Лазер с поляризованным излучением

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси Открытое акционерное общество Пеленг Белорусский государственный университет(72) Авторы Машко Василий Вячеславович Тепляшин Леонид Леонидович Рябцев Геннадий Иванович Паращук Валентин Владимирович Безъязычная Татьяна Владимировна Богданович Максим Владимирович Енжиевский Алексей Иванович Красковский Андрей Сергеевич Батюшков Валентин Вениаминович Руховец Владимир Васильевич Буров Леонид Иванович Щемелев Максим Анатольевич Рябцев Андрей Геннадьевич(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт молекулярной и атомной физики Национальной академии наук Беларуси Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси Открытое акционерное общество Пеленг Белорусский государственный университет(57) Лазер с поляризованным излучением, состоящий из твердотельного активного элемента цилиндрической формы, помещенного в резонатор, образованный двумя зеркалами,и устройства поперечной диодной накачки, отличающийся тем, что в качестве активного 27492006.06.30 элемента использовано боро-силико-фосфатное стекло, коактивированное ионами эрбия и иттербия, а устройство поперечной диодной накачки выполнено в виде двух лазерных диодных линеек с линейно поляризованным излучением, расположенных симметрично по обе стороны от активного элемента, причем вектор поляризации лазерных диодных линеек направлен вдоль оси резонатора. Полезная модель относится к области лазерной техники, а более конкретно к твердотельным лазерам с диодной накачкой, и может найти применение при разработке лазеров для медицины, мониторинга атмосферы, в дальнометрии, волоконных системах передачи информации и научных исследованиях. Известен лазер с поперечной диодной накачкой 1, содержащий резонатор, образованный двумя зеркалами, одно из которых полностью, а другое частично отражает лазерное излучение. Внутри резонатора последовательно расположены вдоль оптической оси три цилиндрических кристаллических активных элемента из иттрий-алюминиевого граната, активированного неодимом , и стеклянная пластинка, наклоненная под углом Брюстера к оптической оси, которая обеспечивает линейную поляризацию выходного лазерного излучения. Поперечная накачка каждого активного элемента осуществляется одной лазерной диодной линейкой так, что угол между плоскостями, соответствующими активным областям двух любых линеек, составляет 120. Недостатком этого лазера является наличие внутри резонатора поляризатора, который вносит потери и, соответственно, уменьшает КПД, а также усложняет процесс юстировки лазера. Кроме того, устройство лазера сложно технически и недостаточно компактно. Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является лазер с поляризованным излучением 2, содержащий резонатор, образованный двумя зеркалами, одно из которых полностью, а другое частично отражает лазерное излучение. Внутри резонатора расположен цилиндрический кристаллический активный элемент из иттрий-алюминиевого граната, активированного неодимом , и стеклянная пластинка, наклоненная под углом Брюстера к оптической оси, которая обеспечивает линейную поляризацию выходного лазерного излучения. Поперечная накачка активного элемента осуществляется четырьмя лазерными диодными линейками, расположенными симметрично вокруг активного элемента, при этом ось активного элемента и активные области двух любых противоположных линеек лежат в одной плоскости, а плоскости, соответствующие активным областям двух любых соседних линеек, ортогональны. Недостатком этого лазера является наличие внутри его резонатора поляризатора, который вносит потери и, соответственно, уменьшает КПД, а также усложняет процесс юстировки лазера. Задачей полезной модели является создание лазера, излучающего поляризованное излучение без какого-либо поляризационного устройства, помещаемого внутрь резонатора. Для решения поставленной задачи авторами был создан лазер с поляризованным излучением, состоящий из твердотельного активного элемента цилиндрической формы, помещенного в резонатор, образованный двумя зеркалами, и устройства поперечной диодной накачки, отличающийся тем, что в качестве активного элемента использовано боро-силико-фосфатное стекло, коактивированное ионами эрбия и иттербия, а устройство поперечной диодной накачки выполнено в виде двух лазерных диодных линеек с линейно поляризованным излучением, расположенных симметрично по обе стороны от активного 2 27492006.06.30 элемента, причем вектор поляризации лазерных диодных линеек направлен вдоль оси резонатора. Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена схема лазера с поляризованным излучением. На фиг. 2 изображено взаимное расположение лазерных диодных линеек и активного элемента. На фиг. 3 изображена азимутальная зависимость интенсивности лазерного излучения,прошедшего через поляризатор (призма Глана), от угла поворота поляризатора. Предлагаемый лазер с поляризованным излучением включает в себя активный элемент 1, выполненный в виде цилиндра диаметром 3 мм и длиной 11 мм из боро-силикофосфатного стекла, коактивированного ионами эрбия (3) и иттербия (3). Торцевые грани активного элемента перпендикулярны оси 2 резонатора, и на них нанесены просветляющие покрытия для спектрального диапазона 1,50-1,58 мкм. Оптическая накачка производится двумя лазерными диодными линейками 3, выполненными на основе/ гетероструктур. Ширина светящейся области каждой линейки составляет 10 мм. Линейки расположены симметрично по обе стороны от активного элемента таким образом, что ось резонатора и активные слои линеек лежат в одной плоскости, при этом выходные грани линеек параллельны между собой. Расстояние от каждой лазерной диодной линейки до поверхности активного элемента составляет 0,5 мм. На каждую линейку подаются импульсы тока накачки длительностью 5 мс, частота следования которых составляет 1 Гц. Излучение 4 лазерных диодных линеек 3 линейно поляризовано с электри ческим вектором световой волны 5, параллельным оси 2 резонатора. Резонатор лазера состоит из плоского глухого 6 и плоского выходного 7 зеркал, перпендикулярных оси резонатора. Через зеркало 7 происходит выход излучения генерации 8 из резонатора лазера. Предлагаемый лазер с поляризованным излучением работает следующим образом. Излучение 4 лазерных диодных линеек 3 через боковую поверхность попадает в активный элемент 1, что приводит к созданию инверсной населенности лазерных уровней энергии ионов эрбия. В результате вынужденных переходов между этими уровнями в активной среде лазера возникает генерация лазерного излучения 8 с длиной волны 1,54 мкм. Выходное излучение лазера 8 поляризовано, что следует из экспериментально измеренной азимутальной зависимости 9 интенсивности лазерного излучения, прошедшего через поляризатор (призма Глана), от угла поворота поляризатора, изображенной на фиг. 3. По азимутальной зависимости установлено, что степень поляризации Р близка к единице(Р 0,8). Поскольку вектор световой волны 5 диодных линеек 3 ориентирован вдоль оси 2 резонатора, то поляризация излучения накачки не может служить источником анизотропии ни коэффициента усиления, ни наведенных оптических характеристик активной среды. Резонатор лазера не содержит каких-либо анизотропных элементов, а в боро-силикофосфатном стекле, коактивированном ионами эрбия и иттербия, не было обнаружено дихроизма ни в поглощении, ни в испускании. Следовательно, поляризация выходного излучения может быть связана с наведенной анизотропией вследствие термических напряжений в активной среде, возникающих как следствие неоднородной прокачки активного элемента 1 излучением 4 лазерных диодных линеек 3. Таким образом, использование в качестве активного элемента боро-силикофосфатного стекла, коактивированного ионами эрбия и иттербия, и двух лазерных диодных линеек с линейно поляризованным излучением, расположенных симметрично по обе стороны активного элемента, в качестве устройства поперечной диодной накачки, позволило получить лазер с поляризованным излучением без какого-либо поляризационного устройства, помещаемого внутрь резонатора. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4