RU2763262C1 - Квантрон лазера с диодной накачкой активной среды - Google Patents

Квантрон лазера с диодной накачкой активной среды Download PDF

Info

Publication number
RU2763262C1
RU2763262C1 RU2021115332A RU2021115332A RU2763262C1 RU 2763262 C1 RU2763262 C1 RU 2763262C1 RU 2021115332 A RU2021115332 A RU 2021115332A RU 2021115332 A RU2021115332 A RU 2021115332A RU 2763262 C1 RU2763262 C1 RU 2763262C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser
disks
radiation
laser diodes
active medium
Prior art date
Application number
RU2021115332A
Other languages
English (en)
Inventor
Евгений Владленович Бурый
Original Assignee
Евгений Владленович Бурый
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 Евгений Владленович Бурый filed Critical Евгений Владленович Бурый
Priority to RU2021115332A priority Critical patent/RU2763262C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2763262C1 publication Critical patent/RU2763262C1/ru

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
    • H01S3/02Constructional details

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

Изобретение относится к приборам квантовой электроники, являющимся источниками лазерного излучения большой мощности. Сущность изобретения заключается в том, что в квантроне лазера с диодной накачкой активной среды реализована схема продольной относительно оптической оси лазера накачки. Активная среда накачивается излучением лазерных диодов, расположенных у поверхностей пары вращающихся во встречных направлениях дисков. Эти поверхности имеют покрытия, являющиеся просветляющими для излучения лазера, а покрытия поверхностей дисков, удаленных от лазерных диодов, отражают излучение накачки в направлении материала каждого из дисков. В результате в рабочей области создается квазиравномерное распределение инверсной населенности, обеспечивающее увеличение энергии излучения лазера и способствующее росту его качества. Выполнение поверхностей дисков непараллельными препятствует неконтролируемому развитию генерации лазерного излучения в объеме дисков и увеличивает мощность выходного лазерного излучения, а предусмотренное отличие формы токов накачки лазерных диодов позволяет сформировать распределение инверсной населенности, приближающееся к квазиравномерному и симметричному относительно оптической оси квантрона. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к приборам квантовой электроники, являющимися источниками лазерного излучения большой мощности. Наряду с требованием обеспечения необходимой мощности лазерного излучения предъявляется требование обеспечения малой угловой расходимости излучения, что достигается за счет реализации одномодового режима генерации или усиления излучения задающего лазера [1]. Для достижения этих параметров необходимо обеспечить создание квазиравномерного осесимметричного распределения инверсной населенности энергетических уровней активатора (далее - инверсной населенности) в активной среде лазера.
Применение в качестве источника излучения накачки полупроводниковых лазерных диодов обеспечивает выполнение указанного условия в схеме продольной накачки активной среды [1, 2]. При этом выходная мощность лазерного излучения оказывается ограниченной за счет поглощения излучения лазерных диодов по мере его распространения в активной среде.
Известны технические решения [3] конструкций лазеров, в которых для увеличения мощности выходного излучения реализуется схема поперечной накачки активной среды -увеличение выходной мощности лазерного излучения обеспечивается за счет увеличения коэффициента усиления активной среды, однако качество лазерного пучка не достигает дифракционного предела и КПД лазера оказывается невысоким за счет пространственно неравномерного распределения инверсной населенности в объеме активной среды.
Негативными свойствами таких решений являются повышенная лучевая нагрузка на оптические элементы, сложность обеспечения отвода тепла как от активной среды, так и от устройства ее накачки.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является квантрон твердотельного лазера с диодной накачкой (патент РФ №2622237, [4]), содержащий активный элемент в виде стержня, источники оптической накачки, систему охлаждения, фланцы и элемент, соединяющий фланцы.
Недостатками данного технического решения является ограниченная по величине апертура активного элемента и значительное число оптических элементов с высокими требованиями к точности их взаимного расположения для обеспечения эффективного охлаждения, что снижает надежность функционирования устройства.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является увеличение выходной мощности пучка лазерного излучения и обеспечение его малой расходимости.
Поставленная задача решается за счет того, что активный элемент выполнен из последовательно расположенных на одной оси одной или нескольких пар дисков из оптически активного материала, причем диски каждой пары вращаются в противоположных направлениях с постоянной угловой скоростью, а лазерные диоды расположены в непосредственной близости от поверхностей дисков, просветленных для излучения лазерных диодов, так, что области оптически активного материала дисков с созданной воздействием излучения лазерных диодов инверсной населенностью оказываются расположенными на оптической оси квантрона лазера, параллельной оси вращения дисков
Просветленные поверхности вращающихся дисков выполнены непараллельными для исключения возникновения генерации излучения между ними, а поверхности вращающихся дисков, противоположные соответствующим лазерным диодам, имеют покрытия отражающие их излучение.
Токи накачки лазерных диодов задаются различными таким образом, чтобы распределение инверсной населенности относительно оптической оси квантрона приближалось к осесимметричному.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении малой расходимости пучка лазерного излучения и увеличения мощности. Этот результат достигается за счет увеличения апертуры активной среды и реализации квазиравномерного, близкого к осесимметричному пространственного распределения инверсной населенности активной среды в квантроне лазера.
В результате воздействия излучения лазерных диодов на оптически активный материал диска достигается создание в нем области с инверсной населенностью в виде сегмента, имеющего длину средней линии
Figure 00000001
, величина которой зависит от угловой скорости вращения дисков ω и длительности импульса накачки τ:
Figure 00000002
где Rm - радиус, на котором определяется длина средней линии области с инверсной населенностью.
Поскольку в импульсном режиме работы лазера величину т задают примерно равной постоянной времени релаксации оптически активного материала, для обеспечения поперечного размера апертуры лазерного пучка, например,
Figure 00000003
для диска с Rm=0,1 м из оптически активного материала - стекла, легированного неодимом, которому соответствует величина τ=3⋅10-4 с, необходимо обеспечить
Figure 00000004
. Такому значению соответствует вращение диска со скоростью около 700 об. мин-1, что технически реализуемо.
При этом пространственное распределение инверсной населенности вдоль средней линии при постоянной величине импульса тока накачки лазерных диодов будет иметь вид, представленный на фиг. 2.
За счет встречного вращения двух дисков из оптически активного материала достигается квазисимметричное распределение инверсной населенности вдоль средней линии рабочей области с созданной излучением источников оптической накачки инверсной населенностью - фиг. 3. Изменением формы импульсов тока накачки лазерных диодов достигается квазиравномерное распределение инверсной населенности.
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "Новизна".
Сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, т.к. из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат - новое свойство объекта - совокупности признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "Изобретательский уровень".
Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе может быть многократно использована для реализации лазера с получением технического результата, заключающегося в обеспечении малой расходимости. пучка лазерного излучения, увеличении его мощности и уменьшении числа оптических элементов, обусловливающего достижение поставленной задачи, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "Промышленная применимость".
На фиг. 1 представлена функциональная схема квантрона лазера с одной парой дисков из оптически активного материала: 1 - первый диск из оптически активного материала, 2 - второй диск из оптически активного материала; 3, 4 - лазерные диоды; 5 - просветляющее покрытие для лазерного излучения; 6 - привод вращения первого диска; 7 - привод вращения второго диска; 8 - ось вращения, 9 - покрытие, зеркально отражающее излучение лазерных диодов.
На фиг. 2 изображена зависимость инверсной населенности вдоль средней линии, реализуемая в рабочей области с инверсной населенностью энергетических уровней активатора первого диска;
На фиг. 3 изображена зависимость результирующей инверсной населенности вдоль средней линии, реализуемая рабочими областями с инверсной населенностью первого и второго диска.
Излучение лазерных диодов (3) поглощается оптически активным материалом, из которого изготовлен первый диск (1), и создает инверсную населенность в объеме рабочей области диска с сечением в форме сегмента. Аналогично излучение лазерных диодов (4) поглощается оптически активным материалом, из которого изготовлен второй диск (2) и также создает инверсную населенность в объеме рабочей области этого диска с сечением в форме сегмента. Распределения инверсных населенностей зеркально симметричны.
В момент времени, когда границы указанных сегментов совпадут, зависимость результирующего распределения инверсной населенности вдоль средней линии максимально приближается к равномерному - фиг. 3.
Нанесенные на поверхности А, В, С и D дисков (1) и (2) покрытия (5) являются просветляющими для формируемого лазерного излучения и обеспечивают уменьшение потерь мощности при распространении этого излучения через границу раздела оптически активного материала и окружающей среды.
Покрытия на поверхностях В и С выполнены отражающими для излучения накачки лазерных диодов, что обеспечивает увеличение поглощения этого излучения в оптически активном материале, что приводит к увеличению инверсной населенности и, следовательно, приводит к увеличению мощности формируемого лазерного излучения.
Выполнение поверхностей дисков непараллельными (п. 2 формулы изобретения) предотвращает неконтролируемое развитие генерации лазерного излучения в объеме дисков и увеличивает мощность выходного лазерного излучения.
Формирование импульсов тока накачки лазерных диодов различной формы обеспечивает приближение к осесимметричному распределения инверсной населенности относительно оптической оси квантрона, что способствует увеличению мощности лазерного излучения.
Техническая реализация предлагаемого устройства требует размещения лазерных диодов на радиаторе для обеспечения отвода тепла.
Лист литературы.
1. Айхлер Ю., Айхлер Г.-Й. Лазеры. Исполнение, управление, применение. - М: Техносфера, 2008. - 442 с.
2. Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники. - Киев: Высш. школа, 1988. - 383 с.
3. Квантрон с диодной накачкой (патент РФ №2614079). Выдан 24.08.2015, опубликован 13.03.2017.
4. Квантрон твердотельного лазера с диодной накачкой (патент РФ №2622237). Выдан 23.12.2015, опубликован 13.06.2017.

Claims (4)

1. Квантрон лазера с диодной накачкой активной среды, содержащий оптическую систему, состоящую из активного элемента и лазерных диодов для его накачки, отличающийся тем, что активный элемент выполнен из последовательно расположенных на одной оси одной или нескольких пар дисков из оптически активного материала, причем диски каждой пары вращаются в противоположных направлениях с постоянной угловой скоростью, а лазерные диоды расположены в непосредственной близости от поверхностей дисков, просветленных для излучения лазерных диодов, так, что области оптически активного материала дисков с созданной воздействием излучения лазерных диодов инверсной населенностью оказываются расположенными на оптической оси квантрона лазера, параллельной оси вращения дисков.
2. Квантрон по п. 1, отличающийся тем, что просветленные поверхности вращающихся дисков выполнены непараллельными.
3. Квантрон по пп. 1, 2, отличающийся тем, что поверхности вращающихся дисков, противоположные соответствующим лазерным диодам, имеют покрытия, отражающие их излучение.
4. Квантрон по пп. 1, 2, 3, отличающийся тем, что формы токов накачки лазерных диодов обеспечивают близкое к осесимметричному распределение инверсной населенности относительно оптической оси квантрона.
RU2021115332A 2021-05-28 2021-05-28 Квантрон лазера с диодной накачкой активной среды RU2763262C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021115332A RU2763262C1 (ru) 2021-05-28 2021-05-28 Квантрон лазера с диодной накачкой активной среды

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021115332A RU2763262C1 (ru) 2021-05-28 2021-05-28 Квантрон лазера с диодной накачкой активной среды

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2763262C1 true RU2763262C1 (ru) 2021-12-28

Family

ID=80039784

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021115332A RU2763262C1 (ru) 2021-05-28 2021-05-28 Квантрон лазера с диодной накачкой активной среды

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2763262C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2783735C1 (ru) * 2022-01-12 2022-11-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) Способ управления решетками лазерных диодов в импульсном твердотельном лазере

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4751716A (en) * 1986-05-01 1988-06-14 Amada Engineering & Service Co., Inc. Hollow cylindrical solid state laser medium and a laser system using the medium
JP2002261358A (ja) * 2001-03-02 2002-09-13 Nippon Steel Corp 固体レーザ発振装置及びそれを用いた薄鋼板溶接装置
RU2247451C1 (ru) * 2003-07-11 2005-02-27 Мещеряков Борис Тимофеевич Твердотельный лазер
RU74011U1 (ru) * 2006-11-30 2008-06-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Рязанский Приборный Завод" Твердотельный лазер с накачкой лазерными диодами
RU2407121C2 (ru) * 2005-04-07 2010-12-20 Те Боинг Компани Трубчатый твердотельный лазер
WO2016140154A1 (ja) * 2015-03-03 2016-09-09 カナレ電気株式会社 固体レーザ媒質及び固体レーザ光増幅器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4751716A (en) * 1986-05-01 1988-06-14 Amada Engineering & Service Co., Inc. Hollow cylindrical solid state laser medium and a laser system using the medium
JP2002261358A (ja) * 2001-03-02 2002-09-13 Nippon Steel Corp 固体レーザ発振装置及びそれを用いた薄鋼板溶接装置
RU2247451C1 (ru) * 2003-07-11 2005-02-27 Мещеряков Борис Тимофеевич Твердотельный лазер
RU2407121C2 (ru) * 2005-04-07 2010-12-20 Те Боинг Компани Трубчатый твердотельный лазер
RU74011U1 (ru) * 2006-11-30 2008-06-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Рязанский Приборный Завод" Твердотельный лазер с накачкой лазерными диодами
WO2016140154A1 (ja) * 2015-03-03 2016-09-09 カナレ電気株式会社 固体レーザ媒質及び固体レーザ光増幅器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2783735C1 (ru) * 2022-01-12 2022-11-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) Способ управления решетками лазерных диодов в импульсном твердотельном лазере

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20050152426A1 (en) Laser cavity pumping method and laser system thereof
US20130016422A1 (en) Q-switching-induced Gain-switched Erbium Pulse Laser System
US7961772B2 (en) Optimized pulse pumped laser system using feedback
RU2763262C1 (ru) Квантрон лазера с диодной накачкой активной среды
Huang et al. Timing jitter reduction of a passively Q-switched laser
Zhang et al. Decentered Gaussian beam pumped highly efficient passively Q-switched microchip laser for controllable high-order transverse modes
Wang et al. A simple, efficient plastic dye laser
US9407057B2 (en) Powerful pulsed self-seeding CO2 laser
Apollonov High power disk lasers: advantages and prospects
CN215343338U (zh) 一种高重频脉冲激光器
CN112186482B (zh) 一种激光输出状态可调的固体激光器
Sigachev et al. 1.3 μm Neodymium Lasers Passively Q-Switched with Nd2+: SrF2 and V3+: YAG Crystals and Raman Shifting to Eye-Safe Region
EP0575128A1 (en) Optically pumped pulsed laser
CN113300204A (zh) 一种近红外人眼安全相干光超快扫描装置及方法
CN112531450A (zh) 2μm激光二极管泵浦的全固态Tm,Ho:LLF激光器
RU2583105C2 (ru) Многопроходный усилитель лазерного излучения с зеркальной активной оптической системой
RU2657125C9 (ru) Способ поперечной накачки активной среды лазера
CN118336499B (zh) 一种自稳定激光装置及输出方法
CN217522365U (zh) 一种紫光激光器交错侧泵腔体结构
RU182530U1 (ru) Твердотельный моноимпульсный лазер
RU182532U1 (ru) Двухканальный моноимпульсный лазер
RU205001U1 (ru) Устройство высокоинтенсивной продольной волоконной накачки твердотельных лазеров на кристаллах Nd:YAG
US3675151A (en) Superradiant traveling-wave dye laser
RU2112304C1 (ru) Твердотельный лазерный излучатель
RU182528U1 (ru) Твердотельный частотный лазер