Твердотельный лазер

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики им. Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Орлов Лев Николаевич Некрашевич Ярослав Ильич Желтов Георгий Иванович Жуковский Виктор Владимирович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики им. Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Твердотельный лазер, содержащий резонатор и твердотельный активный элемент, выполненный в виде плоскопараллельной пластины, отличающийся тем, что резонатор образован двумя противолежащими боковыми гранями плоскопараллельной пластины,имеющими высокоотражающее излучение генерации покрытие и наклоненными под угломдруг к другу, и третьей боковой гранью, имеющей полупрозрачное для излучения генерации покрытие и расположенной по угломк одной из этих двух граней, при этом/-1,где- число отражений за половину обхода резонатора,а четвертая боковая грань служит для осуществления оптической накачки. 6244 1 Изобретение относится к области квантовой электроники и лазерной физики и может найти применение при разработке твердотельных лазеров, в медицине и технике. Известен твердотельный лазер с диодной лазерной накачкой, содержащий резонатор,образованный двумя зеркалами, одно из которых прозрачно для излучения накачки и полностью отражающее излучение генерации, а другое полупрозрачно для излучения генерации и является выходным, и рабочее вещество в виде твердотельного стержня,помещенного на оси резонатора 1. Недостатком данного лазера является сложность изготовления зеркала, через которое осуществляется накачка, а также неоднородность накачки рабочего вещества, приводящая к большим термооптическим искажениям, следствием чего является ограничение мощности генерации. Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому изобретению является твердотельный лазер 2, который состоит из двух зеркал с помещенным между ними твердотельным кристаллическим активным элементом. Кристаллический активный элемент имеет планарную конфигурацию, позволяющую повысить однородность возбуждения всего объема активного вещества и улучшить условия охлаждения активного элемента. Это, а также использование резонаторов типа -, в которых лазерное излучение распространяется практически ортогонально направлению накачки, позволяет существенно уменьшить влияние термооптических эффектов в активной среде. Недостатками данного устройства являются ограничение мощности накачки из-за ее невысокой однородности, большие потери излучения генерации на усиленную люминесценцию между двумя параллельными боковыми гранями, а также неэффективность энергосъема со всего объема активного вещества, связанная с принципиально небольшим числом проходов лазерного излучения по твердотельному активному элементу, ограничиваемым большим углом полного внутреннего отражения излучения от боковых граней кроме того, устройство сложно технически и недостаточно компактно. Задачей данного изобретения является создание компактного твердотельного лазера,обладающего высокой однородностью и мощностью накачки, приводящими к увеличению мощности генерации, и позволяющего увеличить эффективную длину прохода лазерного излучения по активному веществу, что дает возможность использовать для создания лазеров твердотельные активные вещества с относительно небольшими коэффициентом усиления и интенсивностью насыщения. Для выполнения поставленной задачи авторами был создан твердотельный лазер, содержащий резонатор и твердотельный активный элемент, выполненный в виде плоскопараллельной пластины. Новым, по мнению авторов, является то, что резонатор образован двумя противолежащими боковыми гранями плоскопараллельной пластины, имеющими высокоотражающее излучение генерации покрытие и наклоненными под угломдруг к другу, и третьей боковой гранью, имеющей полупрозрачное для излучения генерации покрытие и расположенной под угломк одной из этих двух граней, при этом/-1,где- число отражений за половину обхода резонатора, а четвертая боковая грань служит для осуществления оптической накачки. Предлагаемое устройство изображено на фиг. 1, где 1 - твердотельный активный элемент, резонатор образован гранями 2 и 3 с высокоотражающим покрытием 4, наклоненных друг к другу под угломи гранью 5, имеющей покрытие 6 с заданным коэффициентом пропускания на частоте генерации, наклоненной под угломк грани 3 и являющейся выходным зеркалом для лазерного излучения. Оптическая накачка (например, с помощью лазерного диода) осуществляется через грань 7. Верхняя 8 и нижняя 9 грани (фиг. 2) используются для эффективного теплоотвода со всего объема активного элемента. Устройство работает следующим образом. Через грань 7 в активный элемент вводят излучение, например, лазерного диода, при этом грани 8 и 9 играют роль своеобразного 2 6244 1 световода для излучения накачки. Это излучение возбуждает примесные ионы (активаторы), введенные в основную матрицу кристалла, и возникает генерация когерентного электромагнитного излучения на вынужденных переходах этих ионов. Начиная от выходного зеркала 5 световой луч распространяется, попеременно отражаясь от каждого из боковых зеркал 2 и 3 (с уменьшением угла падения после каждой пары отражений на 2) и усиливаясь за счет вынужденного испускания при его распространении через активный элемент. Послеотражений (1/ - число отражений за половину обхода резонатора) угол падения становится равным нулю, происходит обратное отражение и самовоспроизведение всего распространения вплоть до исходной точки. Варьируя углыи , можно изменять число проходов , тем самым можно получить полную длинупути одного прохода луча по такому резонатору, намного превышающую его рабочую длину . В соответствии с соотношением/При достаточно малых величинахмогут быть реализованы значения(210), что приводит к более полному использованию энергии, накопленной внутри твердотельного активного элемента, и повышению компактности этих устройств, а также позволяет использовать твердотельные активные вещества с малыми коэффициентами усиления и интенсивностью насыщения. В предложенной конструкции существенно улучшается энергосъем со всего объема активного вещества и легко решается проблема ввода излучения накачки, при этом сохраняются и основные преимущества прототипа - использование планарной конфигурации активного элемента обеспечивает высокую эффективность теплоотвода, что в сочетании с распространением генерируемого излучения практически ортогонально направлению излучения накачки позволяет минимизировать влияние термооптических искажений. Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет создать компактный твердотельный лазер, обладающий высокой однородностью и мощностью накачки, приводящие к увеличению мощности генерации и обеспечивающий увеличение эффективной длины прохода лазерного излучения по твердотельному активному элементу, что дает возможность использовать твердотельные вещества с небольшими коэффициентом усиления и интенсивностью насыщения. Источники информации 1.С., . . . . - 1998. - . 23. -22. - . 1757-1762. 2.. -. -. - 1992. - . 425. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3