UA127361C2 - Лазерний резонатор з внутрішнім розширенням апертури пучка випромінювання - Google Patents

Abstract

Винахід належить до лазерної техніки та може застосовуватись для створення лазерів з підвищеною ефективністю використання енергії активної речовини. Лазерний резонатор з внутрішнім розширенням апертури пучка випромінювання, що містить прямокутний відбивач у вигляді призми з кутом 90° при вершині, який встановлено з одного боку активного елемента і опукле та увігнуте циліндричні дзеркала з іншого боку. Циліндричні дзеркала встановлені таким чином, що твірні їх поверхонь паралельні ребру вершини призми, а по одному з двох прямолінійних крайків кожного циліндричного дзеркала розташовані впритул до протилежних країв торцевої грані активного елемента. Дотичні площини, що можна провести до циліндричних дзеркал через ці крайки, утворюють кут 90° одна до одної та кути по 45° до торцевої грані. Другі прямолінійні крайки кожного циліндричного дзеркала розташовані в площині, що можна провести через ребро вершини призми під кутом т до бокової грані активного елемента, яка суміжна з опуклим дзеркалом. Кут д обумовлює розширення пучка випромінювання в активній речовині та вибирається з урахуванням посилення активної речовини. Форма кривизни циліндричних дзеркал розраховується з урахуванням вибраної величини кута б. Напрямні циліндричних дзеркал мають форму частини параболи та забезпечують умову, що всі паралельні промені, що проходять у напрямку від поверхні опуклого дзеркала до поверхні увігнутого дзеркала, які паралельні торцю активного елемента та перпендикулярні ребру прямокутного відбивача, після віддзеркалення від увігнутого дзеркала, а потім від обох граней прямокутного дзеркала будуть мати напрямок на фокусну лінію оптичної системи, яка є лінією перетину роздільної площини та продовження бокової грані активного елемента, яка межує з прямолінійною кромкою опуклого дзеркала. Технічний результат: в лазерному резонаторі забезпечується плавне розширення апертури пучка випромінювання на обох протилежних проходах випромінювання крізь активну речовину, це підвищує ефективність використання енергії активної речовини, а отже підвищує ККД лазера та потужність лазерного випромінювання.

Description

та перпендикулярні ребру прямокутного відбивача, після віддзеркалення від увігнутого дзеркала, а потім від обох граней прямокутного дзеркала будуть мати напрямок на фокусну лінію оптичної системи, яка є лінією перетину роздільної площини та продовження бокової грані активного елемента, яка межує з прямолінійною кромкою опуклого дзеркала. Технічний результат: в лазерному резонаторі забезпечується плавне розширення апертури пучка випромінювання на обох протилежних проходах випромінювання крізь активну речовину, це підвищує ефективність використання енергії активної речовини, а отже підвищує ККД лазера та потужність лазерного випромінювання.

З ї Я

ДЕН Не КН В фе КН х вер нттх і їх я ие Яке Я 00 Кене светр у Кая Я і

Фіг. 2

Винахід належить до лазерної техніки та може застосовуватись для створення лазерів з підвищеною ефективністю використання енергії активної речовини.

Підвищення ефективності використання енергії активної речовини дозволяє підвищити ефективність лазера та збільшити потужність випромінювання. Найбільш ефективно енергія активної речовини використовується в тому випадку, коли апертура пучка випромінювання, що проходить крізь речовину, збільшується пропорційно зростанню його інтенсивності. При цьому можна забезпечити рівномірне посилення в кожній частині активної речовини та досягти майже максимального використання інверсійної заселеності, не перетнувши межі насищення.

Відомий лазерний резонатор, який іноді називають телескопічним (Звелто ОО. Принципь! лазеров. М. "Мир", 1984, стр. 145-153). Він складається з увігнутого та опуклого дзеркал, які мають спільний фокус. Опукле дзеркало має менший діаметр і поверх його країв з резонатора виводиться випромінювання паралельним пучком кільцевого перерізу.

Перевагою цього лазерного резонатора є те, що на шляху від опуклого дзеркала до увігнутого випромінювання розповсюджується пучком, що розширюється. Це дозволяє досягти майже максимальної ефективності використання енергії активної речовини на цьому проході.

Недоліком цього лазерного резонатора є те, що на шляху від увігнутого дзеркала до опуклого випромінювання розповсюджується паралельним пучком. Це не дозволяє досягти високої ефективності використання енергії активної речовини на цьому проході.

Найбільш близьким за технічними ознаками до запропонованого винаходу та вибраним як прототип є лазерний резонатор (05 3622907 А - 1971-11-23. "Сотровзійе озсПШайюг атрійіег

Іазег"), який утворено опуклим та увігнутим циліндричними дзеркалами, що розташовані з обох боків активного елемента прямокутного перерізу. Випромінювання виводиться з резонатора поверх країв опуклого дзеркала паралельним пучком прямокутного перерізу.

Перевагою цього лазерного резонатора є те, що на шляху від опуклого дзеркала до увігнутого випромінювання розповсюджується пучком, що розширюється. Це дозволяє досягти майже максимальної ефективності використання енергії активної речовини на цьому проході.

Недоліком цього лазерного резонатора є те, що на шляху від увігнутого дзеркала до опуклого випромінювання розповсюджується паралельним пучком. Це не дозволяє досягти високої ефективності використання енергії активної речовини на цьому проході.

Зо В основу винаходу поставлена задача забезпечити розширення апертури пучка випромінювання на обох протилежних проходах крізь активну речовину. Це дозволить підвищити ефективність використання енергії активної речовини.

Поставлена задача вирішується тим, що лазерний резонатор з внутрішнім розширенням апертури пучка випромінювання, що містить опукле та увігнуте циліндричні дзеркала та активний елемент прямокутного перерізу. На одному торці активного елемента встановлено прямокутний відбивач у вигляді призми з кутом 907" при вершині, а на протилежному торці активного елемента встановлено опукле та увігнуте циліндричні дзеркала таким чином, що твірні циліндричних поверхонь дзеркал паралельні ребру вершини призми, а по одному з двох прямолінійних крайків кожного циліндричного дзеркала розташовані впритул до протилежних країв торцевої грані активного елемента. Дотичні площини, що можна провести до циліндричних дзеркал через ці крайки, утворюють кут 90" одна до одної та кути по 45" до торцевої грані, а другі прямолінійні крайки кожного циліндричного дзеркала розташовані в роздільній площині, що можна провести через ребро вершини призми під кутом фФ до бокової грані активного елемента, яка суміжна з опуклим дзеркалом, цей кут ф обумовлює розширення пучка випромінювання в активній речовині та вибирається з урахуванням посилення активної речовини, а напрямні циліндричних дзеркал мають форму частини параболи та забезпечують умову, що всі паралельні промені, що проведені у напрямку від поверхні опуклого дзеркала до поверхні увігнутого дзеркала, які паралельні торцю активного елемента та перпендикулярні ребру прямокутного відбивача, після віддзеркалення від увігнутого дзеркала, а потім від обох граней прямокутного дзеркала будуть мати напрямок на фокусну лінію оптичної системи, яка є лінією перетину роздільної площини та продовження бокової грані активного елемента, яка межує з прямолінійною кромкою опуклого дзеркала.

Завдяки запропонованому набору дзеркал зі специфічною геометрією в лазерному резонаторі забезпечується плавне розширення апертури пучка випромінювання на обох протилежних проходах випромінювання крізь активну речовину. Це дозволяє досягти підвищеної (близької до максимально можливої) ефективності використання енергії активної речовини при посилені випромінювання, а отже підвищити ККД лазера та потужність лазерного випромінювання.

Суть винаходу пояснюють креслення.

На фіг. 1 схематично зображено лазерний резонатор з внутрішнім розширенням апертури пучка випромінювання.

На фіг. 2 зображено хід променів випромінювання в лазерному резонаторі з внутрішнім розширенням апертури пучка випромінювання.

Лазерний резонатор утворено опуклим 1 та увігнутим 2 циліндричними дзеркалами, що розміщені на одному торці активного елемента З прямокутного перерізу, та прямокутним відбивачем 4 у вигляді призми з кутом 90" при вершині, що розміщений на протилежному торці активного елемента 3. Твірні поверхонь циліндричних дзеркал 1,2 паралельні ребру вершини призми 4. Циліндричні дзеркала 1,2 прямолінійними крайками розташовані впритул до протилежних ребер торцевої грані активного елемента 3. Дотичні площини, що можна провести до циліндричних поверхонь дзеркал 1,2 через ці крайки, утворюють кут 90" одна до одної та кут 45" до торцевої грані. Другі прямолінійні крайки кожного циліндричного дзеркала розташовані в площині 5, що можна провести через ребро вершини призми 4 під кутом Фф (фіг. 2) до бокової грані активного елемента 3, яка суміжна з опуклим дзеркалом 1. Кут ф обумовлює розширення пучка випромінювання в активній речовині та вибирається з урахуванням посилення активної речовини. Чим вище посилення в активній речовині, тим більше повинен бути кут Ф. Напрямні циліндричних дзеркал 1,2 мають форму частини параболи та забезпечують умову, що всі паралельні промені, які проходять у напрямку від поверхні опуклого дзеркала 1 до поверхні увігнутого дзеркала 2, які паралельні торцю активного елемента та перпендикулярні ребру прямокутного відбивача, після віддзеркалення від увігнутого дзеркала 2, а потім від обох граней прямокутного дзеркала 4, будуть мати напрямок на фокусну лінію Е оптичної системи. Ця лінія є лінією перерізу роздільної площини 5 та продовження бокової грані активного елемента 3, яка межує з прямолінійною кромкою опуклого дзеркала. При розрахунках форми поверхні циліндричних дзеркал 1, 2 бажано також брати до уваги і дифракційні властивості випромінювання. Це доволі складна задача, яку зокрема можна вирішувати за допомогою комп'ютерного моделювання.

Лазерний резонатор з внутрішнім розширенням апертури пучка випромінювання працює наступним чином. Активний елемент З збуджується будь-якими відомими способами, внаслідок чого в ньому генерується випромінювання. Система дзеркал 1, 2, 4 формує лазерне

Зо випромінювання. В поверхневій частині активного елемента З умови генерації подібні до умов генерації в кільцевому лазері. Тобто для пучків випромінювання 6 (рис. 2), які віддзеркалюється від крайових зон дзеркал 1, 2, 4, що межують з активним елементом З, умови посилення однакові для обох протилежних напрямків розповсюдження. Зокрема, генерація тут може відбуватись в режимі стоячої хвилі. Цю поверхневу зону активного елемента З можна вважати зоною формування когерентного випромінювання. Лазерне випромінювання, завдяки дифракції ї завдяки геометрії дзеркал, з кожним проходом "зміщується" в середню частину активного елемента З до площини 5. При цьому геометрія дзеркал діє таким чином, що всередину "зміщується" тільки випромінювання, що розповсюджується в напрямку від опуклого дзеркала 1 до прямокутного дзеркала 4 та від дзеркала 4 до увігнутого дзеркала 2. Випромінюванню, що розповсюджується у зворотному напрямку, геометрія дзеркал не дає змоги відхилятись всередину активного елемента 3. При зміщенні випромінювання всередину активного елемента

З апертура пучка з кожним проходом розширюється. Розширення пучка тим більше, чим більше вибрано кут Ф. Випромінювання віддзеркалюється від увігнутого дзеркала 2 паралельним пучком і частина його виходить із резонатора повз крайки опуклого дзеркала 1.

Завдяки тому, що в лазерному резонаторі забезпечується плавне розширення апертури пучка випромінювання на обох протилежних проходах випромінювання крізь активну речовину, вдається досягти підвищеної (близької до максимально можливої) ефективності використання енергії активної речовини при посилені випромінювання, а отже підвищити ККД лазера та потужність лазерного випромінювання.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Лазерний резонатор з внутрішнім розширенням апертури пучка випромінювання, що містить опукле та увігнуте циліндричні дзеркала та активний елемент прямокутного перерізу, який відрізняється тим, що на одному торці активного елемента встановлено прямокутний відбивач у вигляді призми з кутом 907 при вершині, а на протилежному торці активного елемента встановлено опукле та увігнуте циліндричні дзеркала таким чином, що твірні циліндричних поверхонь дзеркал паралельні ребру вершини призми, а по одному з двох прямолінійних крайків кожного циліндричного дзеркала розташовані впритул до протилежних країв торцевої

   60 грані активного елемента, при цьому дотичні площини, що можна провести до циліндричних дзеркал через ці крайки, утворюють кут 90" одна до одної та кути по 45" до торцевої грані, а другі прямолінійні крайки кожного циліндричного дзеркала розташовані в роздільній площині, що можна провести через ребро вершини призми під кутом Ф до бокової грані активного елемента, яка суміжна з опуклим дзеркалом, цей кут Ф обумовлює розширення пучка випромінювання в активній речовині та вибирається з урахуванням посилення активної речовини, а напрямні циліндричних дзеркал мають форму частини параболи та забезпечують умову, що всі паралельні промені, що проведені у напрямку від поверхні опуклого дзеркала до поверхні увігнутого дзеркала, які паралельні торцю активного елемента та перпендикулярні ребру прямокутного відбивача, після віддзеркалення від увігнутого дзеркала, а потім від обох граней прямокутного дзеркала будуть мати напрямок на фокусну лінію оптичної системи, яка є лінією перетину роздільної площини та продовження бокової грані активного елемента, яка межує з прямолінійною кромкою опуклого дзеркала. х еВ х І ння Ж : ШО і х Ї Ко Я в колоди Вени Акне км ля Що ї Ж ЗЕ т пов Ж 3 я Ко о оре жа З «ОК о ФА пев о КК ою Мао -е я Я к Те У ей нев ння Б хо по їх Коля Ех Я х мінні Б х лит динею ВК х я м Є я ї З Е в Х та ї : зей г в З «ріг, 1 с о З п ї Я ДН деко Ко ВК ВЕК екв 7 Нею і Б о я : У Ї АК Бе ї Її гу с 5 й Би ї. х св я і (Й . орні нінннн неон ех в т ЛЬ . Е . "Ден мем ретеннсс к ув ик по ; ше м хе ге

   Фіг. 2