initial level of output power is determined by passing the output mirror (16) of the laser resonator, and in this method, ideologically and constructively, regulation is only set in the direction of decreasing (attenuation) from this initial output power level. And the reflection coefficient of this output mirror (16), which is optimal for one level of laser pumping, will not be optimal for another level of pumping;
2. применим только для лазеров, действующих в узкой спектральной области, вследствие наличия конструктивных элементов, которые ее ограничивают, т.к. эта область ограничена спектральной областью пропускания прозрачной пластинки применяемой в резонаторе лазера;2. applicable only to lasers operating in a narrow spectral region, due to the presence of structural elements that limit it, because this region is limited by the spectral transmission region of the transparent plate used in the laser cavity;
3. низкая точность удержания пятна луча лазера на мишени во время регулирования, что является следствием особенности конструкции устройства, т.к. пятно луча лазера на мишени будет испытывать смещение вызванное преломлением луча в регулирующей пластинке 21, которая имеет конечную толщину. Причем это смещение тем больше, чем больше угол между плоскостью регулирующей пластинки и осью резонатора, а также оно зависит от толщины этой пластинки;3. low accuracy of the retention of the laser beam spot on the target during regulation, which is a consequence of the design features of the device, because the spot of the laser beam on the target will experience displacement caused by the refraction of the beam in the control plate 21, which has a finite thickness. Moreover, this shift is greater, the larger the angle between the plane of the control plate and the axis of the resonator, and it also depends on the thickness of this plate;
4. большое число оптических элементов и узлов для реализации в устройстве, что резко усложняет конструкцию, т.к. для реализации известного устройства требуются три дополнительных элемента: прозрачная пластинка 21, зеркало 22 и элемент поглощающий излучение, каждый со своим механическим узлом для их удержания. Причем угол между пластинкой 21 и зеркалом 22 должен быть 90 градусов.4. a large number of optical elements and nodes for implementation in the device, which dramatically complicates the design, because for the implementation of the known device requires three additional elements: a transparent plate 21, a
Известен способ (аналог 2) регулируемого вывода излучения из резонатора, предложенный в работе: «Eduardo Granados, David W. Coutts, and David J. Spence / Mode-locked deep ultraviolet Ce:LiCAF laser // OPTICS LETTERS / Vol.34, No.11 P.1660-1662». В этой работе приводится описание лазера с лазерной накачкой, в котором полезная часть излучения выводится из резонатора при помощи прозрачной пластинки. Причем плавное изменение выводимой мощности этого лазера с целью регулирования осуществляется ее поворотом. Ниже в описании представлен фрагмент из этой статьи и рисунок со схемой этого лазера с подписью к нему, а также часть текста статьи, где описывается его схема. Тут же заявителем приводятся соответствующие переводы на русский язык.A known method (analogue 2) of the controlled output of radiation from the resonator, proposed in the work: “Eduardo Granados, David W. Coutts, and David J. Spence / Mode-locked deep ultraviolet Ce: LiCAF laser // OPTICS LETTERS / Vol.34, No .11 P.1660-1662. " In this work, a laser pumped laser is described, in which the useful part of the radiation is removed from the resonator using a transparent plate. Moreover, a smooth change in the output power of this laser for regulation is carried out by its rotation. Below in the description is presented a fragment from this article and a drawing with a diagram of this laser with a signature on it, as well as part of the text of the article, where its scheme is described. The applicant immediately provides the relevant translations into Russian.
На Фиг.2 жирным шрифтом выделена фраза, относящаяся к существу вопроса: «....The three cavity mirrors had low transmission (<0.03%), and so a 6-mm-thick UV-grade silica plate placed in the cavity at close to Brewster's angle was used as a variable output coupler. The cavity lengths of the pump and cerium laser were matched for synchronous mode locking. Each time the chopper opened a stable mode-locked pulse train was produced after approximately 4 mks build up time. A maximum output of 52 mW was obtained, with an output coupling of 3% inferred by measurement of the coupler angle. All reflections from the plate were included in the power measurement; this power could be easily produced in a single output beam with a suitable transmissive cavity mirror.…» Перевод текста: «…Три зеркала резонатора имели низкое пропускание (<0,03%), и также пластина 6-мм толщины из УФ-кварца, помещенная в резонатор под углом, близким к углу Брюстера, была использована в качестве выходного зеркала с переменным пропусканием. Длина резонатора для накачки цериевого лазера была подобрана для достижения синхронизации мод. Каждый раз, когда прерыватель открывался, устанавливался стабильный режим последовательности импульсов генерируемых приблизительно после 4 мкс от момента его открывания. Максимальная мощность 52 мВт была получена при выходной связи вывода из резонатора около 3% (эквивалентно выходному зеркалу с пропусканием 3%), определяемых изменением угла ответвителя. Все отражения от пластины были учтены при измерении выводимой мощности; эту мощность можно было легко определить по резонатору с одиночным выходным пучком с зеркалом с эквивалентным пропусканием…» (аналог 2).In FIG. 2, the phrase related to the subject matter is marked in bold: “.... The three cavity mirrors had low transmission (<0.03%), and so a 6-mm-thick UV-grade silica plate placed in the cavity at close to Brewster's angle was used as a variable output coupler. The cavity lengths of the pump and cerium laser were matched for synchronous mode locking. Each time the chopper opened a stable mode-locked pulse train was produced after approximately 4 mks build up time. A maximum output of 52 mW was obtained, with an output coupling of 3% inferred by measurement of the coupler angle. All reflections from the plate were included in the power measurement; this power could be easily produced in a single output beam with a suitable transmissive cavity mirror. ... "Translation of the text:" ... Three resonator mirrors had low transmittance (<0.03%), and also a 6 mm thick wafer made of UV quartz placed in the resonator at an angle close to the Brewster angle was used as an output mirror with variable transmission. The length of the cavity for pumping the cerium laser was chosen to achieve mode locking. Each time the interrupter opened, a stable mode of the sequence of pulses generated after approximately 4 μs from the moment of its opening was established. The maximum power of 52 mW was obtained with an output coupling of the output from the resonator of about 3% (equivalent to an output mirror with a transmission of 3%), determined by a change in the angle of the coupler. All reflections from the plate were taken into account when measuring the output power; this power could easily be determined by a resonator with a single output beam with a mirror with equivalent transmission ... ”(analogue 2).
В известном способе по аналогу 2 для регулирования выходного излучения в качестве физического принципа, так же как и в аналоге способа регулирования 1, используется зависимость коэффициента отражения прозрачной пластинки от угла падения на нее излучения. Только в аналоге 2 пластинка используется для вывода полезного излучения из резонатора лазера, который составлен их «глухих», с отражением, равным 100% зеркал. Этим способом возможно плавное регулирование выходной энергии/мощности и при регулировании можно найти такое положение пластинки, при котором выходная энергия/мощность лазера с таким резонатором будет максимальной. Однако в аналоге 2 в соответствии с законами оптики в противоположную сторону от направления выводимого излучения, указанного авторами, излучение будет отражаться также и противоположной стороной пластинки, что приведет к дополнительным потерям. На последнее, весьма негативное свойство аналога 2 авторами не было обращено внимание читателя.In the known method according to
Недостатками известного способа и устройства являются:The disadvantages of the known method and device are:
1. узкий спектральный диапазон его применения вследствие наличия конструктивных элементов, которые ее ограничивают, т.к. эта область ограничена спектральной областью пропускания применяемой прозрачной пластинки;1. narrow spectral range of its application due to the presence of structural elements that limit it, because this region is limited by the spectral transmission region of the used transparent plate;
2. сложность регулирования выводимой мощности вследствие особенностей принципа действия устройства, т.к. при регулировании энергии/мощности направление выводимого излучения меняется весьма существенно, а именно: угол между крайними положениями пучка выходного излучения составляет десятки градусов. В этом случае имеется необходимость перемещать «потребителя» излучения такого лазера, например мишень, и снова наводить излучение на то же место, куда падало излучение до предыдущей подстройки выводимой энергии/мощности;2. the complexity of the regulation of the output power due to the features of the principle of operation of the device, because when regulating energy / power, the direction of the output radiation changes quite significantly, namely: the angle between the extreme positions of the output beam is tens of degrees. In this case, there is a need to move the "consumer" of the radiation of such a laser, for example, a target, and again direct the radiation to the same place where the radiation fell before the previous adjustment of the output energy / power;
3. низкий КПД устройства вследствие особенности конструкции устройства - присутствия отражения в направлении, противоположном выводимому, указанному на Фиг.2 (на рисунке авторами не показано), это является каналом дополнительных потерь, что снижает КПД (эффективность) лазера в целом;3. low efficiency of the device due to the design of the device — the presence of reflection in the opposite direction to that shown in Figure 2 (not shown by the authors in the figure), this is a channel for additional losses, which reduces the efficiency (efficiency) of the laser as a whole;
4. сложность реализации конструкции известного устройства вследствие того, что для устройства, реализующего этот известный способ, кроме узла для вращения пластинки, с помощью которой осуществляется регулирование выходной энергии/мощности лазера, потребуется специальное устройство для перемещения мишени, то есть приемника излучения, которое отслеживало бы изменение направления выводимого луча лазера.4. the complexity of the construction of the known device due to the fact that for the device that implements this known method, in addition to the node for rotating the plate, with which the output energy / laser power is controlled, a special device will be needed to move the target, that is, the radiation receiver, which tracked would change the direction of the output laser beam.
Известен способ (аналог 3), в котором для регулирования выходной энергии/мощности излучения лазера используется интерференционное зеркало в виде клина-фильтра. Этот способ представлен в патенте US 4187475 от 5 февраля 1980 года, заявленном Ирвином Видером (Irwin Wieder). (Int. Cl. H01S 3/08 U.S. Cl. 331/94.5 S; 331/94.5 C; 350/288). Этот клин-фильтр представляет собой интерференционное зеркало, у которого толщины слоев диэлектрических покрытий изменяются от одного края зеркала до другого. В результате пропускание такого зеркала для конкретной выбранной длины волны является функцией его положения относительно падающего на него луча. Этот клин-фильтр используется в качестве выходного зеркала резонатора лазера. Регулирование энергии осуществляется возвратно-поступательным перемещением данного зеркала перпендикулярно оси резонатора. Перемещением этого выходного зеркала находят такое его положение, при котором вывод выходной энергии лазера максимальный.A known method (analogue 3), in which to control the output energy / radiation power of the laser uses an interference mirror in the form of a wedge filter. This method is presented in US patent 4187475 dated February 5, 1980, claimed by Irwin Wieder (Irwin Wieder). (Int. Cl.
На Фиг.3 изображен клин-фильтр. На подложку 2 из стекла или кварца нанесены диэлектрические слои 4, 6, 8, 10 и 12 последовательно с большой и малой диэлектрической постоянной таким образом, что толщина каждого слоя линейно возрастает от одного конца подложки до другого. Таким образом, пропускание такого фильтра для выбранной длины волны будет функцией положения пучка излучения относительно краев такого зеркала (аналог 3).Figure 3 shows a wedge filter.
Недостатками известного способа и устройства являются:The disadvantages of the known method and device are:
1. узкий спектральный диапазон применения такого способа, так как он ограничен диапазоном прозрачности основы клина-фильтра, а также напыляемых на нее материалов;1. a narrow spectral range of application of this method, since it is limited by the transparency range of the base of the wedge filter, as well as the materials sprayed onto it;
2. сложная технология и дороговизна нанесения диэлектрических покрытий переменной толщины.2. sophisticated technology and high cost of applying dielectric coatings of variable thickness.
3. сложная конструкция устройства как в реализации, так и в использовании, так как оно выполняет сразу две функции: выходного зеркала резонатора лазера и регулирующего устройства. То есть кроме обычных винтов юстировки, требующихся для настройки этого клина-фильтра как выходного зеркала резонатора лазера, этот узел должен иметь устройство продольного перемещения, причем весьма прецизионное, такое чтобы эта юстировка сохранялась. Поэтому в известном способе 3 при его использовании для клина-фильтра применяется автоматическая подстройка с электронным управлением.3. The complex design of the device, both in implementation and in use, since it performs two functions at once: the output mirror of the laser resonator and the control device. That is, in addition to the usual alignment screws required to configure this wedge filter as the output mirror of the laser resonator, this assembly must have a longitudinal displacement device, and it must be very precise, so that this alignment is preserved. Therefore, in the known
Известен способ (аналог 4), позволяющий производить регулировку выходного излучения лазера посредством дополнительного внутрирезонаторного устройства, защищенного патентом US 3243724 от 1963 года, заявленный Артуром Вилстеком (Arthur A. Vuylsteke). (U.S. Patents 3243724 1/1963 S.n. 250, 250 3 Claims (Cl.331-94.5)). Схема установки реализующей этот способ приведена на Фиг.4. В этом способе используется деление внутрирезонаторного циркулярно поляризованного света лазера на обыкновенную и необыкновенную волны двулучепреломляющим кристаллом 20, введенным в резонатор, а также введенного туда же регулирующего элемента 18, способного вращать поляризацию проходящего сквозь него излучения, в качестве которого, например, может служить ячейка Керра. Путем вращения последнего относительно оси резонатора осуществляется регулирование излучения и, соответственно, изменяется доля выводимой мощности лазерного излучения.A known method (analogue 4), which allows you to adjust the output radiation of the laser through an additional intracavity device, is protected by patent US 3243724 from 1963, claimed by Arthur Wilstek (Arthur A. Vuylsteke). (U.S. Patents 3243724 1/1963 S.n. 250, 250 3 Claims (Cl.331-94.5)). The installation diagram implementing this method is shown in Fig.4. This method uses the division of intracavity circularly polarized laser light into ordinary and extraordinary waves by a
Принцип регулирования приведен на Фиг.4. В качестве активного элемента лазера использовался рубин 10 в виде цилиндрического стержня с плоскопараллельными торцами 12 и 14, которые были перпендикулярными к оси стержня. На торце 12 нанесено покрытие с коэффициентом отражения, близким к единице. Это покрытие вместе с зеркалом 22 образуют «глухой» (т.е. оба зеркала имеют 100% отражения на длине волны генерации) резонатор лазера. Торец 14 покрытия не имеет, поэтому вся генерируемая энергия свободно проходит через него. Стержень 10 окружает импульсная лампа накачки выполненная в виде спирали 16, которая подключена к источнику питания 17. Выходной пучок излучения поляризован перпендикулярно оси стержня. На пути луча лазерной генерации, т.е. соосно стержню, расположен вращатель поляризации 18, а за ним - двулучепреломляющий селектор поляризации 20, который разделяет пучок излучения на два - обыкновенный и необыкновенный пучки. Необыкновенный пучок выходит из лазерного резонатора как полезное излучение, а обыкновенный остается в нем, отражаясь от зеркала 22 для поддержания стоячей волны генерации лазера.The regulation principle is shown in Fig.4. As the active element of the laser,
Недостатками известного способа и устройства являются:The disadvantages of the known method and device are:
1. большие потери излучения на поверхностях и в теле дополнительных элементов 18 и 20, введенных в резонатор, которые вносят в последнем дополнительные потери, что отрицательно сказывается на выходных характеристиках лазера;1. large losses of radiation on the surfaces and in the body of the
2. узкий спектральный диапазон применения, который ограничивается спектральными и оптическими характеристиками двулучепреломляющих оптических элементов и элементов для вращения плоскости поляризации, кроме того, поляризационно-активные материалы известны только для узкой спектральной области - видимый и ближний ИК диапазоны;2. a narrow spectral range of application, which is limited by the spectral and optical characteristics of birefringent optical elements and elements for rotating the plane of polarization, in addition, polarization-active materials are known only for a narrow spectral region — visible and near infrared ranges;
3. сложная конструкция устройства, которое занимает большое внутрирезонаторное пространство, т.к. для реализации устройства требуются два оптических элемента, которые устанавливаются в резонатор одно за другим, каждый со своим узлом юстировки, при этом с прецизионным вращением одного из них.3. the complex design of the device, which occupies a large intracavity space, because To implement the device, two optical elements are required, which are installed in the resonator one after another, each with its own alignment unit, while with the precision rotation of one of them.
Известен способ (аналог 5) регулирования выходной мощности который описывается в патенте (RU 2150773, МПК H01S 3/08, заявка 98118589/28, 08.10.1998). Для этого в мощном лазере используется устойчиво-неустойчивый резонатор (см. Фиг.8), внутри которого располагается «плоская» протяженная активная среда. Устойчиво-неустойчивый резонатор, имеющий устойчивость в вертикальной плоскости (вид резонатора в этой плоскости изображен на нижней части Фиг.5), а перпендикулярно к ней располагается плоскость неустойчивости, в которой осуществляется регулирование выходной мощности. Вид резонатора в этой плоскости с устройством регулирования изображен на верхней части Фиг.5. Вывод излучения в лазере осуществляется путем возвратно-поступательного перемещения блока зеркал 4 вдоль направления вывода. В плоскости неустойчивости резонатор имеет небольшой коэффициент увеличения М, 1<М<2. Технический результат изобретения состоит в возможности регулирования уровня выводимой мощности с возможностью нахождения максимального ее уровня при заданном уровне накачки, что ведет к увеличению КПД лазера.A known method (analogue 5) for controlling the output power is described in the patent (RU 2150773,
Недостатками известного способа и устройства являются:The disadvantages of the known method and device are:
1. низкая пространственная когерентность генерируемого лазерного пучка - он состоит как бы из двух пучков, поэтому в блоке зеркал угол между зеркалами должен выдерживаться равным 90 градусам максимально точно, иначе на большом расстоянии эти половины пучка разойдутся;1. low spatial coherence of the generated laser beam — it consists of two beams, so the angle between the mirrors in the block of mirrors must be kept equal to 90 degrees as accurately as possible, otherwise these halves of the beam will diverge at a great distance;
2. устройство резонатора сложно конструктивно, т.к. требует прецизионных узлов с юстировкой как для каждого из зеркал блока, так и для перемещения всего блока регулировки.2. The resonator device is difficult to construct, because It requires precision units with adjustment both for each of the block mirrors and for moving the entire adjustment block.
Известен способ (аналог 6) вывода мощности/энергии из резонатора лазера. Суть этого способа изложена в книге: Е.Ф. Ищенко, «ОТКРЫТЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ РЕЗОНАТОРЫ НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ И РАСЧЕТА», МОСКВА: СОВЕТСКОЕ РАДИО. - 1980 г. На странице 8 приводится Фиг.1.2 (см. Фиг.6 этой заявки) со следующим текстом: «…Иногда используют элемент с отверстием связи (Фиг.1.2б); таких отверстий может быть несколько. Возможен также вывод излучения через края одного из отражателей (Фиг.1.2в) или с помощью полупрозрачной пластинки, помещаемой внутрь полости резонатора (Фиг.1.2г)».A known method (analogue 6) output power / energy from the laser cavity. The essence of this method is described in the book: E.F. Ischenko, “OPEN OPTICAL RESONATORS SOME QUESTIONS OF THEORY AND CALCULATION”, MOSCOW: SOVIET RADIO. - 1980. On
Пропускание такого зеркала, в свою очередь, определяется прозрачностью выходного зеркала на фиг.6 - рис.1.2а или отношением площади отверстия в выходном зеркале к площади пятна стоячей волны (на рисунках 1.2 область стоячей волны заштрихована), образуемой в лазере во время генерации - рис.1.2б, или площади пятна стоячей волны к площади зеркала для случая 1.2в. Следует обратить внимание, что в случаях, приведенных на фиг.6 (рис.1.2б и 1.2в), излучение выводится за края выходных зеркал. Размер пятна стоячей волны, в свою очередь, определяется конфигурацией резонатора (с плоскими зеркалами, расположенными конфокально, концентрически и т.п.). В случае схемы резонатора, отображенного на Фиг.6 (рис.1.2г), уровень выводимой мощности/энергии из резонатора определяется прозрачностью (зеркальностью) пластинки, помещаемой внутрь его полости. Здесь отметим особо, что для случаев, приведенных на фиг.6 (рис.1.2а-в), каждый раз при замене зеркала требуется юстировка резонатора, а в случае, приведенном на фиг.6 (рис.1.2г.), юстировки не требуется.The transmission of such a mirror, in turn, is determined by the transparency of the output mirror in Fig. 6 - Fig. 1.2a or by the ratio of the area of the hole in the output mirror to the area of the standing wave spot (in Fig. 1.2, the standing wave region is shaded) generated in the laser during generation - Fig.1.2b, or the area of a spot of a standing wave to the area of a mirror for the case 1.2c. It should be noted that in the cases shown in Fig.6 (Fig.1.2b and 1.2c), the radiation is output beyond the edges of the output mirrors. The size of a standing wave spot, in turn, is determined by the configuration of the resonator (with flat mirrors arranged confocal, concentrically, etc.). In the case of the resonator circuit shown in Fig. 6 (Fig. 1.2d), the level of output power / energy from the resonator is determined by the transparency (specularity) of the plate placed inside its cavity. We emphasize here that for the cases shown in Fig. 6 (Fig. 1.2a-c), each time the mirror is replaced, alignment of the resonator is required, and in the case shown in Fig. 6 (Fig. 1.2d), no adjustment required.
Недостатками известного способа и устройства являются:The disadvantages of the known method and device are:
1. отсутствие возможности оперативного регулирования выходной мощности/энергии без выключения лазера, т.к. для изменения отношения площади пятна выводимого излучения к площади оставшейся части пятна стоячей волны на зеркале резонатора требуется набор из 3-5 зеркал с различными диаметрами отверстий, или набора полупрозрачных пластин с различным пропусканием (отражательной способностью), для случая, приведенного на фиг.6 (рис.1.2г);1. the inability to quickly control the output power / energy without turning off the laser, because to change the ratio of the spot area of the emitted radiation to the area of the remaining part of the standing wave spot on the resonator mirror, a set of 3-5 mirrors with different hole diameters or a set of translucent plates with different transmittance (reflectivity) is required, for the case shown in Fig.6 ( fig. 1.2d);
2. потребность в новой юстировке резонатора при каждой замене зеркала на зеркало с другим отношением площадей. Но в случае, приведенном на Фиг.6 (рис.1.2г), с полупрозрачными пластинами, юстировки резонатора не требуется, однако в целях безопасности требуется выключение лазера для установки новой пластинки и настройки ее положения с целью восстановления направления излучения лазера на мишень.2. the need for a new alignment of the resonator with each replacement of the mirror with a mirror with a different area ratio. But in the case shown in Fig.6 (Fig.1.2d), with translucent plates, alignment of the resonator is not required, however, for security reasons, the laser must be turned off to install a new plate and adjust its position in order to restore the direction of laser radiation to the target.
3. большое число дорогостоящих зеркал для реализации устройства по любой из схем прототипа, т.к. требует набора из 3-5 зеркал с различным пропусканием (или набор из полупрозрачных пластин) для каждого из заявленных спектральных диапазонов: среднего инфракрасного, инфракрасного, видимого, ультрафиолетового, вакуумно-ультрафиолетового и мягкого рентгена, а также необходимость в юстировке лазера при замене одного зеркала на другое во всех упомянутых диапазонах. Кроме того, к этим неудобствам в случае лазера, работающего, например, в вакуумно-ультрафиолетовой области спектра, при замене одного зеркала другим добавится потребность в разгерметизации бокса, в который этот лазер помещен, с откачкой бокса заново после замены зеркала, что в конечном счете приводит к неоправданно высоким затратам материальных ресурсов и времени.3. a large number of expensive mirrors for implementing the device according to any of the prototype schemes, because requires a set of 3-5 mirrors with different transmission (or a set of translucent plates) for each of the declared spectral ranges: medium infrared, infrared, visible, ultraviolet, vacuum-ultraviolet and soft x-rays, as well as the need for laser alignment when replacing one mirror to the other in all the ranges mentioned. In addition, to these inconveniences in the case of a laser operating, for example, in the vacuum-ultraviolet region of the spectrum, when replacing one mirror with another, the need for depressurization of the box in which this laser is placed is added, with evacuation of the box again after replacing the mirror, which ultimately leads to unreasonably high costs of material resources and time.
4. низкий КПД вследствие отражения (потери) части мощности/энергии противоположной стороной пластинки (автором не указано) в направлении противоположном выводимому излучению.4. low efficiency due to reflection (loss) of part of the power / energy by the opposite side of the plate (not indicated by the author) in the direction opposite to the output radiation.
Известно устройство по изобретению «Лазер», защищенному а.с. № SU 884526, в котором осуществляется способ регулирования энергии/мощности выходного излучения лазера (прототип). Известное устройство отличает то, «что резонатор в предлагаемом лазере образован крышеобразным и плоским металлическими зеркалами, между активной средой и плоским металлическим зеркалом расположен плоский зеркальный дифракционный экран, выполненный подвижным в направлении, перпендикулярном оптической оси, и перекрывающий не менее половины апертуры пучка излучения, причем зеркальная поверхность экрана обращена к активной среде и параллельна ребру крышеобразного зеркала.A device according to the invention "Laser", protected A. with. No. SU 884526, which implements a method for controlling the energy / power of the laser output radiation (prototype). The known device is distinguished by the fact that “the resonator in the proposed laser is formed by a roof-shaped and flat metal mirrors, between the active medium and a flat metal mirror there is a flat mirror diffraction screen made movable in a direction perpendicular to the optical axis and covering at least half of the aperture of the radiation beam, and the mirror surface of the screen faces the active medium and is parallel to the edge of the roof-shaped mirror.
При этом вдоль ребра крышеобразного зеркала выполнена щель регулируемой ширины» (Фиг.9, 10).Moreover, along the edge of the roof-shaped mirror, a slit of adjustable width is made "(Figs. 9, 10).
Общими признаками между сопоставляемыми решениями (прототипом и заявленным решением) в отношении способа - являются:Common features between the compared solutions (prototype and the claimed solution) in relation to the method are:
- выходное излучение резонатора лазера выводится с помощью регулирующего элемента;- the output radiation of the laser cavity is output using the regulatory element;
- регулирующий элемент выполнен с возможностью перемещения;- the regulatory element is arranged to move;
в отношении устройства: regarding the device:
- выходное зеркало со 100% отражением;- output mirror with 100% reflection;
- регулирующий элемент выходного излучения, помещенный между активным элементом и выходным зеркалом;- a regulating element of the output radiation, placed between the active element and the output mirror;
- механизм перемещения регулирующего элемента.- mechanism for moving the regulatory element.
Перед описанием недостатков известного устройства и способа, осуществляемого с помощью этого устройства, реализуемого в изобретении по а.с., следует отметить, что описываемый в а.с. лазер и способ регулирования относятся к лазерам только импульсного действия. Упоминание термина «мощность» относится только к пиковой мощности импульсов, увеличивающейся за счет укорочения длительности этих импульсов.Before describing the disadvantages of the known device and method, carried out using this device, implemented in the invention by AS, it should be noted that described in AS the laser and the control method apply only to pulsed lasers. Mention of the term “power” refers only to the peak power of the pulses, increasing due to the shortening of the duration of these pulses.
К недостаткам технического решения, описанного в а.с., относятся:The disadvantages of the technical solution described in A.S. include:
- работоспособность способа вывода и регулирования в лазерах только импульсного действия;- the operability of the method of output and regulation in lasers only pulse action;
- в качестве отражательного элемента для вывода выходного излучения, реализующего способ вывода и регулирования энергии и мощности, используется дифракционный экран - сложный, дорогой и не стойкий к высокой плотности излучения элемент, который не рассматривается как самостоятельный регулирующий элемент (т.к. работает в связке с крышеобразным зеркалом) и не может быть применен в лазерах другого типа;- as a reflective element for output radiation output, which implements a method of energy and power output and regulation, a diffraction screen is used - a complex, expensive and not resistant to high radiation density element that is not considered as an independent regulatory element (since it works in conjunction with a roof-shaped mirror) and cannot be used in other types of lasers;
- сложность установки дифракционного экрана, поверхность которого должна быть строго параллельна ребру крышеобразного зеркала;- the difficulty of installing a diffraction screen, the surface of which should be strictly parallel to the edge of the roof-shaped mirror;
- малый диапазон регулирования, так как регулирующий элемент уже введен в поле резонатора, причем не менее чем на половину, и задача этого элемента - компенсация потерь энергии путем нахождения ее максимального возможного значения (энергии) после установки другого размера ширины щели в крышеобразном резонаторе;- a small control range, since the control element is already inserted into the resonator field, by no less than half, and the task of this element is to compensate for energy losses by finding its maximum possible value (energy) after setting a different slot width in the roof-shaped resonator;
- потери на краю экрана и потери на щели крышеобразного зеркала, которые приводят к повышению порога генерации и уменьшению КПД;- losses at the edge of the screen and losses at the slit of the roof-shaped mirror, which lead to an increase in the generation threshold and a decrease in efficiency;
- перемещение пятна излучения на мишени за счет перемещения элемента регулирования и наличие дифракционного излома, изменяемого при перемещении элемента регулирования;- the movement of the radiation spot on the target due to the movement of the control element and the presence of a diffraction fracture that changes when the control element is moved;
- для удержания пятна излучения на мишени необходимость использования дополнительных элементов вне конструкции лазера;- to keep the radiation spot on the target, the need to use additional elements outside the laser structure;
- регулирование энергии осуществляется путем последовательного приближения, но не менее двух этапов: регулирование щели крышеобразного зеркала, подстройка выходной мощности с помощью дифракционного экрана и осуществление контроля длительности.- energy regulation is carried out by successive approximation, but not less than two stages: regulation of the slit of the roof-shaped mirror, adjustment of the output power with the help of a diffraction screen and the implementation of the duration control.
Заявленное техническое решение поясняется следующими графическими материалами:The claimed technical solution is illustrated by the following graphic materials:
На Фиг.1 представлен аналог по патенту США в виде объемного изображения известного устройства.Figure 1 presents the analogue of the US patent in the form of a three-dimensional image of a known device.
На Фиг.2 представлен аналог в виде схемы экспериментальной установки со схематическим изображением известного устройстваFigure 2 presents the analogue in the form of a diagram of the experimental setup with a schematic representation of a known device
На Фиг.3 представлен аналог по патенту США в виде схематического изображения известного устройства.Figure 3 presents the analogue of US patent in the form of a schematic representation of a known device.
На Фиг.4 представлен аналог по патенту США в виде объемно-схематичного изображения известного устройства.Figure 4 presents the analogue of US patent in the form of a three-dimensional schematic image of a known device.
На Фиг.5 представлен аналог по заявке на изобретение в виде схематичного изображения известного устройства.Figure 5 presents the analogue of the application for the invention in the form of a schematic representation of a known device.
На Фиг.6 представлен аналог из книги в виде схематичного изображения известного устройства.Figure 6 presents an analogue from the book in the form of a schematic representation of a known device.
На Фиг.7 представлен аналог по а.с., выбранный в качестве прототипа, в виде схематического изображения известного устройства.Figure 7 presents the analogue by AS selected as a prototype in the form of a schematic representation of a known device.
На Фиг.8 представлена схема лазера на красителе, использовавшегося в экспериментах.On Fig presents a diagram of a dye laser used in experiments.
На Фиг.9 представлен общий вид в виде схематичного изображения заявленного способа и устройства.Figure 9 presents a General view in the form of a schematic representation of the claimed method and device.
На Фиг.10 представлен детализированный фрагмент заявленного технического решения, увеличенный фрагмент схемы выходной части лазера, приводившейся на Фиг.9.Figure 10 presents a detailed fragment of the claimed technical solution, an enlarged fragment of the circuit of the output part of the laser, shown in Figure 9.
Сущность заявленного технического решения заключается в способе регулирования энергии/мощности выходного излучения лазера, в котором:The essence of the claimed technical solution lies in the method of regulating the energy / power of the output laser radiation, in which:
- выходное зеркало заменяется на «глухое»;- the output mirror is replaced with a “deaf” one;
- применено дополнительное зеркало, уставленное в резонатор под углом к его оси, на устройстве, обеспечивающем плавное возвратно-поступательное перемещение этого зеркала вдоль его отражающей плоскости с целью плавного регулирования энергии/мощности выходного излучения лазера.- an additional mirror is used, mounted in the resonator at an angle to its axis, on a device that provides smooth reciprocating movement of this mirror along its reflecting plane in order to smoothly control the energy / power of the laser output radiation.
Осуществив существенное упрощение конструкции, с одной стороны, авторам удалось решить 11 задач, для решения которых методами обычного конструирования требовалось бы разрешить практически непреодолимые противоречия.Having made a significant simplification of the design, on the one hand, the authors managed to solve 11 problems, for the solution of which, by the methods of conventional design, it would be necessary to resolve practically insurmountable contradictions.
Например, для повышения КПД для каждого уровня накачки надо подбирать индивидуальное зеркало. При этом следует отметить, что количество шагов по подбору зеркал для каждого уровня накачки может быть несколько (от 3-4 до десятков).For example, to increase the efficiency for each pump level, you need to select an individual mirror. It should be noted that the number of steps for selecting mirrors for each pump level can be several (from 3-4 to tens).
Заявленное техническое решение обеспечивает повышение показателей эффективности импульсных и непрерывных лазеров, оснащенных резонаторами в виде отдельных зеркал, посредством элементарной замены выходного зеркала, используемого обычно, на «глухое», при одновременном применении заявленного устройства с зеркалом, установленным в резонатор, удалось решить 11 целей (задач), и это является доказательством неочевидности для специалистов в данной области техники.The claimed technical solution provides an increase in the performance indicators of pulsed and cw lasers equipped with resonators in the form of separate mirrors, by elementary replacing the output mirror, usually used with a “blank” one, while using the claimed device with a mirror mounted in the resonator, 11 goals were achieved ( tasks), and this is a proof of non-obviousness for specialists in this field of technology.
Указанная неочевидность доказывается тем, что в данном случае имеется техническое противоречие между необходимостью поддержания КПД лазера на максимально возможном уровне при любых уровнях накачки. Однако выходное зеркало резонатора (например, импульсного или непрерывного лазера) с одним коэффициентом отражения, которое оптимально для одного уровня энергии/мощности накачки, является неоптимальным при другом ее уровне. Причем при увеличении уровня накачки необходимо, чтобы у лазера выходное зеркало было с меньшим коэффициентом отражения, а при уменьшении уровня - с большим коэффициентом отражения.This non-obviousness is proved by the fact that in this case there is a technical contradiction between the need to maintain the laser efficiency at the highest possible level at any pump levels. However, the output mirror of the resonator (for example, a pulsed or cw laser) with one reflection coefficient, which is optimal for one energy / pump power level, is not optimal for another level. Moreover, with an increase in the pump level, it is necessary for the laser to have an output mirror with a lower reflection coefficient, and with a decrease in the level, with a higher reflection coefficient.
До представления заявленного технического решения в большинстве из известных из уровня техники способов для выбранного уровня накачки регулирование осуществлялось путем подбора, то есть посредством замены одного полупрозрачного зеркала на другое с другим коэффициентом пропускания с последующей его переюстировкой. Это действие являлось достаточно сложной в техническом отношении процедурой и достаточно дорогостоящим процессом в смысле необходимости в материальных затратах на приобретение, подбор и подстройку зеркал в лазерах, при этом была строгая необходимость в выключении лазера. Таким образом, основной задачей заявленного технического решения является реализация возможности выведения, регулирования и поддержания выводимой энергии/мощности на необходимом пользователю уровне в пределах обеспечиваемым выбранным уровнем накачки лазера без его выключения.Prior to the presentation of the claimed technical solution in most of the methods known from the prior art for the selected pump level, the regulation was carried out by selection, that is, by replacing one translucent mirror with another with a different transmittance, followed by its rearrangement. This action was a technically quite complicated procedure and quite an expensive process in the sense of the need for material costs for the acquisition, selection and adjustment of mirrors in lasers, while there was a strict need to turn off the laser. Thus, the main objective of the claimed technical solution is to realize the possibility of removing, regulating and maintaining the output energy / power at the level required by the user within the range provided by the selected level of laser pumping without turning it off.
При выводе и регулировании выходной энергии/мощности лазера в заявленном техническом решении обеспечивается стабильность пространственного положения выходного лазерного пучка, что является весьма значительным (существенным) фактором, определяющим качественные контролируемые показатели по производительности и по иным существенным показателям дорабатываемого лазера (т.е. лазера, в котором реализуется заявленный способ).When outputting and adjusting the output laser energy / power, the claimed technical solution ensures the stability of the spatial position of the output laser beam, which is a very significant (significant) factor determining the quality of controlled performance indicators and other significant indicators of the laser being developed (i.e., laser, in which the claimed method is implemented).
В основе заявленного технического решения была задача разработки способа и устройства вывода и регулирования уровня выводимой из резонатора оптической энергии/мощности из лазера (с возможностью обеспечения ее (энергии/мощности максимального уровня) импульсного и/или непрерывного действия непосредственно во время его работы - без его остановки и новой юстировки резонатора лазера. При использовании заявленного способа благодаря возможности оперативной подстройки энергии/мощности выводимого излучения с помощью устройства, реализующего его, коэффициент полезного действия лазера может быть максимально возможным при любом текущем уровне накачки (поскольку пропускание выходного зеркала лазера должно быть тем больше, чем выше уровень накачки, то есть для этого необходима его постоянная подстройка). В заявленном варианте конструкция и габариты лазера, оборудуемого этим устройством, не изменяются, и оно может быть встроено практически в любой лазер действующий (используемый) в хозяйственном обороте, который имеет между выходным зеркалом и активным элементом свободное место, достаточное для установки заявляемого устройства регулирования, посредством которого и реализуется заявленный способ.The basis of the claimed technical solution was the task of developing a method and device for outputting and controlling the level of optical energy / power output from the laser from the resonator (with the possibility of providing it (maximum level energy / power) of pulsed and / or continuous operation directly during its operation - without it stop and new alignment of the laser resonator.When using the claimed method due to the possibility of operational adjustment of the energy / power of the output radiation using the device, realizing about it, the efficiency of the laser can be maximally possible at any current level of pumping (since the transmission of the output mirror of the laser should be the greater, the higher the level of pumping, that is, it requires constant adjustment) .In the claimed embodiment, the design and dimensions of the laser, equipped with this device are not changed, and it can be built into almost any laser operating (used) in economic circulation, which has a free space between the output mirror and the active element something sufficient to install the inventive regulation device, through which the claimed method is implemented.
Заявленное техническое решение обеспечивает возможность решения всех перечисленных недостатков выявленных из уровня техники у аналогов и наиболее близкого аналога-прототипа посредством применения достаточно простого с точки зрения конструкции решения и позволяет придать вновь разрабатываемым лазерам новое качество (новые потребительские свойства, которыми в настоящее время не обладают известные из уровня техники устройства), а именно:The claimed technical solution makes it possible to solve all of the listed disadvantages identified in the prior art for analogues and the closest analogue prototype through the use of a solution that is quite simple in terms of design and allows new lasers to be given a new quality (new consumer properties that are not currently known from the prior art of the device), namely:
1. обеспечение возможности повышения КПД лазера при выбранном уровне накачки;1. providing the possibility of increasing the laser efficiency at the selected pump level;
2. обеспечение возможности оперативного регулирования выходного излучения при текущем уровне накачки непосредственно во время работы лазера;2. providing the possibility of operational control of the output radiation at the current pump level directly during laser operation;
3. обеспечение возможности регулирования энергии/мощности лазера в максимально широком диапазоне спектра от среднего ПК, до мягкого рентгена (диапазон 20 мкм - 0,05 мкм);3. providing the ability to control the energy / laser power in the widest possible range of the spectrum from the average PC to soft X-ray (range 20 μm - 0.05 μm);
4. обеспечение возможности расширения диапазона перестройки перестраиваемых по длине волны лазеров (особенно) на краях диапазона перестройки за счет обеспечения возможности оперативного регулирования энергии/мощности выводимого излучения при выбранной длине волны генерации и текущем уровне накачки без его остановки (выключения);4. providing the possibility of expanding the tuning range of lasers tuned according to the wavelength (especially) at the edges of the tuning range by providing the possibility of operational regulation of the energy / power of the output radiation at the selected generation wavelength and current pump level without stopping (turning it off);
5. обеспечение возможности упрощенной эксплуатации лазера за счет исключения трудоемкого процесса юстировки (переюстировки) зеркал резонатора после каждой их замены с возможностью плавного регулирования (повышения и понижения соответственно) выводимой мощности в зависимости от потребности пользователя;5. providing the possibility of simplified operation of the laser by eliminating the time-consuming process of alignment (adjustment) of the cavity mirrors after each replacement with the possibility of smooth regulation (increase and decrease, respectively) of the output power depending on the user's needs;
6. обеспечение стабильности пространственного положения выходного лазерного пучка;6. ensuring the stability of the spatial position of the output laser beam;
7. сохранение работоспособности заявленного технического решения в лазерах различного типа - непрерывных, импульсных и генерирующих импульсы ультракороткой длительности;7. maintaining the operability of the claimed technical solution in various types of lasers - continuous, pulsed and ultrashort pulse-generating pulses;
8. возможность выведения максимальной энергии/мощности лазера для текущего уровня накачки для любого типа лазера без его остановки (выключения);8. the ability to derive the maximum laser energy / power for the current pump level for any type of laser without stopping (turning it off);
9. обеспечение работоспособности при использовании в лазерах с резонаторами любой сложности: простых, двухзеркальных, с селектирующими элементами, кольцевых и т.п.;9. ensuring operability when used in lasers with resonators of any complexity: simple, two-mirror, with selector elements, annular, etc .;
10. обеспечение экономической эффективности при проведении НИР и НИОКР;10. ensuring economic efficiency during research and development;
11. обеспечение экономической эффективности при эксплуатации серийных лазеров.11. ensuring economic efficiency in the operation of serial lasers.
Сущность заявленного технического решения заключается в способе вывода и регулирования энергии/мощности выходного излучения лазера, заключающемся в установке в резонатор лазера под углом к оси резонатора отражающего элемента на подвижном основании, положение которого определяет уровень выводимой энергии/мощности после запуска лазера, и установки требуемого уровня энергии/мощности накачки, отличающемся тем, что в заявленном способе в резонатор импульсного или непрерывного лазера между выходным зеркалом лазера, замененным на непрозрачное отражающее зеркало, и торцом его активного элемента в качестве отражающего регулирующего элемента устанавливается непрозрачное отражающее зеркало на подвижном основании, позволяющем перемещать это зеркало параллельно его отражающей поверхности в пределах от полного его вывода за пределы светового поля, установившегося в резонаторе, до полного перекрытия этого поля после ввода этого перемещаемого зеркала, с возможностью осуществления не только вывода энергии/мощности лазера, но и его регулирования, а именно плавного изменения энергии/мощности от нулевого до максимального значения и обратно при заданном уровне накачки и возможности установки выводимой энергии на требуемом уровне. Устройство, реализующее способ по п.1., вводимое в резонатор лазера между активной средой и выходным зеркалом лазера, обеспечивающее вывод и регулирование энергии выходного излучения лазера, отличается тем, что выполнено в виде непрозрачного отражающего зеркала, установленного на механическую пару механизм, представляющую собой узел для крепления зеркала и основания, соединенных между собой посредством винт-гайка для обеспечения возвратно-поступательного перемещения этого зеркала параллельно его отражающей плоскости путем установки этого зеркала на механизме под углом к оси резонатора импульсного или непрерывного лазера.The essence of the claimed technical solution lies in the method of output and regulation of the energy / power of the laser output radiation, which consists in installing a reflecting element on a moving base in the laser cavity at an angle to the resonator axis, the position of which determines the level of energy / power output after the laser is started, and setting the required level energy / pump power, characterized in that in the claimed method in the resonator of a pulsed or continuous laser between the output mirror of the laser, replaced by a non-transparent a conventional reflecting mirror, and an opaque reflecting mirror is mounted on the movable base as the reflective regulatory element, allowing this mirror to be moved parallel to its reflecting surface, from its complete withdrawal from the light field established in the resonator to the complete overlap of this field after entering this movable mirror, with the possibility of implementing not only the output of the laser energy / power, but also its regulation, namely smooth change nergii / power from zero to a maximum value and back to the pump at a predetermined level and positionable at a desired output energy level. A device that implements the method according to claim 1., Introduced into the laser cavity between the active medium and the output mirror of the laser, providing output and regulation of the energy of the output radiation of the laser, characterized in that it is made in the form of an opaque reflecting mirror mounted on a mechanical pair, a mechanism representing site for mounting the mirror and the base, interconnected by a screw-nut to provide reciprocating movement of this mirror parallel to its reflecting plane by installing this mirror on the mechanism at an angle to the axis of the resonator of a pulsed or cw laser.
При этом характерным для заявленного технического решения является оригинальность (неочевидность для специалиста) предложенного решения вследствие того, что не требуется большого набора, обычно состоящего из 3-5 дорогостоящих индивидуально изготовленных зеркал с различными коэффициентами отражения, для возможности выбора из них зеркала с оптимальным коэффициентом отражения для данного уровня накачки для регулирования выходной энергии/мощности лазера с последующей юстировкой зеркала при каждой замене его на другое для каждого из заявленных спектральных диапазонов: от среднего инфракрасного, инфракрасного, видимого, ультрафиолетового, вакуумно-ультрафиолетового и до мягкого рентгена, а материально-технические затраты на оптимизацию выходной энергии/мощности лазеров значительно минимизируются.In this case, a characteristic of the claimed technical solution is the originality (non-obviousness for the specialist) of the proposed solution due to the fact that it does not require a large set, usually consisting of 3-5 expensive individually made mirrors with different reflection coefficients, for the possibility of choosing from them mirrors with an optimal reflection coefficient for a given pump level to control the output laser energy / power with subsequent mirror alignment each time it is replaced by another for each of the spectral ranges: from medium infrared, infrared, visible, ultraviolet, vacuum ultraviolet and to soft x-rays, and the material and technical costs for optimizing the output energy / laser power are significantly minimized.
Схематически заявляемый способ приведен на Фиг.9 и Фиг.10. В качестве выходного зеркала в резонаторе лазера устанавливается зеркало м2 с такими же характеристиками, которые имеет зеркало, применяемое в этом лазере в качестве «глухого» то есть как у зеркала м1, которое имеет коэффициент отражения на длине волны генерации лазера, близкий к 100% (или 0% пропускания). Между активным элементом и выходным зеркалом вводится третье плоское непрозрачное зеркало м3 (далее будем называть выводным), плоскость отражения которого установлена под углом к оси резонатора, образованного двумя первыми зеркалами. Отражающая сторона выводного зеркала должна быть обязательно обращена в сторону активной среды лазера АС.Schematically the claimed method is shown in Fig.9 and Fig.10. As an output mirror, a m2 mirror is installed in the laser resonator with the same characteristics as the mirror used in this laser as a “deaf” one, that is, like an M1 mirror, which has a reflection coefficient close to 100% at the laser generation wavelength ( or 0% transmission). Between the active element and the output mirror, a third flat opaque mirror m3 (hereinafter referred to as the output mirror) is introduced, the reflection plane of which is set at an angle to the axis of the resonator formed by the first two mirrors. The reflecting side of the output mirror must always face the active medium of the AC laser.
Вывод излучения из резонатора лазера осуществляется путем перемещения выводного зеркала вдоль его плоскости отражения до пересечения с областью, в которой образовалась стоячая волна генерации лазера, как показано на Фиг.10, где приводится увеличенный фрагмент схемы выходной части лазера, приводившейся на Фиг.9.The radiation is output from the laser resonator by moving the output mirror along its reflection plane until it intersects with the region in which the standing wave of laser generation was generated, as shown in Fig. 10, where an enlarged fragment of the laser output part shown in Fig. 9 is shown.
Часть излучения стоячей волны, попавшая на отражающую поверхность выводного зеркала, выходит из резонатора под углом в соответствии с законом отражения. Дальнейшее плавное перемещение выводного зеркала в направлении к оси резонатора вдоль плоскости отражения приведет вначале к возрастанию выходной энергии/мощности лазера, а затем, с какого-то момента, к плавному убыванию вплоть до срыва генерации. Таким образом, при перемещении этого третьего зеркала в прямом или обратном направлениях можно найти такое его положение, при котором вывод энергии/мощности лазера будет максимальным для текущего уровня накачки.Part of the radiation of a standing wave that hits the reflecting surface of the output mirror exits the cavity at an angle in accordance with the law of reflection. Further smooth movement of the output mirror in the direction of the cavity axis along the reflection plane will lead first to an increase in the output laser energy / power, and then, from some moment, to a smooth decrease until the generation fails. Thus, when moving this third mirror in the forward or reverse directions, one can find its position at which the output of the laser energy / power will be maximum for the current pump level.
Зеркала м2 и м3 образуют как бы выходное зеркало лазера с плавно изменяемым пропусканием. Его коэффициент пропускания определяется отношением площади части пятна стоячей волны лазера на зеркале м2, перекрытой зеркалом м3, к оставшейся площади пятна стоячей волны на зеркале м2. Перемещением зеркала м3 осуществляется плавная настройка пропускания выходного зеркала лазера для достижения максимально возможного уровня выводимой оптической энергии/мощности.The m2 and m3 mirrors form, as it were, the output mirror of the laser with a continuously variable transmission. Its transmittance is determined by the ratio of the area of the part of the spot of the standing wave of the laser on the m2 m2, covered by the mirror m3, to the remaining area of the spot of the standing wave on the m2 m2. By moving the m3 mirror, the transmission of the output laser mirror is smoothly adjusted to achieve the maximum possible level of output optical energy / power.
Применение такого способа вывода излучения не исключает использования различных устройств с другой стороны резонатора, т.е. со стороны места традиционной установки глухого зеркала резонатора лазера. Здесь, как обычно, можно использовать любые элементы - от просто глухого зеркала до зеркал с селектирующими дисперсионными элементами, которые традиционно применяются в перестраиваемых лазерах, а также различных элементов затворов, часто применяемых для модуляции добротности резонаторов лазеров.The use of this method of radiation output does not exclude the use of various devices on the other side of the resonator, i.e. from the side of the traditional installation of a blind mirror of a laser resonator. Here, as usual, you can use any elements - from just a blank mirror to mirrors with selective dispersion elements, which are traditionally used in tunable lasers, as well as various gate elements, often used to modulate the quality factor of laser resonators.
Заявленный способ вывода излучения из резонатора позволяет существенно расширить диапазон перестройки перестраиваемых по длине волны лазеров. Причем применение устройства, реализующего заявленный способ, позволяет оперативно регулировать выходное излучение при выбранной длине волны генерации и текущем уровне накачки. Особенно это актуально на краях диапазона перестройки, тогда когда усиление активной среды на них меньше, и в этом случае требуется более закрытый резонатор, т.е. требуется выходное зеркало с меньшим пропусканием, чем в середине диапазона.The claimed method of outputting radiation from the resonator can significantly expand the tuning range of tunable lasers. Moreover, the use of a device that implements the claimed method, allows you to quickly adjust the output radiation at a selected wavelength and the current level of pumping. This is especially true at the edges of the tuning range, when the gain of the active medium is lower, and in this case a more closed resonator is required, i.e. requires an output mirror with less transmission than in the middle of the range.
Данный способ вывода излучения из глухого резонатора сохраняет работоспособность в лазерах различного типа, генерирующих в широком диапазоне длин волн от средней ИК области спектра до вакуумного ультрафиолета (ВУФ) и даже мягкого рентгена. В настоящее время в средней (видимой и близко к ней) части указанного диапазона спектра хорошо развита технология нанесения диэлектрических покрытий на подложки. Благодаря этой технологии для лазеров, излучающих в этой области спектра, до настоящего времени изготавливаются полупрозрачные зеркала в качестве выходных в резонаторах лазеров. На краях же диапазона (среднего ИК и ВУФ а также мягкого рентгена) изготовление полупрозрачных выходных зеркал связано с рядом трудностей, в частности, с отсутствием материалов как для основы зеркала, так и для покрытий, прозрачных в этой области. Именно поэтому в лазерах, генерирующих в этих областях, применяются специальные лазерные резонаторы, сконструированные для конкретной задачи, например, с отверстиями различного диаметра в металлической оптике (который выбран в качестве прототипа этой заявки). Заявленный способ позволяет решать эту проблему легко - двумя одинаковыми глухими зеркалами, одно из которых подвижное. Способ применим для любых типов лазеров, как импульсных, так и непрерывных, а также применим для лазеров, излучающих во всех упомянутых здесь спектральных диапазонах спектра, включая видимый.This method of outputting radiation from a blank cavity remains operational in various types of lasers that generate in a wide range of wavelengths from the mid-IR spectral region to vacuum ultraviolet (VUV) and even soft x-rays. Currently, the technology of applying dielectric coatings on substrates is well developed in the middle (visible and close to it) part of the indicated spectrum range. Thanks to this technology, until now, translucent mirrors have been manufactured for lasers emitting in this spectral region as output mirrors in laser cavities. At the edges of the range (middle IR and VUV as well as soft X-ray), the manufacture of translucent output mirrors is associated with a number of difficulties, in particular, the lack of materials for both the mirror base and coatings transparent in this area. That is why in lasers generating in these areas, special laser cavities are used that are designed for a specific task, for example, with holes of various diameters in metal optics (which is chosen as a prototype of this application). The claimed method allows you to solve this problem easily - two identical deaf mirrors, one of which is movable. The method is applicable to all types of lasers, both pulsed and continuous, and is also applicable to lasers emitting in all the spectral ranges of the spectrum mentioned here, including visible.
Экспериментальные данныеExperimental data
Встраивание в резонатор лазера устройства регулирования выходного излучения и особенности его эксплуатацииEmbedding the output radiation control device into the laser cavity and its operation features
Для предотвращения смещения пучка выходного излучения лазера при поступательном движении зеркала ВЗ необходимо, чтобы движение осуществлялось вдоль его отражательной плоскости (Фиг.10).To prevent displacement of the beam of the output laser radiation during translational motion of the VZ mirror, it is necessary that the movement is carried out along its reflective plane (Figure 10).
При этом угловая ориентация этого зеркала относительно оси резонатора может быть, в разумных пределах, любой, тем не менее, каждое из этих положений зеркала В3 имеет свои преимущества и недостатки. Например, при установке зеркала ВЗ к оси резонатора под углом 45°, когда выводимое излучение из резонатора составляет с осью резонатора прямой угол, для ВЗ можно использовать зеркала сравнительно небольшого размера. Для перемещения таких зеркал необходимы прецизионные узлы с малым предельным перемещением (например, работающие на основе пьезоэффекта). При этом если используются диэлектрические зеркала, то в этом случае наилучшим образом подойдут зеркала со 100% отражением при угле падения на них равном 45°. Зеркала с такой характеристикой наряду с зеркалами с другими характеристиками, часто предлагаются производителями.Moreover, the angular orientation of this mirror relative to the axis of the resonator can be, within reasonable limits, any, however, each of these positions of the mirror B3 has its advantages and disadvantages. For example, when installing an OT mirror to the cavity axis at an angle of 45 °, when the radiation emitted from the cavity makes a right angle with the cavity axis, a relatively small mirror can be used for OT. To move such mirrors, precision nodes with a small limiting displacement are necessary (for example, operating on the basis of the piezoelectric effect). Moreover, if dielectric mirrors are used, then in this case mirrors with 100% reflection are best suited for an angle of incidence on them equal to 45 °. Mirrors with this characteristic, along with mirrors with other characteristics, are often offered by manufacturers.
В случае угла падения излучения на зеркало В3, близкого к 90°, когда излучение практически скользит по поверхности зеркала, можно найти ряд более значимых преимуществ. В этом случае требуется узел продольного перемещения с существенно большим предельным ходом. Пятно лазерного пучка на перемещаемом зеркале занимает большую площадь при той же энергии, что и в предыдущем случае, а это означает, что плотность энергии на зеркале существенно снижена, и, следовательно, можно использовать зеркала с гораздо меньшей лучевой прочностью. Дефекты некачественной обработки края зеркала будут давать меньший вклад в дифракционные потери резонатора с таким способом вывода излучения. Также в этом случае можно использовать в качестве зеркала ВЗ вместо диэлектрических или металлических зеркал, простые стеклянные или кварцевые и т.п. пластинки. Потери на пропускание пластинок, расположенных под таким углом к излучению, несущественны, однако эти пластинки должны быть довольно длинными.In the case of the angle of incidence of radiation on mirror B3 close to 90 °, when the radiation practically slides along the surface of the mirror, a number of more significant advantages can be found. In this case, a longitudinal displacement unit with a significantly larger ultimate stroke is required. The spot of the laser beam on the moving mirror occupies a large area at the same energy as in the previous case, which means that the energy density on the mirror is significantly reduced, and therefore, mirrors with much lower radiation strength can be used. Defects of poor-quality processing of the mirror edge will make a smaller contribution to the diffraction loss of the resonator with this method of radiation output. Also in this case, instead of dielectric or metal mirrors, VZ can be used as a mirror, simple glass or quartz mirrors, etc. records. The transmission loss of the plates located at such an angle to the radiation is insignificant, however, these plates should be quite long.
Описание схемы экспериментальной установкиDescription of the experimental setup
Метод вывода излучения с внутрирезонаторным зеркалом, описываемый в этой работе, можно использовать в любом лазере, у которого имеется некоторое пространство между активной средой и выходным зеркалом резонатора. В данной работе изучение характеристик и свойств выходного излучения лазера с применением этого метода осуществлялось на красительном лазере с квазипродольной накачкой, схема которого приведена на Фиг.10.The method of outputting radiation with an intracavity mirror described in this paper can be used in any laser that has some space between the active medium and the output mirror of the resonator. In this work, the study of the characteristics and properties of the output laser radiation using this method was carried out on a dye laser with quasi-longitudinal pumping, a diagram of which is shown in FIG. 10.
Активной средой этого лазера (Фиг.8) являлся краситель феналемин 160, растворенный в этиловом спирте, который прокачивался через кювету (3) с окнами скошенными друг относительно друга - для предотвращения на них паразитной генерации. Активная среда лазера накачивалась излучением второй гармоники YAG:Nd3+ лазера (1), которое фокусировалось в среду линзой (2). Резонатор был составлен из глухих диэлектрических зеркал (6) и (10) и глухого зеркала (5), подведенного своим краем к оси резонатора под некоторым углом, причем его диэлектрическое покрытие было обращено в сторону активной среды. Перемещением зеркала (5) вдоль его плоскости отражения при пересечении им модового поля резонатора осуществлялся регулируемый вывод энергии генерации лазера. Призмы (7, 8), введенные в резонатор лазера, являлись диспергирующими элементами, которые позволяли осуществлять перестройку излучения лазера по длинам волн. Перестройка лазера на красителе осуществлялась поворотом глухого зеркала (10) вокруг оси нормальной к плоскости рисунка. Для обеспечения генерации только одной поперечной моды в лазерный резонатор была введена диафрагма (4). Контроль длины волны осуществлялся спектрометром (13) посредством световода (12) по доле генерируемого излучения, проходящей сквозь глухое диэлектрическое зеркало (10), которое рассеивалась матовой стеклянной пластинкой (11) для снижения интенсивности этого излучения. Мощность выходного излучения лазера регистрировалась с помощью измерителя (9), подключенного к тому же компьютеру. Поток данных обрабатывался компьютером (14).The active medium of this laser (Fig. 8) was the phenalemin 160 dye, dissolved in ethanol, which was pumped through a cuvette (3) with windows slanted relative to each other to prevent spurious generation on them. The active medium of the laser was pumped by the second harmonic of a YAG: Nd 3+ laser (1), which was focused into the medium by a lens (2). The resonator was composed of blind dielectric mirrors (6) and (10) and a blind mirror (5), brought with its edge to the axis of the resonator at an angle, with its dielectric coating facing the active medium. By moving the mirror (5) along its reflection plane when it intersects the resonator mode field, a controlled output of the laser generation energy was achieved. The prisms (7, 8) introduced into the laser cavity were dispersing elements, which made it possible to rearrange the laser radiation according to wavelengths. The dye laser was tuned by rotating the deaf mirror (10) around the axis normal to the plane of the figure. To ensure the generation of only one transverse mode, a diaphragm was introduced into the laser cavity (4). The wavelength was controlled by a spectrometer (13) by means of a fiber (12) by the fraction of the generated radiation passing through a deaf dielectric mirror (10), which was scattered by a frosted glass plate (11) to reduce the intensity of this radiation. The output laser radiation power was recorded using a meter (9) connected to the same computer. The data stream was processed by a computer (14).
Результаты экспериментовExperiment Results
Результаты, полученные с внутрирезонаторным устройством с зеркалом 5 (см. Фиг.8), приведены на рисунке 3, из которого видно, что для каждой длины волны существует оптимальное положение зеркала, при котором значение выводимой мощности максимально. Действительно, оно соответствует оптимальному значению внутрирезонаторных потерь, соответствующих коэффициенту усиления активной среды на выбранной длине волны при заданном уровне накачки.The results obtained with the intracavity device with mirror 5 (see Fig. 8) are shown in Figure 3, which shows that for each wavelength there is an optimal mirror position at which the value of the output power is maximum. Indeed, it corresponds to the optimal value of the intracavity losses corresponding to the gain of the active medium at the selected wavelength at a given pump level.
На этом рисунке также видно, что существует диапазон положений зеркала ВЗ, при которых возможно осуществление плавной регулировки выводимой из резонатора мощности от нуля до максимума (т.е. решение цели 2).This figure also shows that there is a range of positions of the OT mirror at which it is possible to smoothly adjust the power output from the resonator from zero to maximum (i.e., solving goal 2).
Кроме того, на графиках (Фиг.11) видны максимумы зависимости выходной мощности лазера на красителе с внутрирезонаторным устройством «вывода излучения за край» от положения его зеркала относительно края внутрирезонаторного пучка излучения. Эти кривые были получены в результате измерений на каждой из длин волн лазера: 585, 590, 600, 615, 630, 645, 660 нм, на которые осуществлялась перестройка длины волны лазера перед каждой серией измерений. Измерения для этих кривых были проведены без выключения лазера (т.е. решение цели 2). И соответственно, уровень выходной энергии при максимуме может быть найден и установлен также без его выключения простым перемещением зеркала (т.е. решение цели 1).In addition, the graphs (Fig. 11) show the maxima of the dependence of the output power of the dye laser with the intracavity device "output radiation" from the position of its mirror relative to the edge of the intracavity radiation beam. These curves were obtained as a result of measurements at each of the laser wavelengths: 585, 590, 600, 615, 630, 645, 660 nm, to which the laser wavelength was tuned before each series of measurements. The measurements for these curves were carried out without turning off the laser (i.e., solving goal 2). And accordingly, the level of output energy at the maximum can be found and installed without turning it off by simply moving the mirror (i.e., solving goal 1).
В совокупности описанное выше доказывает решение задачи 8 и задачи 2. Кроме того, из описания эксперимента очевидно упрощение эксплуатации лазера, так как отсутствовал трудоемкий процесс юстировки (переюстировки), так как замены зеркал резонатора в экспериментах не было (т.е. отвечает решению задачи 5).In total, the above described proves the solution to
Для сравнения полученных результатов, приведенных на Фиг.11, с данными, получаемыми традиционным методом оптимизации выходного излучения, на тех же длинах волн были проведены измерения выходной мощности лазерного излучения с использованием ряда зеркал с различным пропусканием, которые поочередно устанавливались на место зеркала (6), - (6') в качестве выходного, см. Фиг.8. При этом устройство с зеркалом (5) из резонатора было удалено. Соответственно измеритель энергии (9) был переставлен на место (9'). Полученные графики зависимостей представлены на Фиг.12.To compare the results obtained in Fig. 11 with the data obtained by the traditional method of optimizing the output radiation, the laser output power was measured at the same wavelengths using a number of mirrors with different transmittance, which were alternately installed in place of the mirror (6) , - (6 ') as the output, see Fig. 8. In this case, the device with the mirror (5) was removed from the resonator. Accordingly, the energy meter (9) was rearranged in place (9 '). The obtained dependency graphs are presented in Fig. 12.
При сравнении зависимостей, приведенных на Фиг.11 и Фиг.12, можно отметить их одинаковый характер изменений. То есть зависимости на обоих графиках имеют максимумы и пересечения их с нулем.When comparing the dependencies shown in Fig.11 and Fig.12, we can note their identical nature of the changes. That is, the dependencies on both graphs have maximums and their intersections with zero.
Для их явного сравнения авторами были построены зависимости значений максимумов от длины волны, полученные в обоих экспериментах. Эти зависимости приведены на Фиг.13. Значения интенсивностей максимумов, взятые из измерений с устройством вывода за край, в сравнении с измерениями со сменными зеркалами с различным пропусканием в каждой измеренной спектральной точке отличаются в среднем на постоянное значение ~0.2. Это значение можно определить как значение потерь при использовании устройства ВЗ.For their explicit comparison, the authors constructed the dependences of the maximums on the wavelength obtained in both experiments. These dependencies are shown in Fig.13. The values of the intensities of the maxima taken from measurements with an output device over the edge, in comparison with measurements with interchangeable mirrors with different transmittance at each measured spectral point, differ on average by a constant value of ~ 0.2. This value can be defined as the value of losses when using the OT device.
Эти потери включают в себя несколько составляющих, основное из которых - потери на зеркале, которое применялось в устройстве регулирования. Диэлектрическое покрытие взятого для этих экспериментов зеркала было рассчитано для 100% отражения при нормальном падении на него излучения. Известно, что при других углах такие зеркала становятся частично пропускающими. Таким образом, к основным потерям можно отнести потери за счет неполного отражения диэлектрического покрытия применявшегося зеркала - частичное пропускание отражающегося от него излучения. Однако производители в настоящее время предлагают диэлектрические зеркала со 100% отражением при угле падения, равном 45°. В качестве такого зеркала также можно использовать металлическое зеркало. Не исключаются из расчетов потерь также царапины на поверхности произвольно взятого зеркала.These losses include several components, the main of which is the loss on the mirror, which was used in the control device. The dielectric coating of the mirror taken for these experiments was calculated for 100% reflection under normal incidence of radiation on it. It is known that at other angles, such mirrors become partially transmissive. Thus, the main losses include losses due to incomplete reflection of the dielectric coating of the used mirror — partial transmission of the radiation reflected from it. However, manufacturers currently offer dielectric mirrors with 100% reflection at a dip angle of 45 °. A metal mirror can also be used as such a mirror. Scratches on the surface of an arbitrarily taken mirror are not excluded from loss calculations.
В обычных лазерах для вывода излучения традиционно используется полупрозрачное зеркало, которое имеет фиксированный коэффициент отражения. Это зеркало конструкторами каждого лазера обычно выбирается из заданных изначально условий его эксплуатации и остается постоянным. И такой лазер имеет максимальный КПД только при определенном уровне накачки, при всех других уровнях накачки КПД будет ниже, чем при этом определенном уровне.In conventional lasers, a translucent mirror, which has a fixed reflection coefficient, is traditionally used to output radiation. The designers of each laser usually select this mirror from the conditions initially set for its operation and remain constant. And such a laser has a maximum efficiency only at a certain pump level, for all other pump levels, the efficiency will be lower than at this certain level.
В то время как благодаря тому что при использовании зеркала 5 (Фиг.8) возможно плавное изменение выходного излучения с выведением его на максимум при любом уровне выбранной накачки, возможно оперативное выведение уровня выходного излучения на максимум, то есть достижение максимального КПД при каждом уровне накачки (т.е. решение задачи 1).While due to the fact that when using mirror 5 (Fig. 8), it is possible to smoothly change the output radiation with bringing it to the maximum at any level of the selected pump, it is possible to quickly bring the level of output radiation to a maximum, that is, achieving maximum efficiency at each pump level (i.e., the solution to problem 1).
Для представления о распределении интенсивности в пятне выводимого внутрирезонаторным устройством ВЗ лазерного излучения, на Фиг.14 показана фотография этого пятна на экране, которое на нем не испытывало смещений, изменялась лишь его интенсивность (т.е. решение задачи 6). На Фиг.15 приведен график распределения интенсивности в выходном пучке в поперечном сечении.To give an idea of the intensity distribution in the spot of the laser radiation emitted by the intracavity VZ device, Fig. 14 shows a photograph of this spot on the screen that did not experience any displacements on it, only its intensity changed (i.e., the solution to Problem 6). On Fig shows a graph of the distribution of intensity in the output beam in cross section.
Из полученных данных видно, что при использовании описанного метода вывода излучения из резонатора пучок на выходе лазера остается Гауссовым.It can be seen from the obtained data that, using the described method for extracting radiation from the resonator, the beam at the laser output remains Gaussian.
Применение устройства в перестраиваемом лазереApplication of the device in a tunable laser
Применение устройства в резонаторе перестраиваемого лазера позволяет расширить его спектральный диапазон перестройки. Это становится возможным благодаря тому, что этот метод позволяет сделать резонатор более закрытым для случаев, когда коэффициент усиления активной среды мал, что имеет место на краях кривой настройки у большинства перестраиваемых лазеров.The use of the device in the cavity of a tunable laser allows us to expand its spectral range of tuning. This becomes possible due to the fact that this method makes the cavity more closed for cases when the gain of the active medium is small, which occurs at the edges of the tuning curve for most tunable lasers.
На Фиг.16 представлены две перестроечные кривые лазера, полученные на красителе феналемин 160. Эти кривые были получены на перестраиваемом лазере, схема которого была показана на Фиг.8.On Fig presents two tuning laser curves obtained on the dye phenalemin 160. These curves were obtained on a tunable laser, a diagram of which was shown in Fig. 8.
Основная часть оптических схем перестраиваемого лазера в обоих экспериментах была классической: 60-градусный призма была использована в качестве диспергирующего элемента, и диэлектрическое зеркало с плоской спектральной характеристикой, соответствующей спектральной области люминесценции красителя, была выбрана в качестве высокоотражающего «глухого» зеркала. Но способы вывода излучения из резонатора отличались. В одном из них было использовано традиционное выходное зеркало, которое было оптимальным для перестраиваемого лазера в максимуме перестроечной кривой. Для второй реализации схемы лазера на красителе это оптимальное выходное зеркало был заменено на «глухое» с отражением, равным 100%. Для вывода излучения из резонатора лазера было использовано плоское зеркало со 100% отражением, которое было установлено на подвижном основании и вводилось в резонатор под углом к его оси.The main part of the tunable laser optical schemes in both experiments was classical: a 60-degree prism was used as a dispersing element, and a dielectric mirror with a flat spectral characteristic corresponding to the spectral region of the dye luminescence was chosen as a highly reflecting “deaf” mirror. But the methods for outputting radiation from the resonator were different. In one of them, a traditional output mirror was used, which was optimal for a tunable laser at the maximum of the tuning curve. For the second implementation of the dye laser circuit, this optimal output mirror was replaced with a “dull” one with a reflection of 100%. To output the radiation from the laser cavity, we used a plane mirror with 100% reflection, which was mounted on a moving base and introduced into the cavity at an angle to its axis.
В экспериментах с перестраиваемым лазером была измерена энергия на выходе лазера в различных точках перестроечной кривой для обоих вариантов схем лазеров. В том случае когда в эксперименте для вывода излучения лазера использовалось устройство с подвижным зеркалом 5 (см. Фиг.8), после перестройки на новую длину волны перестраиваемого лазера выходное излучение с помощью устройства с подвижным зеркалом 5 подстраивалось до положения максимума возможной выходной мощности лазера. Энергия накачки перестраиваемого лазера во всех экспериментах была неизменной. На Фиг.16 видно, что кривая перестройки в случае применения способа вывода энергии с помощью подвижного зеркала в общей сложности шире на 7 нм по сравнению с кривой, полученной с использованием обычного метода вывода излучения лазера. Это стало возможным благодаря тому, что при использовании нового способа вывода излучения появилась возможность делать лазерный резонатор более «закрытым» по краям перестроечной кривой лазера во время его работы. Таким образом, описанный выше результат отвечает решению задачи 4 и задачи 9 - в экспериментальном лазере использовался двухпризменный селектирующий элемент.In experiments with a tunable laser, the energy at the laser output was measured at various points in the tuning curve for both laser designs. In the case when in the experiment a device with a moving
Таким образом, в отличие от классического лазерного резонатора с помощью описанного способа имеется возможность коррекции выходного уровня мощности выводимой из лазерного резонатора в любое момент без выключения самого лазера. Кроме того, с помощью описанного способа, можно получить любую наперед заданную форму кривой настройки, например плоскую кривую с постоянным уровнем выходной мощности лазера при изменении длины волны излучения, что является важным для лазерной спектроскопии (не заявленная в перечне решаемых 11 задач, однако которая может решаться).Thus, in contrast to the classical laser resonator using the described method, it is possible to correct the output power level output from the laser resonator at any time without turning off the laser itself. In addition, using the described method, it is possible to obtain any predefined shape of the tuning curve, for example, a flat curve with a constant level of laser output power when the radiation wavelength changes, which is important for laser spectroscopy (not stated in the list of 11 problems to be solved, but which may decide).
Из приведенного отчета остаются недоказанными задачи заявленного технического решения 3, 7, 10 и 11From the above report, the tasks of the claimed
В отношении этих задач заявители сообщают следующее:In relation to these tasks, applicants report the following:
1. По решению задачи 3: При применении металлической оптики, как и в случае с а.с. SU 884526 А1, эта задача легко выполняется.1. By solving Problem 3: When using metal optics, as in the case of a.s. SU 884526 A1, this task is easily performed.
2. По решению задачи 7. В отличие от противопоставленных а.с. SU 884526 А1 и патента RU 2239921 С1, в которых специально оговариваются временные параметры выходного излучения, в заявленном техническом решении специально оговаривалось: «регулирование энергии/мощности», технически это означает: регулирование импульсного и непрерывного излучений. Кроме того, из принципа действия заявленного устройства в заявленном техническом решении очевидно, что оно никоим образом не влияет на временные характеристики лазера, а внутрирезонаторное световое поле, часть которого выводится устройством, устанавливается во всех без исключения типах лазеров - импульсных, непрерывных, ультракороткой длительности и т.д.2. By solving the problem 7. In contrast to the opposed A.S. SU 884526 A1 and patent RU 2239921 C1, which specifically specify the time parameters of the output radiation, in the claimed technical solution specifically stipulated: "energy / power regulation", technically this means: regulation of pulsed and continuous radiation. In addition, from the principle of operation of the claimed device in the claimed technical solution, it is obvious that it does not in any way affect the temporal characteristics of the laser, and the intracavity light field, part of which is output by the device, is installed in all types of lasers - pulsed, continuous, ultra-short duration and etc.
3. По решению задач 10 и 11 выполнение их очевидно из описания вышеприведенных экспериментов, а также подробное описание доводов приведено в ответе заявителя на экспертное заключение.3. By solving
ПРЕИМУЩЕСТВА ЗАЯВЛЕННОГО СПОСОБА заключается в следующем:ADVANTAGES OF THE INVENTED METHOD is as follows:
ПРОТИВ СПОСОБА, описанного в налоге 1 (Фиг.1):AGAINST THE METHOD described in tax 1 (Figure 1):
1. В заявленном способе регулирование выходной мощности/энергии лазера можно осуществлять оперативно и плавно, от режима его работы в глухом резонаторе до режима в полностью открытом резонаторе, проходя режим с максимумом выходной мощности/энергии без выключения лазера. Причем вся выводимая из резонатора мощность используется как полезная.1. In the inventive method, the regulation of the output power / energy of the laser can be carried out quickly and smoothly, from the mode of its operation in the dead cavity to the mode in the fully open resonator, passing through the mode with the maximum output power / energy without turning off the laser. Moreover, all the power output from the resonator is used as useful.
В способе 1 уровень выводимой мощности изначально определяется пропусканием выходного зеркала лазера (16) и мощность можно ТОЛЬКО УМЕНЬШАТЬ от уровня заданного зеркалом 16, имеющего фиксированный коэффициент пропускания. Причем отводимая часть излучения теряется в поглотителе;In
2. Заявленный способ применим для лазеров, действующих в широком спектральном диапазоне, от среднего инфракрасного диапазона спектра, до вакуумно-ультрафиолетового, включая видимый и ультрафиолетовый диапазоны.2. The claimed method is applicable to lasers operating in a wide spectral range, from the middle infrared range of the spectrum, to the vacuum-ultraviolet, including the visible and ultraviolet ranges.
Применение способа 1 ограничено спектральным диапазоном пропускания применяемой прозрачной пластинки;The application of
3. В заявленном способе пятно выходного излучения не испытывает какого либо смещения при регулировании его мощности/энергии.3. In the claimed method, the spot of the output radiation does not experience any displacement when regulating its power / energy.
В способе 1 выходное пятно излучения испытывает смещение за счет преломления луча в пластинке конечной толщины, которая используется для регулирования. Причем это смещение зависит от толщины пластинки и тем больше, чем больше ее угол по отношению к оси резонатора.In
Конструктивные преимущества узла, реализующего заявленный способ:Design advantages of the node that implements the claimed method:
В заявленном способе в резонатор добавляется только один элемент - третье зеркало с устройством перемещения.In the inventive method, only one element is added to the resonator - a third mirror with a moving device.
В способе 1 требуется три дополнительных элемента: прозрачная пластинка 21, зеркало 22 и элемент, поглощающий излучение, и устройства к каждому из них.
ПРОТИВ СПОСОБА, описанного в аналоге 2 (Фиг.2):AGAINST THE METHOD described in analogue 2 (Figure 2):
1. Заявленный способ применим для лазеров, действующих в широком спектральном диапазоне, от среднего инфракрасного диапазона спектра, до вакуумно-ультрафиолетового, включая видимый и ультрафиолетовый диапазоны.1. The claimed method is applicable to lasers operating in a wide spectral range, from the middle infrared range of the spectrum, to the vacuum-ultraviolet, including the visible and ultraviolet ranges.
Применение способа 2 ограничено спектральным диапазоном пропускания применяемой прозрачной пластинки;The application of
2. При применении заявленного способа обеспечивается стабильность пространственного положения выходного лазерного пучка при регулировании выводимой энергии/мощности лазера во всем диапазоне вывода.2. When applying the inventive method, stability of the spatial position of the output laser beam is ensured when controlling the output laser energy / power over the entire output range.
В способе 2 при регулировании энергии/мощности излучения направление выводимого излучения меняется весьма существенно: угол между крайними положениями пучка выходного излучения составляет десятки градусов. В этом случае нужно перемещать «потребителя» излучения такого лазера, например мишень, и снова наводить излучение на то же пятно, куда попадало излучение до подстройки выводимой мощности.In
3. заявленный способ не вносит дополнительных потерь при регулировании энергии/мощности излучения в лазере - все выводимое излучение используется как полезное.3. the claimed method does not introduce additional losses when regulating the energy / radiation power in the laser - all the output radiation is used as useful.
В способе 2 всегда будет присутствовать отражение в направлении, противоположном указанному на схеме Фиг.2 (на рисунке авторами не показано), это является каналом дополнительных потерь, что снижает эффективность всего лазера.In
Конструктивные преимущества узла, реализующего заявленный способ:Design advantages of the node that implements the claimed method:
В заявленном способе в резонатор добавляется только один элемент - третье зеркало. Причем для регулирования мощности/энергии лазера этим способом потребуется узел только для его продольного перемещения, в остальном лазером с этим узлом можно пользоваться так же, как и без него.In the claimed method, only one element is added to the resonator - the third mirror. Moreover, to control the power / energy of the laser in this way, you will need a node only for its longitudinal movement, otherwise the laser with this node can be used in the same way as without it.
В способе 2 для пластинки, с помощью которой осуществляется регулирование, потребуется узел для ее вращения, что конструктивно реализуется сравнительно сложнее. Кроме того, для лазера с таким способом регулирования потребуется специальный поворотный стол для его объектов облучения.In
ПРОТИВ СПОСОБА, описанного а аналоге 3 (Фиг.3):AGAINST THE METHOD described in analogue 3 (Figure 3):
1. Применение заявленного способа возможно во всем оптическом диапазоне: от среднего ИК до мягкого рентгеновского, включая видимый УФ и ВУФ диапазоны.1. The application of the claimed method is possible in the entire optical range: from medium IR to soft x-ray, including visible UV and VUV ranges.
Применение способа 3 ограничено диапазоном прозрачности основы и напыляемых материалов вообще и, еще больше, спектральный диапазон заужен конкретной реализацией фильтра-клина - в частности.The application of
2. В заявленном способе зеркало, выводящее излучение, не участвует в процессе генерации лазерного излучения - оно только отбирает его часть для вывода из резонатора. Это означает, что при перемещении выводного зеркала резонатор лазера не расстраивается.2. In the inventive method, the mirror that removes the radiation does not participate in the process of generating laser radiation - it only selects part of it for output from the resonator. This means that when moving the output mirror, the laser cavity is not upset.
В способе 3 фильтр-клин является выходным зеркалом лазера и при его перемещении малейшее отклонение плоскости зеркала от нормали к оси резонатора приведет к разъюстировке лазера и, следовательно, к срыву генерации.In
3. В заявленном способе в качестве выводного зеркала можно использовать даже простую полированную пластинку, установленную под скользящим углом.3. In the claimed method, even a simple polished plate mounted at a sliding angle can be used as an output mirror.
В способе 3 других вариантов нет, а его реализация обусловлена сложной технологией и дороговизной нанесения диэлектрических покрытий переменной толщины.In
Конструктивные преимущества узла, реализующего заявленный способ:Design advantages of the node that implements the claimed method:
Реализация конструкции узла для способа 3, когда оно выполняет при этом роль выходного зеркала, весьма проблематична. То есть кроме обычных винтов юстировки этот узел должен иметь устройство протяженного перемещения, причем весьма прецизионное, но даже при этом сохранение юстировки проблематично. Именно поэтому в описанном способе 3 в патенте применяется автоматическая подстройка клина-фильтра с электронным управлением.The implementation of the design of the node for
В заявленном способе можно применять простой узел перемещения, так как оно не влияет на юстировку резонатора.In the claimed method, a simple displacement unit can be used, since it does not affect the alignment of the resonator.
ПРОТИВ СПОСОБА, описанного в аналоге 4 (Фиг.4):AGAINST THE METHOD described in analogue 4 (Figure 4):
1. В способе 4 большое количество отражающих плоскостей связано с большим числом оптических элементов, которые вносят дополнительные потери в резонатор, что отрицательно сказывается на выходных характеристиках лазера.1. In
В заявленном способе «лишние» плоскости отражения отсутствуют.In the claimed method, “extra” reflection planes are absent.
2. В способе 4 применение двулучепреломляющих оптических элементов и элементов для вращения плоскости поляризации ограничивает применение данного способа узким спектральным диапазоном.2. In
В заявленном способе такие ограничения отсутствуют.In the claimed method, such restrictions are absent.
3. В способе 4 ограничен диапазон регулирования выводимой доли излучения и необходимость использования поляризационно-активных элементов.3. In
В заявленном способе такие ограничения отсутствуют.In the claimed method, such restrictions are absent.
Конструктивные преимущества узла, реализующего заявленный способ:Design advantages of the node that implements the claimed method:
В способе 4 в сравнении с заявленным способом требуется дополнительный элемент с узлом юстировки, причем с прецизионным вращением элемента.In
ПРОТИВ СПОСОБА, описанного в аналоге 5 (Фиг.5):AGAINST THE METHOD described in analogue 5 (Figure 5):
При применении способа 5 низкая пространственная когерентность лазерного пучка - он состоит как бы из двух половин и в связи с этим в блоке зеркал угол между зеркалами должен выдерживаться равным 90 градусам максимально точно, иначе на большом расстоянии эти половины пучка разойдутся.When applying
В заявленном способе этот недостаток отсутствует, из резонатора лазера выводится один пучок.In the claimed method, this disadvantage is absent, one beam is extracted from the laser cavity.
Конструктивные преимущества узла, реализующего заявленный способ:Design advantages of the node that implements the claimed method:
В способе 4 конструктивно сложное устройство вывода излучения - требует 2 зеркала для вывода и 3 прецизионных узла с дополнительными юстировками.In
В заявленном способе для вывода излучения из резонатора требуется только одно зеркало с устройством для его перемещения.In the inventive method for outputting radiation from the resonator requires only one mirror with a device for moving it.
ПРОТИВ СПОСОБА, описанного в аналоге 6 (Фиг.6):AGAINST THE METHOD described in analogue 6 (Fig.6):
1. Пропускание устройства, реализующего заявленный способ вывода мощности/энергии излучения лазера, определяется, как и в способе 6, отношением площадей пятна выводимого излучения к площади оставшейся части стоячей волны на зеркале резонатора лазера. Однако если в случае способа 6 это отношение фиксированное, то в устройстве, реализующем заявленный способ вывода мощности/энергии излучения, пропускание может плавно меняться от 0 до 100% без нарушения юстировки самого резонатора. В случае применения способа регулирования вывода излучения/мощности по одной из схем аналога 6, приведенных на Фиг.6 (рис.1.2б и 1.2в в книге Ищенко), при необходимости регулирования с целью оптимизации выводимой мощности такого лазера требуется набор выходных зеркал. То есть зеркал с различным диаметром отверстий в случае 1.2б или различных диаметров зеркал в случае 1.2.в, которые поочередно заменяются (подбираются), при этом каждый раз при замене зеркала требуется новая юстировка резонатора. Оставляется то зеркало, которое дало наилучший результат по максимальному выводу излучения (причем для заданного на текущий момент уровня накачки).1. The transmission of a device that implements the claimed method of outputting the laser radiation power / energy is determined, as in
2. Кроме того, в случае необходимости регулирования с целью оптимизации вывода излучения из лазера, имеющего перестройку по частоте, с применением способа 6, зеркало, оптимизированное для одной частоты излучения по максимальной выводимой мощности, будет неоптимальным для другой частоты излучения. Это связано с неравномерностью спектра усиления активной среды любого перестраиваемого лазера. Для достижения максимального диапазона перестройки перестраиваемого по частоте лазера требуется отдельная оптимизация выходного зеркала с заменой зеркал с различными значениями пропускания (диаметрами отверстий) в общем случае для каждой частоты, а для частот на краях диапазона в особенности.2. In addition, if regulation is necessary to optimize the output of radiation from a laser having a frequency
При применении заявленного способа оптимизация вывода излучения перестраиваемого лазера осуществляется простым поворотом ручки настройки зеркала 3 во время работы лазера.When applying the inventive method, the optimization of the output of the tunable laser radiation is carried out by simply turning the
3. Заявленный способ не мешает процессу генерации лазера в процессе регулирования - зеркала резонатора механически не связаны с регулируемым зеркалом, то есть резонатор лазера не расстраивается.3. The claimed method does not interfere with the laser generation process in the process of regulation - the cavity mirrors are not mechanically connected with the adjustable mirror, that is, the laser cavity is not upset.
Преимущества в конструктивной реализации заявленного способа:Advantages in the constructive implementation of the claimed method:
Для реализации регулирования вывода излучения/мощности по одной из схем аналога 6 потребуется набор из 3-5 зеркал с различным пропусканием и юстировка всего лазера при замене одного зеркала другим. К этим неудобствам в случае лазера, работающего в вакуумно-ультрафиолетовой области спектра, при замене одного зеркала другим добавляется потребность в разгерметизации и последующая герметизация бокса, в который этот лазер помещен.To implement the regulation of the output of radiation / power according to one of the analogue 6 schemes, a set of 3-5 mirrors with different transmittance and alignment of the entire laser when replacing one mirror with another will be required. To these inconveniences in the case of a laser operating in the vacuum-ultraviolet region of the spectrum, when replacing one mirror with another, the need for depressurization and subsequent sealing of the box in which this laser is placed is added.
При применении заявленного способа регулирования выходного излучения/мощности лазера, излучающего в вакуумно-ультрафиолетовой области спектра, преимущества заявленного способа регулирования становятся еще более очевидными, так как в этом случае регулирование может осуществляться при помощи ручки на валике, связанном с узлом выводного зеркала, второй конец которого выведен из вакуумируемого бокса через уплотнение. В этом случае разгерметизации бокса при регулировании не потребуется.When applying the inventive method for controlling the output radiation / power of a laser emitting in the vacuum-ultraviolet region of the spectrum, the advantages of the inventive method of regulation become even more obvious, since in this case the regulation can be carried out using the handle on the roller connected to the node of the output mirror, the second end which is removed from the evacuated box through the seal. In this case, depressurization of the box during regulation is not required.
В сравнении с прототипом в заявленном техническом решении осуществляется регулирование не длительности импульсов, а именно выводимой энергии/мощности лазера.In comparison with the prototype in the claimed technical solution, the regulation is not the duration of the pulses, namely the output energy / laser power.
Заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна», предъявляемому к изобретениям, т.к. из исследованного заявителем уровня техники на дату подачи заявки не выявлены признаки, совпадающие с признаками заявленного технического решения.The claimed technical solution meets the criterion of "novelty" presented to the invention, because from the prior art examined by the applicant on the filing date of the application, there are no signs matching the signs of the claimed technical solution.
Заявленное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям, т.к. для специалиста оно явным образом не следует из уровня техники.The claimed technical solution meets the criterion of "inventive step" for inventions, because for a specialist, it does not explicitly follow from the prior art.
Заявителями был изготовлен опытный образец, работающий в видимом диапазоне длин волн, испытания которого подтвердили достижение поставленных целей и наличие указанных преимуществ по сравнению с известными устройствами, в том числе и значительные преимущества перед прототипом, заявленное техническое решение может быть реализовано в лазерах с различными принципами действия, производимых и уже находящихся в хозяйственном обороте, и не требует применения специального промышленного оборудования, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.The applicants made a prototype operating in the visible wavelength range, the tests of which confirmed the achievement of the set goals and the presence of these advantages compared to known devices, including significant advantages over the prototype, the claimed technical solution can be implemented in lasers with different operating principles produced and already in economic circulation, and does not require the use of special industrial equipment, which allows us to conclude that and the criterion of "industrial applicability" for the invention.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012129262/28A RU2525578C2 (en) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | Method of outputting and controlling energy/power of output laser radiation and apparatus therefor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012129262/28A RU2525578C2 (en) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | Method of outputting and controlling energy/power of output laser radiation and apparatus therefor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012129262A RU2012129262A (en) | 2014-01-20 |
RU2525578C2 true RU2525578C2 (en) | 2014-08-20 |
Family
ID=49944883
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012129262/28A RU2525578C2 (en) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | Method of outputting and controlling energy/power of output laser radiation and apparatus therefor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2525578C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2593819C1 (en) * | 2015-05-21 | 2016-08-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" Министерства обороны Российской Федерации | Infrared solid-state laser |
RU2602398C2 (en) * | 2015-01-12 | 2016-11-20 | Максим Яковлевич Афанасьев | Laser unit |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU884526A1 (en) * | 1980-03-21 | 1982-04-30 | Отделение ордена Ленина института химической физики АН СССР | Laser |
DE3032997C2 (en) * | 1979-09-12 | 1989-07-20 | Litton Systems, Inc., Beverly Hills, Calif., Us | |
WO1994008371A1 (en) * | 1992-09-30 | 1994-04-14 | Luecke Francis S | Tuning system for external cavity diode laser |
RU2239921C1 (en) * | 2003-06-16 | 2004-11-10 | Закрытое акционерное общество "Энергомаштехника" | Laser and method for heterogeneous output of free-running lasing energy of higher transverse wave modes from laser |
US6856638B2 (en) * | 2000-10-23 | 2005-02-15 | Lambda Physik Ag | Resonator arrangement for bandwidth control |
-
2012
- 2012-07-10 RU RU2012129262/28A patent/RU2525578C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3032997C2 (en) * | 1979-09-12 | 1989-07-20 | Litton Systems, Inc., Beverly Hills, Calif., Us | |
SU884526A1 (en) * | 1980-03-21 | 1982-04-30 | Отделение ордена Ленина института химической физики АН СССР | Laser |
WO1994008371A1 (en) * | 1992-09-30 | 1994-04-14 | Luecke Francis S | Tuning system for external cavity diode laser |
US6856638B2 (en) * | 2000-10-23 | 2005-02-15 | Lambda Physik Ag | Resonator arrangement for bandwidth control |
RU2239921C1 (en) * | 2003-06-16 | 2004-11-10 | Закрытое акционерное общество "Энергомаштехника" | Laser and method for heterogeneous output of free-running lasing energy of higher transverse wave modes from laser |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2602398C2 (en) * | 2015-01-12 | 2016-11-20 | Максим Яковлевич Афанасьев | Laser unit |
RU2593819C1 (en) * | 2015-05-21 | 2016-08-10 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" Министерства обороны Российской Федерации | Infrared solid-state laser |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012129262A (en) | 2014-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tkachenko | Optical spectroscopy: methods and instrumentations | |
Spaeth et al. | National Ignition Facility wavefront requirements and optical architecture | |
Brahms et al. | Infrared attosecond field transients and UV to IR few-femtosecond pulses generated by high-energy soliton self-compression | |
JP7287784B2 (en) | distributed control unit | |
JP2024063220A (en) | Method and mechanism for generating energy-scalable terahertz radiation | |
RU2525578C2 (en) | Method of outputting and controlling energy/power of output laser radiation and apparatus therefor | |
JP2023502411A (en) | Frequency converter for optimizing laser harmonic properties | |
Porras et al. | Three-dimensional carrier-envelope-phase map of focused few-cycle pulsed Gaussian beams | |
CN107658687B (en) | Self-starting femtosecond titanium gem laser oscillator of synchronous pump | |
JP2016218373A (en) | Multiwavelength oscillation type optical parametric oscillation device and multiwavelength oscillation type optical parametric oscillation method | |
CN111929962B (en) | Device and method for generating multi-wavelength vacuum ultraviolet and deep ultraviolet coherent light source | |
JP7176738B2 (en) | Laser cavity and method for designing laser cavity | |
Vabishchevich et al. | Femtosecond relaxation dynamics of surface plasmon-polaritons in the vicinity of fano-type resonance | |
WO2014111097A1 (en) | Enhancement resonator including non-spherical mirrors | |
JP7446323B2 (en) | Reflection and/or diffraction-based methods and apparatus for generating high-energy terahertz pulses | |
Leshchenko et al. | Aberration-free broadband stretcher-compressor system for femtosecond petawatt-level laser system based on parametric amplification | |
US20200388977A1 (en) | Device and method to adjust tunable laser pulses | |
RU2427062C2 (en) | Tunable frequency selector | |
WO2021033759A1 (en) | Vacuum ultraviolet light generation method and device using same method | |
Beznosenko et al. | COMPACT 1.531 μ m WAVELENGTH LASER ON PbMoO 4: ND 3+ CRYSTAL WITH SRSSELF-CONVERSION AND DIODE PUMPING | |
Yu et al. | Dual grating single-shot pump-probe technique | |
Blanco Fraga et al. | Frequency gating to isolate single attosecond pulses with overdense plasmas using particle-in-cell simulations | |
Grunert et al. | Recent improvements in LIDT of optical components for pulsed and CW applications | |
Petrov et al. | Laser generation in thin inverse layers | |
Zakharov et al. | Sellmeier equation and conversion of the radiation of a repetitively pulsed tunable TEA CO2 laser into the second harmonic in a ZnGeP2 crystal |