Жидкостный лазер

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Белорусский государственный университет Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Жуковский Виктор Владимирович Манак Иван Степанович Леоненя Максим Сергеевич Тарасенко Николай Владимирович(73) Патентообладатели Белорусский государственный университет Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Жидкостный лазер, содержащий раствор активной среды (1) в кювете планарной конфигурации и трехзеркальный резонатор, образованный полупрозрачным для лазерного излучения выходным зеркалом (8) и двумя высокоотражающими это излучение зеркалами(4, 5) на боковых (2, 3) стенках кюветы, установленных под угломдруг к другу, выход лазерного излучения из кюветы осуществляется через торцевую (6) стенку, установленную под угломк боковой (2) стенке с высокоотражающим зеркалом (5), причем углыисвязаны с числомотражений лазерного луча от высокоотражающих зеркал (4, 5) до момента смены направления хода луча на обратное выражением 1, при этом все стенки кюветы выполнены из прозрачного для лазерного излучения материала, две параллельные между собой боковые и торцевая (7) стенки, установленные под углом 90 к боковой (2) стенке - из прозрачного для излучения накачки материала, внешние плоские поверхности каждой из боковых и торцевых стенок кюветы параллельны внутренним, отличающийся тем, что торцевая (6) стенка кюветы выполнена без отражающего лазерное 49192008.12.30 излучение покрытия, а лазер снабжен выносным полупрозрачным для его излучения зеркалом (8) резонатора, расположенным со стороны торцевой стенки (6) кюветы, и между зеркалом (8) и торцевой стенкой (6) введен оптический элемент (9), управляющий спектральными, временными или энергетическими характеристиками лазерного излучения,выносное зеркало (8) резонатора установлено так, что отраженное от него излучение падает на торцевую стенку (6) кюветы под углом 90. 2. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что в качестве управляющего оптического элемента содержит активный или пассивный модулятор добротности резонатора. 3. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что в качестве управляющего оптического элемента содержит диспергирующие элементы. 4. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что в качестве управляющего оптического элемента содержит преобразователи частоты лазерного излучения.(56) 1. Бураков , Самсон , Жуковский В.В., Исаевич А.В. // Журнал прикладной спектроскопии. - 1987. - Т. 46. -6. - С. 912-917. 2..,. . . - 1996. - .32. -3. - . 378-382. 3. Патент В 9071, МПК 01 3/05. Опубл. 30.04.2007//Афцыйны бюлетэнь. - 2007.2(55). - С. 161-162. Предлагаемая полезная модель относится к области квантовой электроники и лазерной физики и может найти применение при разработке лазеров с активными веществами на растворах органических соединений или других химических элементов, в научных исследованиях, технике, медицине и т.д. Известен жидкостный лазер на красителе с поперечной лазерной накачкой, содержащий резонатор, образованный двумя зеркалами, одно из которых имеет высокий коэффициент отражения на длине волны излучения лазера, а второе частично прозрачно для этого излучения, и активную среду в виде раствора, помещенную в кювету, расположенную между зеркалами на оптической оси резонатора 1. Недостатком этого лазера является неоднородность распределения интенсивности лазерного излучения по сечению пучка. Известен также жидкостный лазер с оптической накачкой 2, который содержит резонатор и активную среду. Кювета с красителем имеет планарную конфигурацию, позволяющую повысить однородность возбуждения всего объема раствора с красителем и улучшить условия его охлаждения. Это, а также использование резонатора типа -,в котором лазерное излучение распространяется практически ортогонально направлению накачки, позволяет существенно уменьшить влияние термооптических эффектов в растворе красителя на качество пучка излучения лазера. Основным недостатком этого лазера является низкая эффективность энергосъема со всего объема раствора с красителем, обусловленная принципиально небольшим числом проходов лазерного излучения в растворе с красителем, ограничиваемым большим углом полного внутреннего отражения излучения от боковых стенок кюветы. В лазере отсутствуют средства управления параметрами его излучения. Наиболее близким по своей технической сущности является жидкостный лазер с оптической накачкой 3, содержащий раствор активной среды в кювете планарной конфигурации и трехзеркальный резонатор, образованный полупрозрачным для лазерного излучения выходным зеркалом и двумя высокоотражающими это излучение зеркалами на боковых стенках кюветы, установленных под угломдруг к другу, выход лазерного излучения из кюветы осуществляется через торцевую стенку, установленную под угломк одной из стенок с высокоотражающим зеркалом, причем углыисвязаны с числомотражений лазерного луча от высокоотражающих зеркал до момента смены направления 2 1, при этом все стенки кюветы выполнены из прозрачного для лазерного излучения материала, две параллельные между собой боковые и торцевая стенки, установленные под углом 90 к одному из высокоотражающих зеркал из прозрачного для излучения накачки материала, внешние плоские поверхности каждой из боковых и торцевых стенок кюветы параллельны внутренним. Зигзагообразный ход лазерного излучения в резонаторе позволяет повысить энергосъем со всего объема раствора активной среды и обеспечить компактность лазера. Основным недостатком данного лазера является невозможность использования высокоэффективных внутрирезонаторных методов диагностики вещества и средств управления спектральными, временными и энергетическими характеристиками его излучения изза выполнения всех трех зеркал резонатора на стенках кюветы с раствором активной среды, что существенно ограничивает область его применения. Задачей предлагаемой полезной модели является создание жидкостного лазера, обеспечивающего реализацию внутрирезонаторных методов управления спектральными, временными и энергетическими характеристиками излучения и методов внутрирезонаторной лазерной спектроскопии (ВРЛС) диагностики вещества, существенно расширяющих область его применения. Поставленная задача решается тем, что в созданном жидкостном лазере, содержащем раствор активной среды (1) в кювете планарной конфигурации и трехзеркальный резонатор, образованный полупрозрачным для лазерного излучения выходным зеркалом (8) и двумя высокоотражающими это излучение зеркалами (4, 5) на боковых (2, 3) стенках кюветы, установленных под угломдруг к другу, выход лазерного излучения из кюветы осуществляется через торцевую (6) стенку, установленную под угломк боковой (2) стенке с высокоотражающим зеркалом (5), причем углыисвязаны с числомотражений лазерного луча от высокоотражающих зеркал (4, 5) до момента смены направления хода луча на обратное выражением 1, при этом всестенки кюветы выполнены из прозрачного для лазерного излучения материала, две параллельные между собой боковые и торцевая (7) стенки, установленные под углом 90 к боковой (2) стенке - из прозрачного для излучения накачки материала, внешние плоские поверхности каждой из боковых и торцевых стенок кюветы параллельны внутренним, торцевая (6) стенка кюветы выполнена без отражающего лазерное излучение покрытия, а лазер снабжен выносным полупрозрачным для его излучения зеркалом (8) резонатора, расположенным со стороны торцевой стенки (6) кюветы, а между зеркалом (8) и торцевой стенкой (6) введен оптический элемент (9), управляющий спектральными, временными или энергетическими характеристиками лазерного излучения, выносное зеркало (8) резонатора установлено так, что отраженное от него излучение падает на торцевую стенку (6) кюветы под углом 90, а в качестве управляющего оптического элемента (9) содержит активный или пассивный модулятор добротности резонатора, диспергирующие элементы или преобразователи частоты лазерного излучения. Новым по мнению авторов является то, что торцевая стенка (6) кюветы, установленная под угломк боковой (2) стенке, выполнена без отражающего лазерное излучение покрытия, а лазер снабжен выносным полупрозрачным для его излучения зеркалом (8) резонатора, расположенным со стороны торцевой стенки (6) кюветы, и между зеркалом (8) и торцевой стенкой (6) введен оптический элемент (9), управляющий спектральными, временными и энергетическими характеристиками лазерного излучения, выносное зеркало(8) резонатора установлено так, что отраженное от него излучение падает на торцевую стенку (6) кюветы под углом 90, а в качестве управляющего оптического элемента (9) содержит активный или пассивный модулятор добротности резонатора, диспергирующие элементы или преобразователи частоты лазерного излучения. хода луча на обратное выражением 49192008.12.30 Сущность полезной модели поясняется чертежом. Жидкостный лазер содержит раствор активной среды (1) в кювете, внешние и внутренние плоские поверхности каждой из четырех боковых (2, 3) (две лежащие в плоскости чертежа боковые стенки установлены под углом 90 к стенке (2 и двух торцевых (6, 7) стенок которой параллельны, трехзеркальный резонатор, образованный двумя наклоненными друг к другу под угломпротивоположными боковыми стенками (2, 3) кюветы с высокоотражающими для лазерного излучения зеркалами (4, 5) на поверхности каждой из них и зеркалом (8), частично пропускающим лазерное излучение, а также оптический элемент (9), управляющий основными характеристиками излучения. Лазер работает следующим образом. Через боковые стенки кюветы в жидкую активную среду, содержащую ионы, молекулы или комплексы вещества активатора, например молекулы красителя родамина 4 С (активатор), растворенные в этиловом спирте, вводят излучение от внешнего источника, например излучение 2-й гармоники лазера на неодимовом стекле (0,53 мкм) 1, для оптической накачки вещества активатора. Излучение накачки поглощается ионами, молекулами или комплексами (активаторами) в растворе и создает в них инверсную заселенность энергетических уровней. В результате вынужденных переходов между этими уровнями в активной среде жидкостного лазера возникает генерация когерентного электромагнитного излучения (например, в лазере на красителе родамина 4 С в этиловом спирте генерация осуществляется в спектральном диапазоне 588606 нм). Начиная от выходного зеркала (8), световой луч распространяется в кювете, попеременно отражаясь от каждого из боковых зеркал (4, 5) (с уменьшением угла падения после каждой пары отражений на 2) и усиливаясь за счет вынужденного испускания при его распространении в активной среде (1). Ход светового луча в активной среде (1) изображен на чертеже пунктирной линией. Послеотражений угол падения луча на одно из высокоотражающих зеркал (4 или 5) становится равным нулю, происходит обратное отражение и самовоспроизведение всего пути распространения луча вплоть до исходной точки на зеркале (8). Варьируя углыи , можно изменять число проходовтем самым можно получить полную длинупути одного прохода луча по такому резонатору, намного превышающую рабочую длинуактивной среды. При достаточно малых величинахмогут быть реализованы значения(210) , что приводит к эффективному использованию энергии, накопленной внутри жидкой активной среды, а также позволяет использовать жидкие активные среды с малыми коэффициентами усиления и интенсивностью насыщения. Заметим при этом, что в устройстве 2 отношение /1 невелико, оно ограничено величиной показателя преломленияна границе стенки кюветы/. В варианте жидкостного лазера, представленном на чертеже, высокоотражающие зеркала (4, 5) выполнены на внутренних поверхностях стенок (2, 3) кюветы, однако в случае использования жидких активных сред, приводящих к разрушению этих зеркал, они выполняются на внешних поверхностях стенок (2, 3) кюветы. В случае необходимости прокачки жидкой активной среды, например, при работе лазера с высокой частотой повторения импульсов,в боковых стенках кюветы могут быть сделаны отверстия для подключения к проточной системе. Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемая полезная модель лазера,благодаря возможности использования внутрирезонаторных методов управления параметрами излучения и диагностики вещества методами ВРЛС, может быть использована при решении широкого круга задач в научных исследованиях, технике, медицине, при зондировании атмосферы, изучении воздействия лазерного излучения на вещество и т.д. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4