Дисковый лазер с модулированной добротностью резонатора

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики им. Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Чивель Юрий Александрович Затягин Дмитрий Александрович Никончук Ирина Степановна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики им. Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Дисковый лазер с модулированной добротностью резонатора, содержащий оптически связанные дисковый активный элемент, резонатор, модулятор добротности резонатора,источник накачки активного элемента и систему охлаждения активного элемента, отличающийся тем, что активный элемент выполнен в виде тонкого плоского диска, нанесенного на прозрачную для излучения накачки подложку, источник накачки в виде матрицы лазерных диодов размещен по внешней поверхности активного элемента, модулятор добротности резонатора представляет собой пассивный модулятор добротности и выполнен в виде пленки, нанесенной на поверхность активного элемента, или представляет собой активный модулятор добротности и выполнен в виде единого блока с активным элементом зеркала основного резонатора нанесены на внешнюю поверхность активного элемента и внешнюю поверхность модулятора, при этом высокоотражающее зеркало на активном элементе прозрачно для излучения лазерных диодов, а полупрозрачное для лазерного излучения зеркало на внешней поверхности модулятора имеет 100 отражение для излучения лазерных диодов охлаждающая активный элемент жидкость размещена в зазоре между активным элементом и матрицей лазерных диодов, и устройство дополнительно снабжено плоским полупрозрачным зеркалом, образующим дополнительный полуконцентрический резонатор с высокоотражающим зеркалом основного резонатора, и линзой, установленной в дополнительном резонаторе. Полезная модель относится к области лазерной физики и может быть использована при разработке источников лазерного излучения пико- и наносекундного диапазона длительностей импульса. Известен дисковый лазер с модулированной добротностью резонатора 1, содержащий оптически связанные активный элемент, резонатор, модулятор добротности резонатора, расположенные на одной оптической оси, источник накачки активного элемента,систему охлаждения активного элемента. Недостатком этого лазера является невозможность получения импульса в несколько наносекунд и меньшей длительности ввиду большой длины резонатора и соответственно затягивания времени развития генерации до нескольких сотен наносекунд. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является дисковый лазер с модулированной добротностью резонатора 2, содержащий оптически связанные активный элемент, резонатор, модулятор добротности резонатора, расположенные на одной оптической оси, источник накачки активного элемента и систему охлаждения. Модулятор добротности резонатора расположен внутри резонатора и выполнен в виде отдельно стоящего блока и может быть пассивным или активным. Недостатком этого лазера является большая длительность импульса генерации (70 нс) ввиду большой длины резонатора. Задачей данной разработки является расширение технических возможностей и области применения импульсного дискового лазера. Для решения поставленной задачи предлагается дисковый лазер с модулированной добротностью резонатора, содержащий оптически связанные дисковый активный элемент,резонатор, модулятор добротности резонатора, источник накачки активного элемента и систему охлаждения активного элемента. Новым, по мнению автора, является то, что активный элемент выполнен в виде тонкого плоского диска, источник накачки - в виде матрицы лазерных диодов, размещенных по внешней поверхности активного элемента, модулятор добротности резонатора представляет собой пассивный модулятор добротности и выполнен в виде пленки, нанесенной на поверхность активного элемента, или представляет собой активный модулятор добротности и выполнен в виде единого блока с активным элементом зеркала основного резонатора нанесены на внешнюю поверхность активного элемента и внешнюю поверхность модулятора, при этом высокоотражающее зеркало на активном элементе прозрачно для излучения лазерных диодов, а полупрозрачное для лазерного излучения зеркало на внешней поверхности модулятора имеет 100 отражение для излучения лазерных диодов охлаждающая активный элемент жидкость размещена в зазоре между активным элементом и матрицей лазерных диодов, и устройство дополнительно снабжено плоским полупрозрачным зеркалом, образующим дополнительный полуконцентрический резонатор с высокоотражающим зеркалом основного резонатора, и линзой, установленной в дополнительном резонаторе. Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлено предлагаемое устройство (фигура). Дисковый лазер с модулированной добротностью резонатора содержит активный элемент 4 в виде тонкого плоского диска (фигура), пассивный модулятор добротности 5 в 2 44242008.06.30 виде пленки, ограниченные зеркалами резонатора 3,6 (основной резонатор), матрицу лазерных диодов 1, систему охлаждения 2 и полупрозрачное зеркало 7. Высокоотражающее зеркало 3 совместно с плоским полупрозрачным зеркалом 7 образуют дополнительный концентрический резонатор. Установка в дополнительный резонатор линзы 8 обеспечивает его эквивалентность полуконцентрическому резонатору, но в то же время упрощается технология изготовления активного элемента. Длина дополнительного резонатора выбирается значительно большей длины короткого резонатора. Толщина активного элемента зависит от коэффициента поглощения излучения накачки и для активного элемента из-2 и излучения накачки с 0,8 мкм составит 20 мм. Лазер работает следующим образом. Импульс излучения диодов 1 накачки создает инверсную населенность в объеме активного элемента 4. На линейном этапе развития генерации, в течение которого мощность излучения в дополнительном концентрическом резонаторе лазера медленно нарастает, начиная со спонтанного шума, происходит формирование пространственной и спектральной структуры излучения. Из пространственных мод наиболее высокую добротность имеет мода, полностью заполняющая активный элемент, с перетяжкой на плоском зеркале 7, которая и сформируется на этом этапе. При достижении уровня насыщения среды пассивного модулятора 5 происходит высвечивание запасенной в активном элементе энергии. Так как добротность резонатора, образованного зеркалами 3 и 6, выше, чем в резонаторе, образованном внешними зеркалами из-за больших потерь, и время развития генерации в основном резонаторе, на порядок меньше, то генерация развивается в основном (коротком) резонаторе, и ее длительность составит единицы наносекунд и десятые доли наносекунды в зависимости от параметров активного элемента и длины основного резонатора. Геометрические параметры излучения не изменятся за несколько проходов основного резонатора и будут соответствовать параметрам дополнительного концентрического резонатора. При активной модуляции добротности с помощью электрооптического активного модулятора добротности 5 (фиг. 1), который составляет блочную конструкцию с активным элементом 4, ограниченную зеркалами резонатора 3,6 (основной резонатор), импульс управления затвора имеет ступенчатую форму, что обеспечит сходный характер развития генерации, но управляемый и более эффективный. Таким образом, заявляемый лазер позволяет получать импульсы лазерного излучения длительностью в единицы наносекунд и менее и обеспечивает значительное расширение технических возможностей и области применения дисковых лазеров. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3