RU2646939C2 - Method for obtaining laser pulse generation and device for its implementation - Google Patents

Method for obtaining laser pulse generation and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2646939C2
RU2646939C2 RU2013108163A RU2013108163A RU2646939C2 RU 2646939 C2 RU2646939 C2 RU 2646939C2 RU 2013108163 A RU2013108163 A RU 2013108163A RU 2013108163 A RU2013108163 A RU 2013108163A RU 2646939 C2 RU2646939 C2 RU 2646939C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
active element
resonator
pulses
generation
laser
Prior art date
Application number
RU2013108163A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013108163A (en
Inventor
Сергей Михайлович Першин
Алексей Фёдорович Бункин
Василий Николаевич Леднёв
Александр Николаевич Фёдоров
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Центр исследований и разработок концерна Агат"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Центр исследований и разработок концерна Агат" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Центр исследований и разработок концерна Агат"
Priority to RU2013108163A priority Critical patent/RU2646939C2/en
Publication of RU2013108163A publication Critical patent/RU2013108163A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2646939C2 publication Critical patent/RU2646939C2/en

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
    • H01S3/05Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08018Mode suppression

Landscapes

  • Lasers (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method for obtaining the laser pulse generation includes obtaining the generation by means of pumping the active element with a power greater than the threshold one, regulating the generation by the q-modulator, generating the pulses of radiation by the position of the active element relative to the axis of the resonator. The generation pulses are formed by choosing the optimal angle α between the normal of the active element faces relative to the axis of the resonator, which should be more than arctg(d/l) of the value of beam diameter d to the length l of the active element and less than arctg(D/l) of the values of the active element diameter D to the length l. When nanosecond pulses are generated at a single frequency and a longitudinal mode of the resonator, the normal of the active element faces is aligned with the optical axis of the resonator, in other cases one / zug picosecond pulses are obtained.
EFFECT: providing the possibility of generating a laser pulse of the nanosecond or picosecond duration or a zug of pulses with a given moment of their emission.
4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к квантовой электронике и лазерной технике, в частности к импульсным твердотельным лазерам, и может быть использовано в науке, медицине и технике.The invention relates to quantum electronics and laser technology, in particular to pulsed solid-state lasers, and can be used in science, medicine and technology.

В настоящее время в отечественной и зарубежной практике широкое распространение получили способы и устройства для получения пикосекундных лазерных импульсов методом синхронизации мод с использованием пассивных модуляторов добротности.Currently, in domestic and foreign practice, methods and devices for generating picosecond laser pulses by mode locking using passive Q-switches are widely used.

Типичные системы генерации пикосекундных импульсов представлены в работах [1-3]. При действии лампы-вспышки происходит накачка активного элемента и формируется инверсия населенности. Вследствие того, что пассивный затвор не полностью закрыт и пропускает излучение, в результате возникает свободная генерация и начинается процесс синхронизации мод, приводящий к насыщению пассивного затвора, его открытию и образованию цуга пикосекундных импульсов, временной интервал Δt между которыми равен Δt=2L/c (1), (где c - скорость света 3 1010 см/сек; L см - оптическая длина в резонаторе (расстояние между зеркалами резонатора с учетом показателя преломления активного элемента и пассивного затвора).Typical picosecond pulse generation systems are presented in [1-3]. Under the action of a flash lamp, the active element is pumped and a population inversion is formed. Due to the fact that the passive shutter is not completely closed and transmits radiation, free generation occurs and the process of mode synchronization begins, leading to saturation of the passive shutter, its opening and the formation of a train of picosecond pulses, the time interval Δt between which is Δt = 2L / c ( 1), (where c is the speed of light 3 10 10 cm / s; L cm is the optical length in the cavity (the distance between the cavity mirrors taking into account the refractive index of the active element and the passive shutter).

В результате случайного характера вспышки лампы, а также начала свободной генерации и синхронизации мод момент генерации цуга пикосекундных импульсов относительно импульса поджига лампы накачки является случайной величиной, разброс которой по времени превышает десятки микросекунд. Также следует отметить, что на выходе импульсное излучение представляет собой суперпозицию цуга пикосекундных импульсов на фоне свободной генерации с длительностью в сотни микросекунд.As a result of the random nature of the lamp flash, as well as the beginning of free generation and mode locking, the moment of generation of a train of picosecond pulses relative to the ignition pulse of the pump lamp is a random variable whose time spread exceeds tens of microseconds. It should also be noted that the output of the pulsed radiation is a superposition of a train of picosecond pulses against the background of free generation with a duration of hundreds of microseconds.

В ряде приложений требуется выделение одного лазерного импульса и для этого используют дополнительное оборудование, например, оптический затвор Поккельса с управлением от оптического пробоя разрядника или оптически инициированной лавины разряда последовательности транзисторов, который позволяет выделить из цуга один или несколько импульсов. Синхронизацию данного узла, как правило, осуществляют по фронту цуга импульсов с дополнительным введением пространственной задержки.In a number of applications, the extraction of one laser pulse is required and for this additional equipment is used, for example, an Pockels optical shutter controlled by the optical breakdown of a spark gap or an optically initiated discharge avalanche of a sequence of transistors that allows one or several pulses to be extracted from the train. The synchronization of this node, as a rule, is carried out along the front of the train of pulses with the additional introduction of spatial delay.

Следует заметить, что лазерные импульсы наносекундной длительности также получают с применением оптических затворов на эффекте Поккельса. При этом разброс момента генерации лазерного импульса относительно импульса управления модулятором добротности Поккельса составляет десятки наносекунд.It should be noted that nanosecond laser pulses are also obtained using optical shutters based on the Pockels effect. In this case, the spread in the moment of generation of the laser pulse relative to the control pulse of the Pockels Q-factor is tens of nanoseconds.

Наиболее близким к предлагаемому способу и устройству, выбранным в качестве прототипа, является способ получения генерации лазерных импульсов [4], заключающийся в получении генерации путем накачки активного элемента мощностью больше пороговой и формирование импульсов генерации изменением положения относительно оси резонатора активного элемента, расположенного в пространстве между двумя зеркалами резонатора.Closest to the proposed method and device, selected as a prototype, is a method for generating laser pulses [4], which consists in obtaining generation by pumping an active element with a power greater than the threshold and generating generation pulses by changing the position relative to the axis of the resonator of the active element located in the space between two resonator mirrors.

Указанный способ генерации наносекундных импульсов и устройство для их генерации (лазер) имеют ряд недостатков:The specified method of generating nanosecond pulses and a device for their generation (laser) have several disadvantages:

1. Переход от одного режима генерации наносекундных импульсов к пикосекундным требует существенной перестройки оптической схемы лазера, путем внесения или удаления оптических элементов.1. The transition from one mode of generating nanosecond pulses to picosecond pulses requires a substantial restructuring of the laser optical circuit by introducing or removing optical elements.

2. Начало цуга пикосекундных импульсов генерируется нестабильно с вариацией в десятки микросекунд относительно импульса поджига или вспышки лампы накачки, что исключает возможность априорной синхронизации цуга с изучаемым процессом.2. The onset of a train of picosecond pulses is unstable with a variation of tens of microseconds relative to the ignition pulse or flash of a pump lamp, which excludes the possibility of a priori synchronization of the train with the process under study.

3. Для выделения единичного лазерного пикосекундного импульса из цуга требуется дополнительное оборудование в виде оптически инициируемого пробоя в разряднике или оптический запуск электронной лавины предыдущим пикосекундным импульсом из цуга для переключения оптического затвора, длительность открытого состояния которого не более одного периода обхода резонатора импульсом (соотношение 1).3. To isolate a single picosecond laser pulse from the train, additional equipment is required in the form of an optically initiated breakdown in the spark gap or an optical avalanche launch by the previous picosecond pulse from the train to switch the optical shutter, the duration of the open state of which is no more than one period of the round trip of the resonator by a pulse (ratio 1) .

4. Энергия выделенного пикосекундного импульса или нескольких импульсов невелика, поскольку распределена по всем 30-50 импульсам цуга и поэтому требует усиления при прохождении через каскады оптических усилителей, установленных последовательно после лазера-генератора импульсов.4. The energy of the emitted picosecond pulse or several pulses is small, because it is distributed over all 30-50 pulses of the train and therefore requires amplification when passing through cascades of optical amplifiers installed in series after the laser pulse generator.

Технической задачей решения является расширение функциональных возможностей способа - получение генерации лазерного импульса наносекундой или пикосекундной длительности, или цуга пикосекундных импульсов с управляемым (заданным) моментом их излучения, или двух последовательных пикосекундных импульсов/цугов с управляемой задержкой в диапазоне до сотен микросекунд на одном и том же лазерном резонаторе.The technical task of the solution is to expand the functionality of the method - obtaining a laser pulse generation in a nanosecond or picosecond duration, or a train of picosecond pulses with a controlled (predetermined) moment of their radiation, or two consecutive picosecond pulses / trains with a controlled delay in the range of up to hundreds of microseconds on the same volume same laser resonator.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения генерации лазерных импульсов, включающем получение генерации путем накачки активного элемента мощностью больше пороговой, регулирование начала генерации с помощью модулятора добротности, формирование импульсов генерации излучения положением относительно оси резонатора активного элемента, расположенного в резонаторе между двумя зеркалами, импульсы генерации формируют, выбирая оптимальный угол α нормали граней активного элемента относительно оси резонатора, который должен быть более чем arctg(d/l) величины отношения диаметра пучка d к длине l активного элемента и менее чем arclg(D/l) величины отношения диаметра активного элемента D к длине l. причем, при генерации пикосекундных импульсов на одной частоте или продольной моде резонатора нормаль граней активного элемента совпадает с оптической осью резонатора, когда угол α не должен превышать величину u<urctg(d/L), где (d - диаметр пучка, l - длина резонатора), в остальных случаях получают один / цуг пикосекундных импульсов.The problem is achieved in that in the known method for generating laser pulses, including generating by pumping an active element with a power greater than the threshold, controlling the start of generation using a Q-factor, generating radiation pulses by the position relative to the axis of the resonator of the active element, located in the resonator between two mirrors , generation of pulses formed by selecting the optimum angle α face normals of the active element relative to the resonator axis, to ory should be more than arctg (d / l) of the ratio of the beam diameter d to the length l of the active element and less than arclg (D / l) the ratio of the diameter D of the active element to the length l. moreover, when picosecond pulses are generated at the same frequency or longitudinal mode of the resonator, the normal of the faces of the active element coincides with the optical axis of the resonator, when the angle α should not exceed u <urctg (d / L), where (d is the beam diameter, l is the cavity length ), in the remaining cases, one / train of picosecond pulses is obtained.

Дополнительная задача - число пикосекундных импульсов в цуге вплоть до одного регулируют изменением длины резонатора и заданным временем открытия затвора модулятора добротности.An additional task - the number of picosecond pulses in a train up to one is controlled by a change in the length of the resonator and a given time for opening the shutter of the Q-switch.

Также дополнительной задачей является управление (задание) моментом генерации лазерного импульса с субнаносекундной точностью, синхронизованное с моментом открывания затвора модулятора добротности.An additional task is to control (set) the moment of generation of the laser pulse with subnanosecond accuracy, synchronized with the moment of opening the shutter of the Q-switch.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что позволяет получать генерации наносекундного или цуга пикосекундных импульсов, или единичного пикосекундного импульса большой энергии с заданным моментом возникновения, или пары последовательных пикосекундных импульсов с управляемой задержкой до десятков микросекунд без изменения числа оптических элементов в лазерном излучателе.The proposed method differs from the prototype in that it allows the generation of a nanosecond or train of picosecond pulses, or a single picosecond pulse of high energy with a given instant of occurrence, or a pair of consecutive picosecond pulses with a controlled delay of up to tens of microseconds without changing the number of optical elements in the laser emitter.

Технической задачей устройства, реализующего данный способ, является упрощение конструкции, обеспечивающей генерацию импульса наносекундной длительности на одной частоте (продольной моде резонатора) либо пикосекундной длительности, момент генерации которого задается фронтом импульса управления модулятором добротности.The technical task of the device that implements this method is to simplify the design that provides the generation of a nanosecond pulse at a single frequency (longitudinal mode of the resonator) or picosecond duration, the moment of generation of which is set by the front of the quality control pulse modulator.

В известном устройстве (лазере), содержащем оптический резонатор и расположенные на одной оси зеркала, активный элемент, модулятор добротности и диафрагму, активный элемент лазера выполнен в виде стержня с плоскопараллельными торцами и снабжен котировочным узлом с возможностью его углового поворота относительно оси резонатора на угол. который должен быть более чем arctg(d/l) величины отношения диаметра пучка d к длине l активного элемента и менее чем arctg(D/l) величины отношения диаметра активного элемента D к длине l активного элемента.In the known device (laser) containing an optical resonator and mirrors located on the same axis, an active element, a Q-factor and a diaphragm, the active laser element is made in the form of a rod with plane-parallel ends and is equipped with a quotation unit with the possibility of its angular rotation relative to the axis of the resonator by an angle. which should be more than arctan (d / l) of the ratio of the diameter of the beam d to the length l of the active element and less than arctan (D / l) of the ratio of the diameter of the active element D to the length l of the active element.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, 2, 3.The invention is illustrated in figures 1, 2, 3.

На фиг.1 изображена схема устройства (лазера), осуществляющего предлагаемый способ.Figure 1 shows a diagram of a device (laser) that implements the proposed method.

На фиг.2 изображен временный профиль лазерного импульса в разных режимах работы лазера.Figure 2 shows the temporal profile of the laser pulse in different laser modes.

На фиг.3 изображен спектр генерации лазера в режиме наносекундного импульса на одной частоте продольной моды резонатора.Figure 3 shows the spectrum of the laser generation in the nanosecond pulse mode at a single frequency of the longitudinal mode of the resonator.

На фиг.1 устройство содержит резонатор (плоскопараллельный или конфокальный), который образован двумя зеркалами 1 и 5, одно из которых 5 - «глухое», имеет коэффициент отражения 100%, а другое - 80% и (менее) 1, причем активный модулятор добротности на элементе Поккельса 4 (на основе электрооптического затвора) расположен внутри резонатора около зеркала 5, а активный элемент 3 с плоскопараллельными торцами изготовлен из кристалла, активированного ионами, на переходах которых происходит генерация лазера, расположен внутри резонатора на его оптической оси, положение которой задается диафрагмой 2 - селектором поперечных мод резонатора и переключения режима работы лазера. Активный элемент 3 закреплен в котировочном узле, позволяющем задавать его точное расположение по углу относительно оптической оси резонатора.In Fig.1, the device contains a resonator (plane-parallel or confocal), which is formed by two mirrors 1 and 5, one of which 5 is “blind”, has a reflection coefficient of 100%, and the other is 80% and (less) 1, the active modulator the Q-factor on the Pockels element 4 (based on an electro-optical shutter) is located inside the resonator near mirror 5, and the active element 3 with plane-parallel ends is made of a crystal activated by ions, at the transitions of which the laser is generated, located inside the resonator on its optical axis, the position of which is set by the diaphragm 2 - the selector of the transverse cavity modes and switching the laser mode. The active element 3 is fixed in the quotation node, allowing you to set its exact location in the angle relative to the optical axis of the resonator.

Работа устройства по переключению режимов происходит следующим образом.The operation of the device to switch modes is as follows.

Выбор наносекундной длительности импульса осуществляют юстировкой активного элемента, при котором активный элемент служит селектором продольных мод резонатора. Активный элемент располагают так, чтобы нормаль к торцу грани была соосна с оптической осью резонатора, причем допустимое отклонение α не должно превышать величину α<arctg(d/L) (d - диаметр пучка, L - длина резонатора). При этом режиме активный элемент выполняет роль селектора продольных мод, что приводит к отсутствию синхронизации мод, и возникает генерация импульса наносекундной длительности (1) на (фиг.2) одной продольной моде резонатора [1, 2].The choice of the nanosecond pulse duration is carried out by aligning the active element, in which the active element serves as a selector of the longitudinal modes of the resonator. The active element is positioned so that the normal to the face of the face is aligned with the optical axis of the resonator, and the permissible deviation α should not exceed the value α <arctan (d / L) (d is the beam diameter, L is the cavity length). In this mode, the active element plays the role of a longitudinal mode selector, which leads to the absence of mode synchronization, and a nanosecond pulse is generated (1) in (2) of one longitudinal resonator mode [1, 2].

Для дополнительного тестирования режима генерации наносекундного импульса с гладкой огибающей было проведено измерение формы и длительности импульса на осциллографе Tektronix TDS 2024 В (полоса пропускания 200 МГц) с помощью фотодиода ЛФД-2а (τ=500 пикосекунд), а также одновременно измерение спектра излучения лазера после юстировки активного элемента. Активный элемент юстировался так, чтобы нормали к поверхности торцов элемента совпадали с оптической осью резонатора и активный элемент выполнял еще одну функцию: интерферометра Фабри-Перо, селектора продольных мод резонатора. Тогда промежутки резонатора лазера между торцами активного элемента и зеркалами резонатора также образовывали интерферометр Фабри-Перо с базой, не совпадающей друг с другом и интерферометром на активном элементе. Биение собственных мод этих связанных интерферометров и основного резонатора лазера обеспечивали частотную модуляцию резонатора и генерацию лазера на одной продольной моде. Спектр генерации лазера регистрировался после удвоения частоты лазера на интерферометре Фабри-Перо с базой 3 см. Вид спектра приведен на фиг.3.For additional testing of the regime of generation of a nanosecond pulse with a smooth envelope, we measured the shape and duration of the pulse on a Tektronix TDS 2024 V oscilloscope (bandwidth 200 MHz) using an LFD-2a photodiode (τ = 500 picoseconds), as well as measuring the laser radiation spectrum after alignment of the active element. The active element was adjusted so that the normals to the surface of the ends of the element coincided with the optical axis of the resonator and the active element performed one more function: the Fabry-Perot interferometer and the selector of the longitudinal modes of the resonator. Then the intervals of the laser cavity between the ends of the active element and the resonator mirrors also formed a Fabry-Perot interferometer with a base that does not coincide with each other and the interferometer on the active element. The beating of the eigenmodes of these coupled interferometers and the main laser cavity provided the frequency modulation of the resonator and the generation of the laser on one longitudinal mode. The laser generation spectrum was recorded after doubling the frequency of the laser using a Fabry-Perot interferometer with a base of 3 cm. The spectrum is shown in FIG. 3.

При изменении расположения активного элемента относительно оптической оси более чем на величину α>arctg(d/l) отношения диаметра пучка d к длине l активного элемента и менее чем α<circtg(D/l) величины отношения диаметра активного элемента D к длине l, происходит переключение на режим генерации пикосекундных импульсов. При этом активный элемент перестает быть селектором продольных мод, что приводит к самосинхронизации мод и на выходе возникает лазерный импульс, который представляет собой цуг пикосекундных импульсов с наносекундной огибающей (2) на фиг.2. Длительность огибающей соответствует длительности наносекундного лазерного импульса, расстояние между максимумами пикосекундных составляющих импульсов соответствует времени двойного прохода резонатора (см. соотношение (1)). Количество импульсов в цуге определяется длиной резонатора и фронтом открытия затвора Поккельса - время открытия затвора определяет огибающую τ, в которую укладывается целое число двойных проходов резонатора: N=τ/Δt. Для переключения на режим генерации единичного пикосекундного импульса нужно увеличить длину резонатора настолько, чтобы период следования импульсов в цуге (1) был больше или равен длительности импульса модулятора добротности Поккельса (например, для резонатора длиной 3 м и фронтом открытия затвора 5 не будет реализовываться данное условие). При использовании активного модулятора добротности, который позволяет открывать затвор два (несколько) раза за время вспышки лампы, возможно получать два последовательных импульса пикосекундной длительности с контролируемой задержкой между импульсами до десятков микросекунд на одном и том же лазере без изменения оптических элементов.When changing the location of the active element relative to the optical axis by more than α> arctan (d / l) of the ratio of the beam diameter d to the length l of the active element and less than α <circtg (D / l) the ratio of the diameter of the active element D to length l, it switches to picosecond pulse generation mode. In this case, the active element ceases to be a longitudinal mode selector, which leads to mode self-synchronization and a laser pulse arises at the output, which is a train of picosecond pulses with a nanosecond envelope (2) in Fig. 2. The envelope duration corresponds to the duration of a nanosecond laser pulse, the distance between the maxima of the picosecond components of the pulses corresponds to the double pass time of the resonator (see relation (1)). The number of pulses in the train is determined by the cavity length and the Pockels gate opening front - the gate opening time determines the envelope τ into which an integer number of double passages of the cavity fit: N = τ / Δt. To switch to the mode of generation of a single picosecond pulse, it is necessary to increase the resonator length so that the pulse repetition period in train (1) is greater than or equal to the pulse width of the Pokels Q-factor (for example, for a resonator 3 m long and a gate front 5, this condition will not be satisfied ) When using an active Q-switch, which allows you to open the shutter two (several) times during the flash of the lamp, it is possible to obtain two consecutive picosecond pulses with a controlled delay between pulses of up to tens of microseconds on the same laser without changing the optical elements.

Предлагаемый лазер обеспечивает генерацию со следующими особенностями:The proposed laser provides generation with the following features:

1) лазер способен генерировать импульсы либо наносекундной, либо пикосекундной длительности;1) the laser is capable of generating pulses of either nanosecond or picosecond duration;

2) момент генерации цуга пикосекундных импульсов может быть задан заранее положением фронта импульса-строба, который открывает модулятор Поккельса, при достижении пороговой инверсии населенности рабочего перехода ионов в активном элементе;2) the moment of generation of a train of picosecond pulses can be set in advance by the position of the front of the strobe pulse, which opens the Pockels modulator, when the threshold inversion of the population of the working transition of ions in the active element is reached;

3) избежать в выходном излучении вклада свободной генерации, которая всегда присутствует в пикосекундных лазерах [1, 2] и получить цуг пикосекундных импульсов или один импульс без вклада свободной генерации;3) to avoid the contribution of free generation, which is always present in picosecond lasers [1, 2], in the output radiation and to obtain a train of picosecond pulses or one pulse without the contribution of free generation;

4) управлять посредством изменения длины резонатора количеством импульсов в цуге вплоть до доминирующего одного импульса без системы выделения единичного пикосекундного импульса с разрядником вне резонатора лазера;4) control by changing the cavity length the number of pulses in the train up to the dominant single pulse without a single picosecond pulse extraction system with a spark gap outside the laser cavity;

5) получать пару последовательных пикосекундных импульсов с управляемой задержкой между импульсами до десятков микросекунд;5) receive a pair of consecutive picosecond pulses with a controlled delay between pulses of up to tens of microseconds;

6) генерировать пикосекундный импульс с энергией, в 30-50 раз превышающей энергию импульса выделенного из цуга в стандартном лазере (по сравнению с прототипом) с пассивной синхронизацией мод при тех же энерговложениях в накачку без дополнительных каскадов оптических усилителей;6) generate a picosecond pulse with an energy 30-50 times higher than the energy of the pulse extracted from the train in a standard laser (compared to the prototype) with passive mode locking with the same energy input into the pump without additional cascades of optical amplifiers;

7) возможность управления (задания) момента генерации лазерного импульса;7) the ability to control (set) the moment of generation of the laser pulse;

8) если возникнет необходимость генерировать импульсы наносекундной длительности, синхронизованные с моментом открывания модулятора добротности, то активный элемент в этом случае юстируют и угол поворота его равен 0°, чтобы активный элемент выполнял роль интерферометра Фабри-Перо.8) if it becomes necessary to generate pulses of nanosecond duration synchronized with the moment the Q-switch is opened, then the active element is aligned and its rotation angle is 0 °, so that the active element acts as a Fabry-Perot interferometer.

Этот способ и устройство позволяют изменением ориентации (юстировкой) активного элемента лазера управлять режимом генерации наносекундного либо пикосекундного импульса (одного или цуга) с заданным временем генерации без изменения элементов резонатора и обеспечивать кратное повышение КПД лазера при генерации одного (несколько) пикосекундного импульса. Это делает предлагаемый способ и устройство удобным в эксплуатации, экономичным и легко управляемым. Таким образом, отличительные признаки способа и устройства дали очевидные преимущества. В связи с вышеизложенным заявленный способ и устройство обладают существенными отличиями.This method and device allows changing the orientation (alignment) of the active laser element to control the generation mode of a nanosecond or picosecond pulse (one or train) with a given generation time without changing the cavity elements and to provide a multiple increase in laser efficiency when generating one (several) picosecond pulse. This makes the proposed method and device convenient to operate, economical, and easily controllable. Thus, the distinguishing features of the method and device gave obvious advantages. In connection with the foregoing, the claimed method and device have significant differences.

Предлагаемый способ был осуществлен на промышленном образце импульсного твердотельного лазера ИЛТ-407 В с ламповой накачкой, схема которого приведена на фиг.1. Лазер основан на плоскопараллельном резонаторе длиной 330 мм, который состоит из выходного зеркала (отражение 40%) и глухого зеркала (отражение 99%). Внутри расположен активный элемент Nd:АИГ диаметром 6 мм и длиной 100 мм. Активный модулятор добротности на эффекте Поккельса состоит из кристалла KDP и снабжен брюстеровским поляризатором. Для переключения в режим одночастотной генерации с наносекундной длительностью импульса внутри расположена диафрагма диаметром 2 мм для селекции одной поперечной моды в пучке лазера.The proposed method was carried out on an industrial sample of a pulsed solid-state laser ILT-407 V with lamp pumping, a diagram of which is shown in figure 1. The laser is based on a plane-parallel cavity 330 mm long, which consists of an output mirror (40% reflection) and a blind mirror (99% reflection). The active element Nd: AIG with a diameter of 6 mm and a length of 100 mm is located inside. The Pokels active Q-factor modulator consists of a KDP crystal and is equipped with a Brewster polarizer. To switch to single-frequency generation with a nanosecond pulse duration, a diaphragm with a diameter of 2 mm is located inside to select one transverse mode in the laser beam.

ЛитератураLiterature

1. Звелто О., Принципы лазеров, 2008, Лань, Москва, с.720.1. Zvelto O., Principles of Lasers, 2008, Doe, Moscow, p. 720.

2. Siegman A.E., Lasers, 1986, University Science Books, Sausalito, USA.2. Siegman A.E., Lasers, 1986, University Science Books, Sausalito, USA.

3. Патент N 1353255, СССР, Першин С.М., Подшивалов А.А., Салтиел С.М., Янков П.Д., 15.07.1987 г.3. Patent N 1353255, USSR, Pershin S. M., Podshivalov A. A., Saltiel S. M., Yankov P. D., July 15, 1987.

4. Патент N 1416006, СССР, Кузнецов В.И., Першин С.М., 12.07.1985 г. Прототип.4. Patent N 1416006, USSR, Kuznetsov V.I., Pershin S.M., 07/12/1985 Prototype.

Claims (4)

1. Способ получения генерации лазерных импульсов, включающий получение генерации путем накачки активного элемента мощностью больше пороговой, регулирование генерации модулятором добротности, формирование импульсов генерации излучения положением активного элемента относительно оси резонатора, отличающийся тем, что импульсы генерации формируют, выбирая оптимальный угол α нормали граней активного элемента относительно оси резонатора, который должен быть более чем arctg(d/l) величины отношения диаметра пучка d к длине l активного элемента и менее чем arctg(D/l) величины отношения диаметра активного элемента D к длине l, причем, при генерации наносекундных импульсов на одной частоте или продольной моде резонатора нормаль граней активного элемента совпадает с оптической осью резонатора, в остальных случаях получают один / цуг пикосекундных импульсов.1. A method of obtaining laser pulse generation, including generating by pumping an active element with a power higher than the threshold, controlling the generation by a Q-factor, generating radiation pulses by the position of the active element relative to the axis of the resonator, characterized in that the generation pulses form, choosing the optimal angle α of the normal faces of the active element relative to the axis of the resonator, which should be more than arctan (d / l) of the ratio of the beam diameter d to the length l of the active element and less than arctan (D / l) of the ratio of the diameter of the active element D to the length l, and, when generating nanosecond pulses at one frequency or the longitudinal mode of the resonator, the normal of the faces of the active element coincides with the optical axis of the resonator, in other cases one / train of picosecond pulses is obtained . 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что число пикосекундных импульсов в цуге вплоть до одного регулируют изменением длины резонатора и заданным временем открытия затвора модулятора добротности.2. The method according to claim 1, characterized in that the number of picosecond pulses in a train up to one is controlled by a change in the length of the resonator and a predetermined time for opening the shutter of the Q-switch. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что задают момент генерации лазерного импульса с субнаносекундной точностью, синхронизованное с моментом открытия затвора модулятора добротности.3. The method according to claim 1, characterized in that the moment of generation of the laser pulse with subnanosecond accuracy is set, synchronized with the moment of opening the shutter of the Q-switch. 4. Лазер, реализующий способ по п.1, содержащий оптический резонатор и расположенные в нем на одной оптической оси активный элемент, активный модулятор добротности и диафрагму, отличающийся тем, что активный элемент лазера выполнен в виде стержня с плоскопараллельными торцами и снабжен юстировочным узлом с возможностью его углового поворота относительно оси резонатора на угол, который должен быть более чем arctg(d/l) величины отношения диаметра пучка d к длине l активного элемента и менее чем arctg(D/l) величины отношения диаметра активного элемента D к длине l активного элемента.4. The laser that implements the method according to claim 1, containing an optical resonator and an active element, an active Q-factor and an aperture located on it on the same optical axis, characterized in that the active laser element is made in the form of a rod with plane-parallel ends and is equipped with an adjustment unit with the possibility of its angular rotation relative to the axis of the resonator by an angle that should be more than arctan (d / l) of the ratio of the diameter of the beam d to the length l of the active element and less than arctan (D / l) of the ratio of the diameter of the active element D and the length l of the active element.
RU2013108163A 2013-02-25 2013-02-25 Method for obtaining laser pulse generation and device for its implementation RU2646939C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013108163A RU2646939C2 (en) 2013-02-25 2013-02-25 Method for obtaining laser pulse generation and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013108163A RU2646939C2 (en) 2013-02-25 2013-02-25 Method for obtaining laser pulse generation and device for its implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013108163A RU2013108163A (en) 2014-08-27
RU2646939C2 true RU2646939C2 (en) 2018-03-12

Family

ID=51456123

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013108163A RU2646939C2 (en) 2013-02-25 2013-02-25 Method for obtaining laser pulse generation and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2646939C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU182596U1 (en) * 2017-09-25 2018-08-23 Дмитрий Николаевич Мамонов Multichannel sequential pulse generator with adjustable time delay and spectral addition of the output beam (MGPI)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1829827A1 (en) * 1991-06-28 1994-10-15 Научно-исследовательский институт "Полюс" Pulse solid-state laser
US6606338B1 (en) * 1999-07-23 2003-08-12 Ldt Gmbh & Co. Laser-Display-Technologie Kg Mode-synchronized solid-state laser
US7408971B2 (en) * 2006-02-28 2008-08-05 Quantronix Corporation Longitudinally pumped solid state laser and methods of making and using
US8306088B2 (en) * 2003-07-03 2012-11-06 Pd-Ld, Inc. Bragg grating elements for the conditioning of laser emission characteristics

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1829827A1 (en) * 1991-06-28 1994-10-15 Научно-исследовательский институт "Полюс" Pulse solid-state laser
US6606338B1 (en) * 1999-07-23 2003-08-12 Ldt Gmbh & Co. Laser-Display-Technologie Kg Mode-synchronized solid-state laser
US8306088B2 (en) * 2003-07-03 2012-11-06 Pd-Ld, Inc. Bragg grating elements for the conditioning of laser emission characteristics
US7408971B2 (en) * 2006-02-28 2008-08-05 Quantronix Corporation Longitudinally pumped solid state laser and methods of making and using

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU182596U1 (en) * 2017-09-25 2018-08-23 Дмитрий Николаевич Мамонов Multichannel sequential pulse generator with adjustable time delay and spectral addition of the output beam (MGPI)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013108163A (en) 2014-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kobtsev et al. Fiber lasers mode-locked due to nonlinear polarization evolution: golden mean of cavity length
US3521069A (en) Apparatus for obtaining a narrow high power laser pulse
US8724671B2 (en) Multiple wavelength laser system
US11276985B2 (en) Device and method for generation of high repetition rate laser pulse bursts
JP2021510930A (en) Laser systems and methods for generating laser pulses with extremely high repetition rates
US4197513A (en) Active Q-switched high power single mode laser
KR102116021B1 (en) Laser system for generating sub-nanosecond duration laser pulses
RU2646939C2 (en) Method for obtaining laser pulse generation and device for its implementation
US20140269786A1 (en) Continuously variable pulse-width, high-speed laser
US5271025A (en) Mode-locked upconversion laser source
EP3425752A1 (en) Laser system
CN106253043B (en) A kind of adjustable burst pulse laser regenerative amplifier of temporal envelope pattern
Ewart Frequency tunable, nanosecond duration pulses from flashlamp pumped dye lasers by pulsed Q-modulation
RU2548592C2 (en) Pulsed two-mode solid-state laser
Chan et al. Sub-nanosecond timing jitter in a passively Q-switched microlaser by active Q-switched laser bleaching
Avazpour et al. Generation of soliton pulse with Non-linear Polarization Rotation (NPR) Passive Mode Locked fiber Laser
Kappe et al. Active mode locking of a phase-conjugating SBS-laser oscillator
Larionov et al. 50 W thin-disk laser with variable pulse duration
Stankov et al. Mode-locking of the 1.66 μm transition of an Er: YAlO3 laser
Tomov et al. Ultrashort pulse generation in lasers with active mode locking
KR102044378B1 (en) Single pulse laser apparatus using double trigger
Bakanas et al. Frequency doubled pulsed single longitudinal mode Nd: YAG laser at 1319 nm with pulse build-up negative feedback controls
Bychkov et al. Mode locked fiber laser based on self-phase modulation and spectral filtering
Liu et al. LASER SYSTEM FOR THE SNS LASER STIRPPING EXPERIMENT
Ye et al. Observation of bound-state pulse mode-locked by all-PM NPR in the all anomalous dispersion regime

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190226