RU2629685C1 - Pulsed solid-state laser - Google Patents

Pulsed solid-state laser Download PDF

Info

Publication number
RU2629685C1
RU2629685C1 RU2016125204A RU2016125204A RU2629685C1 RU 2629685 C1 RU2629685 C1 RU 2629685C1 RU 2016125204 A RU2016125204 A RU 2016125204A RU 2016125204 A RU2016125204 A RU 2016125204A RU 2629685 C1 RU2629685 C1 RU 2629685C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
active element
pump
radiation
laser
windows
Prior art date
Application number
RU2016125204A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Николаевич Быков
Валерий Григорьевич Вильнер
Владимир Георгиевич Волобуев
Владислав Андреевич Прядеин
Андрей Георгиевич Садовой
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
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 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Priority to RU2016125204A priority Critical patent/RU2629685C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2629685C1 publication Critical patent/RU2629685C1/en

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
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/0602—Crystal lasers or glass lasers

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: pulsed solid-state laser contains an active element in the form of a rod, both ends of which are bevelled so that the angle between the normal to the surface of the end and the longitudinal axis of the active element exceeds the maximum angle of the total internal reflection. The lateral surfaces of the rod, opposite to the bevelled ends, are made in the form of windows that are transparent to laser radiation. The second pump of the active element is inserted at the second pump source. The pump sources are installed at the bevelled ends of the active element in such a way that the pump radiation from both sources penetrates into the active element. Mirrors of the resonator are installed opposite the windows in the active element at its opposite ends so that a resonance condition is fulfilled between the mirrors. The length of the active element corresponds to the condition Hmin≥Hpores, where Hmin - the amount of irradiation from the pump source in the least irradiated cross-section of the active element; Hpores - the threshold amount of irradiation required for laser generation.
EFFECT: increasing the pumping efficiency and increasing the energy of laser output radiation.
4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к импульсным твердотельным лазерам с диодной накачкой.The invention relates to laser technology, namely to pulsed diode-pumped solid-state lasers.

Известны твердотельные лазеры, содержащие активный элемент с резонатором и лампу накачки [1]. Преобразование излучения лампы в лазерное излучение недостаточно эффективно из-за неоптимального согласования спектра излучения лампы со спектром поглощения активного элемента и из-за несовпадения процесса горения лампы с кинетикой поглощения-излучения активного элемента.Solid-state lasers are known containing an active element with a resonator and a pump lamp [1]. The conversion of lamp radiation into laser radiation is not effective enough due to the non-optimal matching of the lamp radiation spectrum with the absorption spectrum of the active element and due to the mismatch of the lamp burning process with the absorption-radiation kinetics of the active element.

Эти недостатки устранены в лазерах с диодной накачкой. Лазерные диодные решетки и матрицы, применяемые для накачки твердотельных лазеров обладают по сравнению с лампами более высоким КПД, оптимальным для накачки спектром излучения и управляемыми параметрами импульса накачки. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является твердотельный лазер, описанный в [2]. Этот твердотельный лазер содержит последовательно установленные источник излучения накачки в виде лазерной диодной матрицы, первое дихроичное зеркало резонатора, активный элемент, поляризатор, электрооптический затвор и второе зеркало резонатора.These shortcomings are eliminated in diode-pumped lasers. Compared to lamps, laser diode arrays and arrays used for pumping solid-state lasers have a higher efficiency, an optimal emission spectrum for pumping, and controlled pump pulse parameters. The closest in technical essence to the proposed technical solution is a solid-state laser, described in [2]. This solid-state laser contains a series-mounted pump radiation source in the form of a laser diode array, a first dichroic resonator mirror, an active element, a polarizer, an electro-optical shutter and a second resonator mirror.

При накачке через торец активного элемента излучение накачки поглощается в активном элементе, в результате чего степень возбуждения активирующей примеси в ближней и дальней от источника накачки областях активного элемента неодинакова. Это приводит к избыточным энергетическим затратам в ближней части активного элемента и неполному возбуждению активатора в его противоположном конце. В результате снижается как КПД накачки, так и энергия выходного излучения.When pumped through the end face of the active element, the pump radiation is absorbed in the active element, as a result of which the degree of excitation of the activating impurity in the regions of the active element near and far from the pump source is not the same. This leads to excessive energy costs in the near part of the active element and incomplete excitation of the activator at its opposite end. As a result, both the pump efficiency and the output radiation energy are reduced.

Задачей изобретения является повышение эффективности накачки и повышение энергии выходного излучения лазера.The objective of the invention is to increase the pump efficiency and increase the energy of the output laser radiation.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном импульсном твердотельном лазере, содержащем источник излучения накачки, активный элемент, установленный внутри резонатора, включающего глухое и полупрозрачное зеркала, активный элемент выполнен в виде стержня, оба торца которого скошены так, что угол между нормалью к поверхности торца и продольной осью активного элемента превышает предельный угол полного внутреннего отражения, боковые поверхности стержня, противоположные скошенным торцам, выполнены в виде окон, прозрачных для лазерного излучения, у второго торца активного элемента введен второй источник накачки, причем источники накачки установлены у скошенных торцов активного элемента таким образом, чтобы излучение накачки от обоих источников проникало в активный элемент, зеркала резонатора установлены напротив окон в активном элементе у его противоположных торцов так, чтобы между зеркалами выполнялось условие резонанса, причем длина активного элемента соответствует условию Нмин≥Нпор, где Нмин - количество облучения от источника накачки в наименее облученном сечении активного элемента; Нпор - пороговое количество облучения, необходимое для лазерной генерации.The problem is solved due to the fact that in the known pulsed solid-state laser containing a pump radiation source, the active element mounted inside the resonator, including a blind and translucent mirror, the active element is made in the form of a rod, both ends of which are beveled so that the angle between the normal to the surface of the end face and the longitudinal axis of the active element exceeds the limit angle of total internal reflection, the side surfaces of the rod, opposite the beveled ends, are made in the form of windows transparent to laser radiation, a second pump source is introduced at the second end of the active element, the pump sources being installed at the beveled ends of the active element so that the pump radiation from both sources penetrates into the active element, the cavity mirrors are installed opposite the windows in the active element at its opposite ends so between mirrors to satisfy the resonance condition, where the length of the active element corresponds to the condition H ≥N m long where N m - number of radiation from the pump source in least about radiation-section of the active element; N pore - the threshold amount of radiation required for laser generation.

Источник излучения накачки может быть выполнен в виде лазерной диодной матрицы.The pump radiation source can be made in the form of a laser diode array.

Последовательно с активным элементом внутри резонатора может быть введен модулятор добротности резонатора.In series with the active element inside the resonator, a Q-factor of the resonator can be introduced.

Торцы активного элемента могут быть просветлены для излучения накачки, а окна - для лазерного излучения.The ends of the active element can be enlightened for pump radiation, and the windows for laser radiation.

На фиг. 1 представлена схема лазера с параллельными торцами активного элемента. На фиг. 2 показан вариант лазера с непараллельными торцами.In FIG. 1 shows a laser circuit with parallel ends of the active element. In FIG. 2 shows a variant of a laser with non-parallel ends.

Активный элемент 1 (фиг. 1) установлен между зеркалами резонатора - глухим зеркалом 2 и полупрозрачным зеркалом 3. Перед скошенными торцами активного элемента установлены источники накачки - лазерные диодные матрицы 4, 5. Последовательно с активным элементом внутри резонатора установлен модулятор добротности 6.The active element 1 (Fig. 1) is installed between the resonator mirrors — a blind mirror 2 and a translucent mirror 3. In front of the chamfered ends of the active element there are installed pump sources — laser diode arrays 4, 5. In parallel with the active element, a Q-factor 6 is installed.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При включении источников оптической накачки 4 и 5 их излучение проникает в активный элемент 1 через его скошенные торцы. В процессе накачки модулятор добротности 6 выключен, и добротность резонатора, образуемого зеркалами 2, 3 недостаточна для возникновении лазерной генерации. По завершении процесса накачки, обеспечивающего заданный уровень возбуждения активного элемента, модулятор добротности восстанавливает рабочую добротность резонатора, и происходит генерация лазерного импульса. Лазерное излучение выводится из резонатора через полупрозрачное зеркало.When you turn on the optical pump sources 4 and 5, their radiation penetrates into the active element 1 through its beveled ends. In the process of pumping, the Q-switch 6 is turned off, and the Q-factor of the resonator formed by mirrors 2, 3 is insufficient for laser generation. Upon completion of the pumping process, which provides a given level of excitation of the active element, the Q-factor modulator restores the working Q-factor of the resonator, and a laser pulse is generated. Laser radiation is removed from the resonator through a translucent mirror.

Согласно данному техническому решению излучение накачки беспрепятственно проникает в активный элемент через оба его торца с высоким коэффициентом пропускания для излучения накачки. Это обеспечивает равномерность засветки активного элемента и однородного возбуждения активирующей примеси. Для лазерного излучения торцы активного элемента представляют собой стопроцентно отражающие зеркала вследствие расположения под углом полного внутреннего отражения к оси активного элемента.According to this technical solution, the pump radiation freely penetrates the active element through both of its ends with a high transmittance for pump radiation. This ensures uniform illumination of the active element and uniform excitation of the activating impurity. For laser radiation, the ends of the active element are completely reflecting mirrors due to the location at an angle of total internal reflection to the axis of the active element.

Благодаря указанным особенностям изобретения обеспечивается повышение эффективности накачки и повышение энергии выходного излучения лазера.Due to these features of the invention, an increase in the pumping efficiency and an increase in the energy of the laser output radiation are provided.

Данный вывод подтвержден положительными результатами изготовления и испытаний макетного образца лазера. После корректировки документации по результатам испытаний лазер будет запущен в производство.This conclusion is confirmed by the positive results of manufacturing and testing a prototype laser sample. After adjusting the documentation for the test results, the laser will be put into production.

Источники информацииInformation sources

1. Справочник по лазерной технике. Киев, «Технiка», 1978 г., с. 60.1. Handbook of laser technology. Kiev, "Technics", 1978, p. 60.

2. LASER-DIODE ARRAYS: Multicolor uncooled diode array efficiently pumps Nd:YAG laser. LaserFocusWorld. 08/01/2007 - прототип.2. LASER-DIODE ARRAYS: Multicolor uncooled diode array efficiently pumps Nd: YAG laser. LaserFocusWorld. 01/08/2007 - prototype.

Claims (4)

1. Импульсный твердотельный лазер, содержащий источник излучения накачки, активный элемент, установленный внутри резонатора, включающего глухое и полупрозрачное зеркала, отличающийся тем, что активный элемент выполнен в виде стержня, оба торца которого скошены так, что угол между нормалью к поверхности торца и продольной осью активного элемента превышает предельный угол полного внутреннего отражения, боковые поверхности стержня, противоположные скошенным торцам, выполнены в виде окон, прозрачных для лазерного излучения, у второго торца активного элемента введен второй источник накачки, причем источники накачки установлены у скошенных торцов активного элемента таким образом, чтобы излучение накачки от обоих источников проникало в активный элемент, зеркала резонатора установлены напротив окон в активном элементе у его противоположных торцов так, чтобы между зеркалами выполнялось условие резонанса, причем длина активного элемента соответствует условию Нмин≥Нпор, где Нмин - количество облучения от источника накачки в наименее облученном сечении активного элемента; Нпор - пороговое количество облучения, необходимое для лазерной генерации.1. A pulsed solid-state laser containing a pump radiation source, an active element mounted inside a cavity including a blind and translucent mirror, characterized in that the active element is made in the form of a rod, both ends of which are beveled so that the angle between the normal to the end surface and the longitudinal the axis of the active element exceeds the maximum angle of total internal reflection, the side surfaces of the rod opposite the beveled ends are made in the form of windows transparent to laser radiation, at the second end the active element, a second pump source is introduced, and the pump sources are installed at the slanted ends of the active element so that the pump radiation from both sources penetrates into the active element, the resonator mirrors are installed opposite the windows in the active element at its opposite ends so that the resonance condition is satisfied between the mirrors , the length of the active element corresponds to the condition H ≥N m long where N m - number of radiation from the pump source in the least irradiated active element section ; N pore - the threshold amount of radiation required for laser generation. 2. Импульсный твердотельный лазер по п. 1, отличающийся тем, что источник излучения накачки выполнен в виде лазерной диодной матрицы.2. The pulsed solid-state laser according to claim 1, characterized in that the pump radiation source is made in the form of a laser diode array. 3. Импульсный твердотельный лазер по п. 1, отличающийся тем, что последовательно с активным элементом внутри резонатора введен модулятор добротности резонатора.3. The pulsed solid-state laser according to claim 1, characterized in that a Q-factor of the resonator is introduced in series with the active element inside the resonator. 4. Импульсный твердотельный лазер по п. 1, отличающийся тем, что торцы активного элемента просветлены для излучения накачки, а окна - для лазерного излучения.4. The pulsed solid-state laser according to claim 1, characterized in that the ends of the active element are illuminated for pump radiation, and the windows for laser radiation.
RU2016125204A 2016-06-24 2016-06-24 Pulsed solid-state laser RU2629685C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016125204A RU2629685C1 (en) 2016-06-24 2016-06-24 Pulsed solid-state laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016125204A RU2629685C1 (en) 2016-06-24 2016-06-24 Pulsed solid-state laser

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2629685C1 true RU2629685C1 (en) 2017-08-31

Family

ID=59797643

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016125204A RU2629685C1 (en) 2016-06-24 2016-06-24 Pulsed solid-state laser

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2629685C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2783735C1 (en) * 2022-01-12 2022-11-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) Method for controlling laser diode arrays in a pulsed solid-state laser

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050111510A1 (en) * 2003-11-21 2005-05-26 Tsinghua University Corner-pumping method and gain module for solid state slab laser
WO2005114800A1 (en) * 2004-05-07 2005-12-01 Northrop Grumman Corporation Zig-zag laser amplifier with polarization controlled reflectors
RU94771U1 (en) * 2009-12-22 2010-05-27 Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" LASER WITH TRANSVERSE DIODE PUMPING
US9030732B2 (en) * 2013-03-12 2015-05-12 Raytheon Company Suppression of amplified spontaneous emission (ASE) within laser planar waveguide devices

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050111510A1 (en) * 2003-11-21 2005-05-26 Tsinghua University Corner-pumping method and gain module for solid state slab laser
WO2005114800A1 (en) * 2004-05-07 2005-12-01 Northrop Grumman Corporation Zig-zag laser amplifier with polarization controlled reflectors
RU94771U1 (en) * 2009-12-22 2010-05-27 Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" LASER WITH TRANSVERSE DIODE PUMPING
US9030732B2 (en) * 2013-03-12 2015-05-12 Raytheon Company Suppression of amplified spontaneous emission (ASE) within laser planar waveguide devices

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2783735C1 (en) * 2022-01-12 2022-11-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) Method for controlling laser diode arrays in a pulsed solid-state laser

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5557624A (en) Laser system using U-doped crystal Q-switch
US20120269214A1 (en) Passively Q-switched Microlaser
WO1999056359A1 (en) Mode locked solid-state laser and method for generating pulsed laser radiation
CA2627418A1 (en) High power, end pumped laser with off-peak pumping
Młyńczak et al. Pulse generation at 1.5-μm wavelength in new EAT14 glasses doped with Er 3+ and Yb 3+ ions
Šulc et al. 1.6 μ m microchip laser
RU2629685C1 (en) Pulsed solid-state laser
US5832008A (en) Eyesafe laser system using transition metal-doped group II-VI semiconductor as a passive saturable absorber Q-switch
CN108923236B (en) Vanadate crystal laser based on neodymium ion doping
RU2593819C1 (en) Infrared solid-state laser
RU2636260C1 (en) Solid state laser with q-switching
RU2635400C1 (en) Solid state laser
RU2623810C1 (en) Laser
US10153609B2 (en) GaN pumped ruby laser
CN109149351B (en) Q-switched laser
RU2623688C1 (en) Laser with longitudinal pumping
US3634779A (en) High-inversion laser device having an impregnated flashtube jacket, an ultraviolet absorbing filter between the laser rod and the flashtube and a filter within the laser rod
Gao et al. Q-switched ceramic lasers for remote sensing
CN109787080A (en) The picosecond laser of controllable multiple-pulse passive mode-locking
RU211262U1 (en) LONGITUDINALLY PUMPED LASER
Sheintop et al. Q Switched Tunable milli-Joule Level Tm Laser
Švejkar et al. Er: YAG microchip for lasing in spectral range 2.94 µm and gain switching generation
CN108683061B (en) Self-modulated dual-wavelength all-fiber pulse laser
RU148558U1 (en) SOLID LASER MEDIUM IR RANGE WITH DIODE PUMPED PUMP
CN111478166A (en) Solid pulse laser with high-energy picosecond output