RU2548372C2 - Способ получения оптического разряда в газе и устройство для его осуществления - Google Patents

Способ получения оптического разряда в газе и устройство для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2548372C2
RU2548372C2 RU2010130149/28A RU2010130149A RU2548372C2 RU 2548372 C2 RU2548372 C2 RU 2548372C2 RU 2010130149/28 A RU2010130149/28 A RU 2010130149/28A RU 2010130149 A RU2010130149 A RU 2010130149A RU 2548372 C2 RU2548372 C2 RU 2548372C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
gas
radiation
optical
pulse duration
Prior art date
Application number
RU2010130149/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2010130149A (ru
Inventor
Юрий Александрович Чивель
Original Assignee
Юрий Александрович Чивель
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Александрович Чивель filed Critical Юрий Александрович Чивель
Priority to RU2010130149/28A priority Critical patent/RU2548372C2/ru
Priority to US13/811,373 priority patent/US20130114637A1/en
Priority to PCT/IB2011/002842 priority patent/WO2012025836A2/ru
Publication of RU2010130149A publication Critical patent/RU2010130149A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2548372C2 publication Critical patent/RU2548372C2/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/03Constructional details of gas laser discharge tubes
    • H01S3/034Optical devices within, or forming part of, the tube, e.g. windows, mirrors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/097Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
    • H01S3/0977Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser having auxiliary ionisation means
    • H01S3/09775Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser having auxiliary ionisation means by ionising radiation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/02Constructional details
    • H01S3/03Constructional details of gas laser discharge tubes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2383Parallel arrangements
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06Construction or shape of active medium
    • H01S3/07Construction or shape of active medium consisting of a plurality of parts, e.g. segments
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/081Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
    • H01S3/0813Configuration of resonator
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/081Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
    • H01S3/082Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors defining a plurality of resonators, e.g. for mode selection or suppression
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/22Gases
    • H01S3/223Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
    • H01S3/2232Carbon dioxide (CO2) or monoxide [CO]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области лазерных технологий. Способ получения оптического разряда в газе состоит в оптическом пробое газа с образованием поглощающей плазменной области и ее поддержании в луче лазера в течение длительности его воздействия. При этом пробой газа с образованием плазменной области осуществляют путем фокусировки излучения короткоимпульсного лазера, а поддержание плазменной области осуществляют в резонаторе непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса за счет многократного прохождения излучения непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса через оптический разряд. Технический результат заключается в повышении эффективности использования энергии лазера. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к области лазерной физики и лазерных технологий и может быть использовано при разработке и создании плазмохимических систем на основе лазеров.
Известен способ [1] получения оптического разряда в газе, состоящий в оптическом пробое газа с образованием поглощающей плазменной области и ее поддержании в луче квазистационарного лазера в течение длительности его воздействия.
Недостатком данного способа являются большие потери лазерного излучения вследствие высокого пропускания лазерного излучения плазмой разряда, 40% и более даже на длине излучения СО2 лазера, что делает затруднительным применение более коротковолновых лазеров.
Наиболее близким к предлагаемому способу является представленный в [2] способ получения непрерывного оптического разряда в газе.
Недостатком данного способа является сложность осуществления, большие потери лазерного излучения вследствие высокого пропускания лазерного излучения плазмой разряда.
Задачей заявляемого изобретения является расширение области применения оптического разряда путем использования компактных лазерных систем ближнего ИК, видимого и УФ диапазона и повышение эффективности использования энергии лазера.
Для решения поставленной задачи предложен способ получения оптического разряда в газе, состоящий в оптическом пробое газа с образованием поглощающей плазменной области и ее поддержании в луче в течение длительности его воздействия.
В заявляемом способе пробой газа с образованием плазменной области осуществляют путем фокусировки излучения короткоимпульсного лазера, а ее поддержание осуществляют в концентрическом резонаторе непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса, предназначенного для поддержания разряда (фиг. 1а). Пробой газа осуществляют путем острой фокусировки объективом 5 излучения короткоимпульсного лазера 4. Благодаря многократному прохождению через плазменную область излучения непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса с активным элементом 1 в концентрическом резонаторе, образованном полностью отражающими лазерное излучение зеркалами 2,6 и линзой 3, вся мощность лазера расходуется только на поддержание оптического разряда в перетяжке резонатора 7 и полностью вкладывается в разряд независимо от длины волны лазерного излучения при добротности резонатора не хуже 105. Ввиду низкого показателя поглощения плазмы оптического разряда влияние плазмы на генерационные характеристики лазера будет незначительно.
Для их уменьшения при необходимости можно использовать трехзеркальный резонатор (фиг. 1б) и располагать область оптического разряда в перетяжке 7 дополнительного концентрического резонатора (фиг. 1б). Для симметризации оптического разряда его поддержание осуществляют в фокальной области сфокусированного конического лазерного пучка (фиг. 2).
Известно устройство [3] для получения оптического разряда в газе, содержащее квазистационарный Nd-лазер, оптически связанный с фокусирующим объективом.
Недостатком данного устройства явлеются малая длина волны излучения лазера и соответственно низкий показатель поглощения плазмы разряда α~λ2~10-2 см-1 (воздух, λ=1,06 мкм) и соответственно большие потери мощности лазерного излучения.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство [4] для получения непрерывного оптического разряда в газе, содержащее непрерывный CO2-лазер, оптически связанный с фокусирующим объективом.
Недостатком данного устройства являются большие потери излучения, несмотря на большую длину волны излучения СО2-лазера. В разряде с характерным размером 1 см поглощается около 50% лазерного излучения.
Задачей заявляемого изобретения является создание устройств, обеспечивающих пробой газовой среды для инициирования оптического разряда и обеспечение многократного прохождения излучения лазера, поддерживающего разряд, через плазменную область с целью полного поглощения мощности излучения.
Для решения поставленной задачи предложены новые технические решения.
Устройство для получения оптического разряда в газе содержит лазер, оптически связанный с фокусирующим объективом.
Новым по мнению автора является то, что устройство дополнительно содержит непрерывный лазер или лазер с большой длительностью импульса с концентрическим резонатором, оптически связанным с фокусирующим объективом.
Новым по мнению автора является то, что устройство дополнительно содержит непрерывный лазер или лазер с большой длительностью импульса, оптически связанный с дополнительным концентрическим резонатором, оптически связанным с фокусирующим объективом. Сущность устройств поясняется на фиг 1 а,б.
Устройство на фиг. 1а содержит лазерный активный элемент 1, глухие зеркала 2, 6, а также линзу 3, мощный короткоимпульсный лазер 4 с объективом 5. Перетяжка концентрического резонатора совмещена с фокусом объектива 5.
Устройство на фиг. 1б содержит лазерный активный элемент 1, глухие зеркала 2, 6 и полупрозрачное зеркало 8, а также линзу 3, мощный короткоимпульсный лазер 4 с объективом 5. Перетяжка дополнительного резонатора (фокус линзы 3 и зеркала 6) совмещена с фокусом объектива 5. Устройство работает следующим образом. Коротким мощным импульсом излучения лазера 4 осуществляют оптический пробой газа в фокусе объектива 5. Возникший в фокальной области оптический разряд 7 поддерживается за счет поглощения излучения активного элемента непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса 1 при многократных прохождениях излучения (не менее 105) через оптический разряд.
Новым по мнению автора является то, что устройство дополнительно содержит непрерывный лазер или лазер с большой длительностью импульса, оптически связанный с фокусирующим объективом, системой формирования кольцевого пучка в виде отражательного аксикона и конического зеркала, а также коническое поворотное зеркало, причем угол схождения конического пучка равен 180°.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен общий вид предлагаемого устройства (фиг. 2).
Устройство (фиг. 2) содержит лазерный активный элемент 1, глухое зеркало 2, линзу 3, отражательный аксикон 9, поворотные конические зеркала 10, 11, мощный короткоимпульсный лазер 4, поворотное зеркало 12, объектив 5. Оптическая система из аксикона 9 и поворотных конических зеркал 10, 11 эквивалентна глухому зеркалу резонатора.
Устройство работает следующим образом. Коротким мощным импульсом излучения лазера 4 осуществляют оптический пробой газа в фокусе объектива 5, совпадающем с фокусом линзы 3 в фокальной области конического пучка. Возникший в фокальной области 7 оптический разряд поддерживается за счет поглощения излучения активного элемента лазера 1 при многократных прохождениях излучения (не менее 105) через оптический разряд. В данном устройстве может быть реализована схема 2-зеркального резонатора, так и 3-зеркального резонатора путем установки полупрозрачного зеркала 8.
Таким образом заявляемый способ и устройство позволяют существенно расширить область применения оптического разряда путем использования компактных лазерных систем ближнего ИК, видимого и УФ диапазона и повысить эффективности использования энергии лазера.
Список литературы
1. Ф. Бункин, В. Конов, А. Прохоров // Письма в ЖЭТФ. Т. 9. С. 599. 1964.
2. S. Metev, A. Stephen et al. // Riken Review. №50. pp. 47-52. 2003.
3. И. Буфетов, А. Прохоров, В. Федоров, В. Фомин // Труды ИОФАН. Т. 10. С. 3-70. 1988
4. В.Конов, С.Углов // Кв. электр. Т. 25. С. 291-292. 1998.

Claims (6)

1. Способ получения оптического разряда в газе, состоящий в оптическом пробое газа с образованием поглощающей плазменной области и ее поддержании в луче лазера в течение длительности его воздействия, отличающийся тем, что пробой газа с образованием плазменной области осуществляют путем фокусировки излучения короткоимпульсного лазера, а поддержание плазменной области осуществляют в резонаторе непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса за счет многократного прохождения излучения непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса через оптический разряд.
2. Способ по п. 1 отличающийся тем, что в качестве указанного резонатора используется дополнительный концентрический резонатор непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пробой газа с образованием плазменной области и ее поддержание осуществляют в фокальной области сфокусированного конического пучка непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса.
4. Устройство для получения оптического разряда в газе, содержащее лазер, оптически связанный с фокусирующим объективом, отличающееся тем, что дополнительно содержит непрерывный лазер или лазер с большой длительностью импульса с концентрическим резонатором, оптически связанным с фокусирующим объективом, причем в концентрическом резонаторе осуществляется поддержание плазменной области за счет многократного прохождения излучения непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса через оптический разряд.
5. Устройство для получения оптического разряда в газе, содержащее лазер, оптически связанный с фокусирующим объективом, отличающееся тем, что дополнительно содержит непрерывный лазер или лазер с большой длительностью импульса, содержащий трехзеркальный резонатор, включающий концентрический дополнительный резонатор, оптически связанный с фокусирующим объективом, причем в дополнительном концентрическом резонаторе осуществляется поддержание плазменной области за счет многократного прохождения излучения непрерывного лазера или лазера с большой длительностью импульса через оптический разряд.
6. Устройство для получения оптического разряда в газе, содержащее лазер, оптически связанный с фокусирующим объективом, отличающееся тем, что дополнительно содержит непрерывный лазер или лазер с большой длительностью импульса, оптически связанный с фокусирующим объективом, системой формирования кольцевого пучка в виде отражательного аксикона и конического зеркала, а также поворотное коническое зеркало, причем угол схождения конического пучка равен 180°.
RU2010130149/28A 2010-07-19 2010-07-19 Способ получения оптического разряда в газе и устройство для его осуществления RU2548372C2 (ru)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010130149/28A RU2548372C2 (ru) 2010-07-19 2010-07-19 Способ получения оптического разряда в газе и устройство для его осуществления
US13/811,373 US20130114637A1 (en) 2010-07-19 2011-07-11 Method and device for obtaining an optical discharge in a gas
PCT/IB2011/002842 WO2012025836A2 (ru) 2010-07-19 2011-07-11 Способ получения оптического разряда в газе и устройство для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010130149/28A RU2548372C2 (ru) 2010-07-19 2010-07-19 Способ получения оптического разряда в газе и устройство для его осуществления

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010130149A RU2010130149A (ru) 2012-01-27
RU2548372C2 true RU2548372C2 (ru) 2015-04-20

Family

ID=45723864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010130149/28A RU2548372C2 (ru) 2010-07-19 2010-07-19 Способ получения оптического разряда в газе и устройство для его осуществления

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20130114637A1 (ru)
RU (1) RU2548372C2 (ru)
WO (1) WO2012025836A2 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9723703B2 (en) * 2014-04-01 2017-08-01 Kla-Tencor Corporation System and method for transverse pumping of laser-sustained plasma

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050163184A1 (en) * 2000-09-29 2005-07-28 Hilliard Donald B. Optical cavity and laser
RU2302064C2 (ru) * 2005-03-24 2007-06-27 Государственное Научное Учреждение "Институт Молекулярной И Атомной Физики Нан Беларуси" Твердотельный лазер для накачки активной среды
US20090174930A1 (en) * 2008-01-08 2009-07-09 Ionatron, Inc. Regenerative laser amplifier
US20090267005A1 (en) * 2006-10-13 2009-10-29 Cymer, Inc. Drive laser delivery systems for euv light source

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4177435A (en) * 1977-10-13 1979-12-04 United Technologies Corporation Optically pumped laser
US5379315A (en) * 1992-11-23 1995-01-03 United Technologies Corporation Semiconductor laser pumped multiple molecular gas lasers
US20040141578A1 (en) * 2003-01-16 2004-07-22 Enfinger Arthur L. Nuclear fusion reactor and method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050163184A1 (en) * 2000-09-29 2005-07-28 Hilliard Donald B. Optical cavity and laser
RU2302064C2 (ru) * 2005-03-24 2007-06-27 Государственное Научное Учреждение "Институт Молекулярной И Атомной Физики Нан Беларуси" Твердотельный лазер для накачки активной среды
US20090267005A1 (en) * 2006-10-13 2009-10-29 Cymer, Inc. Drive laser delivery systems for euv light source
US20090174930A1 (en) * 2008-01-08 2009-07-09 Ionatron, Inc. Regenerative laser amplifier

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012025836A2 (ru) 2012-03-01
RU2010130149A (ru) 2012-01-27
WO2012025836A3 (ru) 2012-06-07
US20130114637A1 (en) 2013-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Guan et al. 32.1 W/m2 continuous wave solar-pumped laser with a bonding Nd: YAG/YAG rod and a Fresnel lens
US5644424A (en) Laser amplifier and method
US20140219297A1 (en) Anisotropic Beam Pumping of a Kerr Lens Modelocked Laser
CN103730823A (zh) 光纤反射式石墨烯被动调q锁模激光器
RU2548372C2 (ru) Способ получения оптического разряда в газе и устройство для его осуществления
CN103022870A (zh) 基于板条结构的大功率355nm紫外激光器
CN104659640A (zh) 一种圆柱形排布的双包层光纤激光器
CN103779770A (zh) 蓝光LD泵浦掺镨氟化钇锂915nm近红外全固体激光器
CN203722048U (zh) 光纤反射式石墨烯被动调q锁模激光器
JP4867032B2 (ja) 太陽光励起レーザー装置
RU2300834C2 (ru) Непрерывный компактный твердотельный вкр-лазер (варианты)
Martial et al. High-power diode-pumped Er3+: YAG single-crystal fiber laser
Pupeza et al. Compact 0.1-W source of octave-spanning mid-infrared femtosecond pulses centered at 10 µm
CN104037604A (zh) 克尔透镜自锁模Yb:LSO激光器
RU2790613C1 (ru) Источник света с лазерной накачкой и способ лазерного зажигания плазмы
Schellhorn et al. High-pulse energy mid-IR ZGP OPO
CN203103751U (zh) 基于板条结构的大功率355nm紫外激光器
Schellhorn et al. Improvement of the Beam Quality of a High-Pulse-Energy Mid-infrared ZnGeP2 FIRE OPO
Kuper et al. Green pumped alexandrite lasers
Masuda et al. Solar-pumped fiber laser with transverse-excitation geometry
Coyle et al. A broadly tunable ultrafast diode-pumped Ti: sapphire laser
Lagatsky High-performance and low SWaP-C frequency comb for portable optical clock applications
Hu et al. Generation of continuous-wave and pulsed vortex beams in an a-cut Nd: YVO4 laser with annular end-pumping
CN116417883A (zh) 基于螺旋相位板的腔内直接产生涡旋激光的装置及方法
Zhdanov et al. Transverse-pumped Cs vapor laser

Legal Events

Date Code Title Description
FA92 Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted)

Effective date: 20130919

HE9A Changing address for correspondence with an applicant
FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20140814

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150720