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 PDFInfo
- 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
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/034—Optical devices within, or forming part of, the tube, e.g. windows, mirrors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/097—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser
- H01S3/0977—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser having auxiliary ionisation means
- H01S3/09775—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping by gas discharge of a gas laser having auxiliary ionisation means by ionising radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
- H01S3/2383—Parallel arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/06—Construction or shape of active medium
- H01S3/07—Construction or shape of active medium consisting of a plurality of parts, e.g. segments
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
- H01S3/0813—Configuration of resonator
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
- H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
- H01S3/081—Construction or shape of optical resonators or components thereof comprising three or more reflectors
- H01S3/082—Construction 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/14—Lasers, 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
- H01S3/22—Gases
- H01S3/223—Gases the active gas being polyatomic, i.e. containing two or more atoms
- H01S3/2232—Carbon 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°.
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)
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)
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)
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 |
-
2010
- 2010-07-19 RU RU2010130149/28A patent/RU2548372C2/ru not_active IP Right Cessation
-
2011
- 2011-07-11 WO PCT/IB2011/002842 patent/WO2012025836A2/ru active Application Filing
- 2011-07-11 US US13/811,373 patent/US20130114637A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (4)
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 |