RU2575643C1 - Способ генерации лазерных импульсов высокой мощности в диапазоне длин волн 3-5 мкм - Google Patents
Способ генерации лазерных импульсов высокой мощности в диапазоне длин волн 3-5 мкм Download PDFInfo
- Publication number
- RU2575643C1 RU2575643C1 RU2014146968/28A RU2014146968A RU2575643C1 RU 2575643 C1 RU2575643 C1 RU 2575643C1 RU 2014146968/28 A RU2014146968/28 A RU 2014146968/28A RU 2014146968 A RU2014146968 A RU 2014146968A RU 2575643 C1 RU2575643 C1 RU 2575643C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- laser
- wavelength
- mcm
- zones
- Prior art date
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 4
- GTLQJUQHDTWYJC-UHFFFAOYSA-N zinc;selenium(2-) Chemical compound [Zn+2].[Se-2] GTLQJUQHDTWYJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- -1 iron ions Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 16
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 6
- 230000003287 optical Effects 0.000 abstract description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 229910001428 transition metal ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052803 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001427 coherent Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000000960 laser cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical group 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к лазерной технике. Способ генерации лазерных импульсов высокой мощности в диапазоне длин волн 3-5 мкм осуществляется с использованием ZnSe-лазера, включающего резонатор с глухим и полупрозрачным зеркалами, и лазера YAG:Еr3+ с длиной волны излучения 2,94 мкм для его накачки. При этом источниками излучения с длиной волны 3-5 мкм являются зоны рабочего тела в виде полос, получаемые легированием активного материала селенида цинка ионами железа Fe2+ до концентрации 1020 см-3 на толщину 100-150 мкм. Технический результат заключается в обеспечении возможности достижения большой выходной мощности, распределения генерируемого излучения в пространстве и получения на выходе пучков излучения с различными оптическими характеристиками. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области квантовой физики и может быть использовано при создании лазерных систем для формирования импульсов электромагнитного излучения в диапазоне длин волн 3-5 мкм.
Известен способ получения излучения с длиной волны в диапазоне 3,94-4,54 мкм с помощью лазера при использовании в нем в качестве активного материала монокристалла селенида цинка, легированного ионами Fe2+. В целях увеличения выходной мощности используют высокий уровень энергии когерентной накачки при длительности импульсов до 200 мкс. Это приводит к росту температуры кристалла и необходимости использования системы охлаждения лазера, обеспечивающей рабочую температуру примерно 255°К, что является определенным недостатком способа [1].
Также известен способ генерации излучения ZnSe:Fe2+ - лазером в диапазоне длин волн 3,77-4,40 мкм при комнатной температуре с максимальным КПД 10-15% при накачке YAG:Er3+ - лазером с длиной волны 2,94 мкм в режиме модуляции добротности [2].
Одним из наиболее близких технических решений (прототипом) является способ генерации лазерного излучения ближнего ИК-диапазона, представленный в патенте США №5541948 [3]. Отличительная особенность указанного изобретения состоит в использовании в качестве активного материала соединения, имеющего формулу MX, где М - двухвалентный катион из группы элементов Mg, Zn, Cd, а X - двухвалентный анион из группы элементов S, Se, Те, и легированного ионами одного из группы переходных металлов Ti, V, Cr, Mn, Fe, Со, Ni, Cu. Другой отличительной особенностью данного изобретения является расположение на одной оси элементов оптической системы, включая лазер для накачки.
Существенным недостатком приведенных способов генерации лазерного излучения является ограниченная выходная мощность и невозможность ее варьирования в широких пределах.
Технический результат от использования предлагаемого технического решения заключается в возможности достижения большой выходной мощности, распределения генерируемого излучения в пространстве и получения на выходе пучков излучения с различными оптическими характеристиками.
В соответствии с предлагаемым изобретением технический результат достигается тем, что в способе генерации лазерных импульсов высокой мощности в диапазоне длин волн 3-5 мкм с использованием ZnSe-лазера, включающего резонатор с глухим и полупрозрачным зеркалами, и для его накачки YAG:Er3+ - лазера с длиной волны излучения 2,94 мкм источниками излучения с длиной волны 3-5 мкм являются зоны рабочего тела в виде полос, получаемые легированием активного материала селенида цинка ионами железа Fe2+ до концентрации 1020 см-3 на толщину 100-150 мкм.
Кроме того, накачку зон рабочего тела ZnSe-лазера для генерации лазерных импульсов в диапазоне длин волн 3-5 мкм производят лазерами, количество которых соответствует числу зон активного материала.
Кроме того, для получения одномодового излучения пучков накачку зон рабочего тела ZnSe-лазера производят путем расщепления излучения от лазера накачки по числу зон рабочего тела с помощью делителя пучка.
Кроме того, ось накачки и направление генерируемого излучения с длиной волны в диапазоне 3-5 мкм составляют угол 90°.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для реализации предлагаемого способа генерации лазерного излучения.
На фиг. 2 представлена схема устройства, у которого число лазеров накачки соответствует числу зон рабочего тела, легированных ионами Fe2+ (поперечное сечение рабочего тела).
На фиг. 3 представлена схема устройства, у которого излучение накачки для каждой зоны рабочего тела получают путем расщепления пучка от лазера накачки (поперечное сечение рабочего тела).
Способ генерации лазерных импульсов высокой мощности в диапазоне длин волн 3-5 мкм реализуется в лазерном модуле - 1, который содержит рабочее тело - 2, в качестве материала которого используют монокристалл ZnSe, полупрозрачное зеркало - 3, выполняющее роль концентратора излучения, и глухое зеркало - 4 (фиг. 1). Наличие зеркал указанного типа позволяет организовать одностороннее излучение из лазерного блока.
Накачка рабочего тела - 2 осуществляется с помощью лазера - 5. Для генерации излучения в длинноволновой области 3-5 мкм целесообразно использование для накачки кросс-релаксационного YAG-Er3+ - лазера, генерирующего излучение в диапазоне 2,94 мкм и имеющего диодную накачку с длиной волны 0,98 мкм. Генерируемое лазером - 5 излучение накачки проходит систему фокусировки - 6 в виде цилиндрических линз. Линия накачки образует прямой угол с осью пучка излучения, исходящего из рабочего тела - 2.
Повышение среднего значения мощности излучения в диапазоне длин волн 3-5 мкм обеспечивается особой, полосчатой структурой рабочего тела - 2. У рабочего тела - 2 в виде продольных полос толщиной 100-150 мкм расположены зоны насыщения - 7 матрицы ZnSe ионами переходного металла Fe2+. Эти зоны получают путем термодиффузионного легирования до предельной концентрации (примерно 1020 см-3). Указанные зоны насыщения - 7 могут контактировать между собой для получения широкого пучка излучения. Между зонами насыщения - 7 могут быть расположены участки матрицы в целях получения на выходе из устройства нескольких пучков излучения.
При наличии нескольких зон насыщения - 7 накачку каждой зоны можно производить от отдельного лазера (фиг. 2) или от одного лазера, используя делитель пучка - 8 в виде призматической системы (фиг. 3).
Возможно получение полосчатой структуры активного элемента - 2 путем набора монокристаллических пластин необходимой толщины, полученных из расплава ZnSe с введением в него ионов переходного металла Fe2+. В этом случае обеспечивается более равномерное распределение ионов Fe2+ по объему и соответственно более однородная плотность пучка излучения.
Из вышеприведенного следует, что предложенные технические решения имеют преимущества по сравнению с известными - повышается среднее значение выходной мощности, повышается лучевая плотность и возможно получение генерируемого излучения в пространстве в виде пучков различной ширины - следовательно, дают при использовании соответствующий технический результат.
По результатам заявки в настоящее время проведены экспериментальные исследования, подтвердившие достижение вышеуказанного технического результата.
Источники информации
1. А.А. Воронов, В.И. Козловский, Ю.В. Коростелин и др. Квантовая электроника, 35, 809 (2005).
2. В.А. Акимов, А.А. Воронов, В.И. Козловский и др. Квантовая электроника, 36, 299 (2006).
3. Патент США №5541948 (МКИ H01S 3/16; НКИ 372/41; 68; дата опубл. патента 30.07.1996 г.; Krupke W.F. et al.)
Claims (4)
1. Способ генерации лазерных импульсов высокой мощности в диапазоне длин волн 3-5 мкм с использованием ZnSe-лазера, включающего резонатор с глухим и полупрозрачным зеркалами, и для его накачки YAG:Еr3+-лазера с длиной волны излучения 2,94 мкм, отличающийся тем, что источниками излучения с длиной волны 3-5 мкм являются зоны рабочего тела в виде полос, получаемые легированием активного материала селенида цинка ионами железа Fe2+ до концентрации 1020 см-3 на толщину 100-150 мкм.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что накачку зон рабочего тела ZnSe-лазера для генерации лазерных импульсов в диапазоне длин волн 3-5 мкм производят лазерами, количество которых соответствует числу зон активного материала.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что накачку зон рабочего тела ZnSe-лазера производят путем расщепления излучения от лазера накачки по числу зон рабочего тела с помощью делителя пучка.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ось накачки и направление генерируемого излучения с длиной волны в диапазоне 3-5 мкм составляют угол 90°.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2575643C1 true RU2575643C1 (ru) | 2016-02-20 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7522651B2 (en) * | 2004-03-10 | 2009-04-21 | Pavilion Integration Corporation | Solid-state lasers employing incoherent monochromatic pump |
RU2419182C2 (ru) * | 2008-12-25 | 2011-05-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр "Реагент" | Способ получения инфракрасного излучения и устройство для его осуществления |
JP5137855B2 (ja) * | 2006-02-17 | 2013-02-06 | ザ ユーエービー リサーチ ファウンデーション | 気体試料を分析するための中間irレーザ機器およびその使用方法 |
US20130121353A1 (en) * | 2011-11-14 | 2013-05-16 | Francis J. Kub | Infrared laser |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7522651B2 (en) * | 2004-03-10 | 2009-04-21 | Pavilion Integration Corporation | Solid-state lasers employing incoherent monochromatic pump |
JP5137855B2 (ja) * | 2006-02-17 | 2013-02-06 | ザ ユーエービー リサーチ ファウンデーション | 気体試料を分析するための中間irレーザ機器およびその使用方法 |
RU2419182C2 (ru) * | 2008-12-25 | 2011-05-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-технический центр "Реагент" | Способ получения инфракрасного излучения и устройство для его осуществления |
US20130121353A1 (en) * | 2011-11-14 | 2013-05-16 | Francis J. Kub | Infrared laser |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Е.М.Гаврищук и др. "Лазер на ZnSe:Fe2+ с большой энергией излучения, работающий при комнатной температуре", Квантовая электроника, том 44, N6, стр. 505-506, июнь 2014. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Baylam et al. | Dual-wavelength temporal dynamics of a gain-switched 2-μm Tm3+: Lu2O3 ceramic laser | |
Kalachev et al. | The study of a Tm: YLF laser pumped by a Raman shifted Erbium fiber laser at 1678 nm | |
Hagen et al. | High-power, diode-dumped Er: YAG for dentistry | |
RU2575643C1 (ru) | Способ генерации лазерных импульсов высокой мощности в диапазоне длин волн 3-5 мкм | |
Skórczakowski et al. | 30 mJ, TEM 00, high repetition rate, mechanically Q-switched Er: YAG laser operating at 2940 nm | |
Pogoda et al. | High power Nd: YAG laser with self-pumped phase-conjugate loop cavity and repetitive pulsed diode-matrix side-pumping | |
US9698561B1 (en) | Temperature tuned conjugated polymer laser | |
Giesen et al. | High-power thin disk lasers | |
Dunn et al. | Saturated output tabletop x-ray lasers | |
US20240055824A1 (en) | High-energy high-power diode pumped broadband laser | |
Smolski et al. | High-energy Q-switched 25mJ Er: YAG and 75mJ Ho: YAG lasers at 1kHz repetition rate | |
Fedin et al. | Perspective Nd: GGG laser with phase conjugation in active medium | |
Büker et al. | High-pulse-energy Q-switched Ho3+: YAG laser | |
RU2693542C1 (ru) | Лазерная система и способ генерации ик излучения | |
Herasymov | Modeling a Compact Diode-Pumped Nd: YAG Solid State Laser | |
Gaponenko et al. | Microchip Tm: KYW laser with 2.5 W of output power | |
Otsuka et al. | Lithium neodymium tetraphosphate laser | |
Basiev et al. | Quasi-continuous operation of an LiF laser with F2-colour centres | |
Apollonov | High Energy High Repetition Rate Wide-Aperture PP Lasers | |
Sekine et al. | High gain, high efficiency cryogenic Yb: YAG ceramics amplifier for several hundred joules DPSSL | |
Machekhin et al. | Design and Optimal Parameters of a Small-sized Diode-Pumped Nd: YAG Laser Setup | |
Rao | Applications of Nd: YAG Lasers in material processing: Fundamental approach | |
Lancranjan et al. | Analysis of a passively q-switched Nd: YAG slab laser oscillator/amplifier system | |
Rocca et al. | Demonstration of a 100 Hz repetition rate soft x-ray laser and gain-saturated sub-10 nm table-top lasers | |
Speiser | Frontiers of disk lasers |