RU2635400C1

RU2635400C1 - Solid state laser

Info

Publication number: RU2635400C1
Application number: RU2016125206A
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Быков; Валерий Григорьевич Вильнер
Original assignee: Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2016-06-24
Publication date: 2017-11-13

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: solid state laser contains a source of pumping radiation, an active element mounted inside the resonator, which includes a dull and semitransparent mirror. The active element is made in the form of a rod, at least, one of its ends is bevelled so that the angle between the normal to the end and the longitudinal axis of the rod exceeds the angle of the total internal reflection. The lateral surface of the rod, opposite to the bevelled end, is made in the form of a window that is transparent to laser radiation. The pumping source is installed at the bevelled end of the active element in such a way that the pumping radiation penetrates into the active element. One of the resonator mirrors is mounted opposite the window in the active element so that the angle between the mirror axis and the surface of the bevelled end is equal to the angle between this surface and the axis of the active element.

EFFECT: increasing the energy and homogeneity of the output radiation, and the reliability of the laser.

3 cl, 1 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.

Необходимость использования первого зеркала одновременно как элемента резонатора лазера и входного окна для излучения накачки ограничивает возможности конструктивного исполнения зеркала (например, при необходимости использования зеркала, обладающего кривизной) и ухудшает его характеристики по каждому из указанных назначений. В результате снижается выходная энергия излучения лазера и надежность глухого зеркала.The need to use the first mirror at the same time as an element of the laser cavity and the input window for pump radiation limits the possibilities of constructive design of the mirror (for example, if it is necessary to use a mirror with curvature) and worsens its characteristics for each of these purposes. As a result, the output energy of the laser radiation and the reliability of the deaf mirror are reduced.

Задачей изобретения является повышение однородности накачки, повышение энергии выходного излучения лазера и повышение надежности лазера.The objective of the invention is to increase the uniformity of the pump, increase the energy of the output radiation of the laser and increase the reliability of the laser.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном твердотельном лазере, содержащем источник излучения накачки, активный элемент, установленный внутри резонатора, включающего глухое и полупрозрачное зеркала, активный элемент выполнен в виде стержня, по крайней мере один из торцов которого скошен так, что угол между нормалью к торцу и продольной осью стержня превышает угол полного внутреннего отражения, боковая поверхность стержня, противоположная скошенному торцу, выполнена в виде окна, прозрачного для лазерного излучения, источник накачки установлен у скошенного торца активного элемента таким образом, чтобы излучение накачки проникало в активный элемент, одно из зеркал резонатора установлено напротив окна в активном элементе так, чтобы угол между осью зеркала и поверхностью скошенного торца был равен углу между этой поверхностью и осью активного элемента.The problem is solved due to the fact that in the known solid-state laser containing a pump radiation source, the active element is installed inside the resonator, including blind and translucent mirrors, the active element is made in the form of a rod, at least one of the ends of which is beveled so that the angle between the normal to the end and the longitudinal axis of the rod exceeds the angle of total internal reflection, the lateral surface of the rod, opposite the beveled end, is made in the form of a window transparent to laser radiation, a pumping source is installed at the chamfered end of the active element so that the pump radiation penetrates into the active element, one of the resonator mirrors is installed opposite the window in the active element so that the angle between the mirror axis and the surface of the beveled end is equal to the angle between this surface and the axis of the active element .

Поверхность скошенного торца активного элемента может быть просветлена в диапазоне длин волн источника накачки, а поверхность окна - на длине волны лазерного излучения.The surface of the beveled end of the active element can be clarified in the wavelength range of the pump source, and the surface of the window at the wavelength of the laser radiation.

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.

На фиг. 1 представлена схема лазера.In FIG. 1 shows a laser circuit.

Активный элемент 1 установлен между зеркалами резонатора - глухим зеркалом 2 и полупрозрачным зеркалом 3. Перед скошенным торцом активного элемента установлена лазерная диодная матрица 4. Последовательно с активным элементом внутри резонатора установлен модулятор добротности 5.The active element 1 is installed between the resonator mirrors — a blind mirror 2 and a translucent mirror 3. A laser diode array 4 is installed in front of the beveled end of the active element 4. A Q-factor 5 is installed in series with the active element inside the resonator.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При включении источника оптической накачки 4 его излучение проникает в активный элемент 1 через скошенный торец. В процессе накачки модулятор добротности 5 выключен, и добротность резонатора, образуемого зеркалами 2, 3, недостаточна для возникновения лазерной генерации. По завершении процесса накачки, обеспечивающего заданный уровень возбуждения активного элемента, включается модулятор добротности, в результате чего восстанавливается рабочая добротность резонатора и происходит генерация лазерного импульса. Лазерное излучение выводится из резонатора через полупрозрачное зеркало.When you turn on the optical pump source 4, its radiation penetrates into the active element 1 through the beveled end. In the process of pumping, the Q factor 5 is turned off, and the Q factor of the resonator formed by mirrors 2, 3 is insufficient for laser generation to occur. Upon completion of the pumping process, which provides a given level of excitation of the active element, the Q-factor is switched on, as a result of which the working Q-factor of the resonator is restored 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 его торец с высоким коэффициентом пропускания для излучения накачки. Для лазерного излучения этот торец представляет собой стопроцентно отражающее зеркало благодаря расположению под углом полного внутреннего отражения. Глухое зеркало резонатора освобождено от функции дихроичного зеркала, поэтому имеет максимально высокий коэффициент отражения при сравнительно простом исполнении отражающей поверхности и высокой лучевой стойкости отражающей поверхности. При этом кривизна глухого зеркала может быть произвольной, например сферической, в соответствии с условиями обеспечения максимальной добротности резонатора. Расстояние от скошенного торца активного элемента до глухого зеркала также может быть произвольным, исходя из конструктивных требований и заданной конфигурации резонатора.According to this technical solution, the pump radiation freely penetrates the active element through its end face with a high transmittance for pump radiation. For laser radiation, this end face is a wholly reflective mirror due to its position at an angle of total internal reflection. The blind cavity mirror is exempted from the function of the dichroic mirror, therefore, it has the highest possible reflection coefficient with a relatively simple design of the reflective surface and high radiation resistance of the reflective surface. In this case, the curvature of the blind mirror can be arbitrary, for example spherical, in accordance with the conditions for ensuring the maximum quality factor of the resonator. The distance from the chamfered end of the active element to the deaf mirror can also be arbitrary, based on design requirements and a given resonator configuration.

Благодаря указанным особенностям изобретения обеспечивается повышение однородности накачки, повышение энергии выходного излучения лазера и повышение надежности лазера.Due to these features of the invention, it is possible to increase the uniformity of the pump, increase the energy of the output laser radiation and increase the reliability of the laser.

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

1. A solid-state laser containing a pump radiation source, an active element mounted inside a resonator, including a blind and translucent mirror, characterized in that the active element is made in the form of a rod, at least one of the ends of which is beveled so that the angle between the normal to the end and the longitudinal axis of the rod exceeds the angle of total internal reflection, the side surface of the rod opposite to the beveled end is made in the form of a window transparent to laser radiation, the pump source is installed at the beveled end of the active element so that the pumping light penetrates into the active element, one of the resonator mirrors set opposite the window in the active element so that the angle between the axis of the mirror and the chamfered end surface was equal to the angle between this surface and the axis of the active element.

2. The solid-state laser according to claim 1, characterized in that the surface of the beveled end of the active element is clarified in the wavelength range of the pump source, and the window surface is at the wavelength of the laser radiation.

3. The 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.