Твердотельный лазер для накачки активной среды

ПОЛЕЗНОЙ з, и МОДЕЛИК 4 в)2005.06.30 АТЕНТУ (51)7( изв 27143 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНтР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОИ СОБСТВЕННОСТИ(54) ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР для НАКАЧКИ АКТИВНОЙ СРЕДЫучреждение Институт молекулярной И атомной физики НАНБ (ВУ)(72) Автор Чивель Юрий Александрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики НАНБ (ВУ)1. Твердотельный лазер для накачки активной среды, содержащий оптически связанные активный элемент, резонатор, модулятор добротности резонатора, источник накачки активного элемента и систему охлаждения активного элемента, отличающийся тем, что активный элемент выполнен в виде п шестиугольных сегментов, заполняющих сферический слой, причем п - четное число, источник накачки в виде матрицы лазерных диодов размещен по внещней поверхности активного элемента, пассивный модулятор добротности резонатора выполнен в виде пленки и размещен на внутренней поверхности активного элемента, зеркала резонатора нанесены на внешнюю поверхность активного элемента и внешнюю поверхность модулятора, а охлаждающая активный элемент жидкость размещена в зазоре между активным элементом и матрицей лазерных диодов, при этом внещнее зеркало резонатора прозрачно для излучения лазерных диодов.2. Твердотельный лазер по п. 1, отличающийся тем, что модулятор представляет собой активный электрооптический модулятор добротности и выполнен в виде единого блока с активным элементом, при этом плоскости поляризации излучения отдельных лазерных сегментов перпендикулярны меридиональным сечениям сферы.Полезная модель относится К области лазерной физики И может быть использована для накачки активных жидких, газовых И твердых сред.Известен твердотельный лазер 1, содержащий оптически связанные активный элемент,резонатор, модулятор добротности резонатора, расположенные на одной оптической оси, источник накачки активного элемента, систему фокусировки лазерного излучения в виде объективов и зеркал и систему охлаждения активного элемента.Недостатком этого лазера является невозможность получения высокой степени равномерности и однородности накачки.Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является твердотельный лазер 2, содержащий оптически связанные активный элемент, резонатор, модулятор добротности резонатора, расположенные на одной оптической оси, источник накачки активного элемента и систему охлаждения, систему фокусировки лазерного излучения в виде набора объективов и эллиптических зеркал. Модулятор добротности резонатора выполнен в виде отдельно стоящего блока и может быть пассивным или активным.Недостатком этого лазера является невозможность получения высокой степени равномерности, однородности и ортогональности накачки активного рабочего тела в сферической кювете.Задачей заявляемой модели является получение практически сферической сходящейся волны импульсного лазерного излучения и тем самым обеспечение высокой степени равномерности, однородности и ортогональности накачки сферической кюветы с активной средой.Для решения поставленной задачи предлагается твердотельный лазер, содержащий оптически связанные активный элемент, резонатор, модулятор добротности резонатора, источник накачки активного элемента и систему охлаждения.Новым, по мнению автора, является то, что активный элемент выполнен в виде п шестиугольных сегментов, заполняющих сферический слой, причем п - четное число, источник накачки в виде матрицы лазерных диодов размещен по внешней поверхности активного элемента, пассивный модулятор добротности резонатора выполнен в виде пленки и размещен на внутренней поверхности активного элемента, зеркала резонатора нанесены на внешнюю поверхность активного элемента и внешнюю поверхность модулятора, а охлаждающая активный элемент жидкость размещена в зазоре между активным элементом и матрицей лазерных диодов, при этом внешнее зеркало резонатора прозрачно для излучения лазерных диодов.Новым, по мнению автора, является то, что модулятор представляет собой активный электрооптический модулятор добротности и выполнен в виде единого блока с активным элементом, при этом плоскости поляризации излучения отдельных лазерных сегментов перпендикулярны меридиональным сечениям сферы.Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых представлено предлагаемое устройство (фиг. 1), (фиг. 2), а также фиг. 3, на котором представлен отдельный лазерный блок.Твердотельный лазер содержит активный элемент 1 в виде сферического слоя из сборки шестигранных сегментов (фиг. 1). Каждый сегмент имеет блочную конструкцию, объединяющую активный элемент 1, модулятор добротности 4, ограниченные зеркалами резонатора 5, 6(короткий резонатор), матрицу лазерных диодов 2 и систему охлаждения 3. Внешние зеркала 5 сегментов образуют внешний концентрический резонатор.На внешней поверхности сферического слоя (фиг. 1) расположена матрица лазерных диодов накачки 2. Их разделяет система охлаждения 3 в виде щелевого зазора, в котором прокачивается охлаждающая активный элемент жидкость. На внутренней поверхности сферического слоя располагается пассивный модулятор добротности резонатора 4. Диэлектрические зеркала резонатора наносятся на внешнюю 5 (100 отражение на длине волны лазерного излучения и 100 пропускание излучения накачки) и внутреннюю 6 (м 10-20 отражение на длине волны лазерного излучения) поверхности сферического слоя. Внешнее зеркало резонатора образуетконцентрический сферический резонатор. Толщина активного элемента зависит от коэффициента поглощения излучения накачки и для активного элемента из на -51 О 2 и излучения накачки с Ж 0,8 мкм составит м 20 мм.Лазер работает следующим образом. Импульс излучения диодов 2 накачки длительностью м 200 мкс создает инверсную населенность в объеме активного элемента 1. На линейном этапе развития генерации, в течение которого мощность излучения в концентрическом резонаторе лазера медленно нарастает, начиная со спонтанного Шума, происходит формирование пространственной и спектральной структуры излучения. Из пространственных мод наиболее вь 1 сокую добротность имеет мода с перетяжкой в центре сферы, которая и сформируется на этом этапе. При достижении уровня насыщения среды пассивного модулятора 4 происходит вь 1 свечивание запасенной в активном элементе энергии. Так как добротность резонатора, образованного зеркалами 5 и 6, значительно выще, чем в резонаторе, образованном внешними зеркалами из-за больших потерь в накачиваемой активной среде 7, то генерация развивается в коротком резонаторе, образованном этими зеркалами и ее длительность составит единицы наносекунд.При активной модуляции добротности с помощью электрооптического активного модулятора добротности 4 (фиг. 3) импульс управления затвора имеет ступенчатую форму, что обеспечит сходный характер развития генерации, но управляемый и более эффективньтй.Размер области перетяжки концентрического резонатора в центре сферы, согласно З, в рамках геометрической оптики стремится к нулю. Согласно принципу неопределенности Гейзенберга, неопределенность в положении фотона и неопределенность его импульса связаны неравенством Ах Ж/2.В сфере Ар 211/7 ь и размеры области фокусировки Ах 7 ь/2.Распределение интенсивности лазерного излучения в активной среде сферической ячейки будет иметь вид (1 (Чо/т 2)ехр-ц(К-т) ехр-ЩК т), где р. - коэффициент поглощения активной средьт. Так как активная среда в сферической ячейке имеет высокий коэффициент поглощения на длине волны генерации твердотельного лазера, то интерференция сходящейся и расходящейся от центра волн излучения будет существенна только вблизи центра сферы, а вне центральной области распределение интенсивности накачки будет достаточно равномерньтм.При сфазированной генерации п лазерных источников, из которых составлена сфера происходит когерентное сложение полей от отдельных модулей и дополнительное увеличение плотности мощности в п раз 4. Фазовая синхронизация достигается за счет сильной дифракционной связи между лазерными сегментами.Таким образом, заявляемый твердотельный лазер обеспечивает получение практически сферической сходящейся волны импульсного лазерного излучения и тем самым равномерное освечивание сферической кюветы с активной средой, размещенной в центре сферической поверхности, причем достаточно равномерное распределение интенсивности накачки будет и поНациональный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.