Лазер с оптическим параметрическим генератором

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Открытое акционерное общество Пеленг(72) Авторы Красковский Андрей Сергеевич Михайлов Юрий Тимофеевич Неменнок Александр Иванович Тареев Анатолий Михайлович Титовец Сергей Николаевич Топленикова Татьяна Васильевна(73) Патентообладатель Открытое акционерное общество Пеленг(57) Лазер с оптическим параметрическим генератором, включающий оптически связанные активный элемент, помещенный в лазерный резонатор, образованный глухим зеркалом и выходным зеркалом, внутреннее зеркало, установленное между активным элементом и выходным зеркалом и образующее с выходным зеркалом вторичный внутренний резонатор с расположенным в нем нелинейным кристаллом, оптическое устройство для изменения направления оси лазерного резонатора, установленное между активным элементом и внутренним зеркалом, отличающийся тем, что снабжен единой опорой, на которой закреплены указанные зеркала и нелинейный кристалл.(56) 1. Патент на ПМ 3871, МПК Н 013/00, 02 1/00, 2007. 2. Патент на ПМ 23020, МПК Н 013/00, 2002 (прототип). 63042010.06.30 Полезная модель относится к оптическому приборостроению, в частности к устройствам для параметрической генерации излучения, и может быть использована для создания источников направленного излучения. Известен лазер с оптическим параметрическим генератором (ЛОПГ) 1, включающий образованный глухим сферическим зеркалом и плоским выходным зеркалом лазерный резонатор, в котором установлены оптически связанные активный элемент, плоское внутреннее зеркало, образующее с выходным зеркалом вторичный внутренний резонатор,поляризатор, установленный между плоским внутренним и глухим сферическим зеркалами, кристалл КТР (титанила фосфата калия или КТРО 4), имеющий плоскопараллельные рабочие грани и расположенный во вторичном внутреннем резонаторе, причем коэффициент отражения плоского выходного зеркала для выходного излучения оптического параметрического генератора находится в пределах от 0,1 до 0,8. Такой ЛОПГ с расположением оптических элементов в одну линию позволяет получить максимальный КПД, однако имеет и максимальную длину. Меньшую длину имеет ЛОПГ 2, являющийся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбранный в качестве прототипа. ЛОПГ включает оптически связанные активный элемент, помещенный в лазерный резонатор, образованный глухим зеркалом и выходным зеркалом, внутреннее зеркало, установленное между активным элементом и выходным зеркалом и образующее с выходным зеркалом вторичный внутренний резонатор с расположенным в нем нелинейным кристаллом КТР, поляризатор, установленный между внутренним и глухим зеркалами, оптическое устройство для изменения направления оси лазерного резонатора, расположенное между активным элементом и внутренним зеркалом, причем коэффициент отражения выходного зеркала для выходного излучения оптического параметрического генератора(ОПГ) находится в пределах от 0,4 до 0,8. Наличие в лазерном резонаторе оптического устройства для изменения направления оси лазерного резонатора и раздельное расположение глухого, внутреннего и выходного зеркал и нелинейного кристалла предъявляет повышенные требования к юстировке и создает высокую чувствительность к разъюстировке лазерного и вторичного внутреннего резонаторов и, соответственно, уменьшает надежность ЛОПГ при механических воздействиях и изменениях температуры. Задачей полезной модели является увеличение надежности ЛОПГ за счет повышения стойкости резонатора излучателя ЛОПГ к механическим воздействиям и изменениям температуры. Сущность полезной модели заключается в том, что лазер с оптическим параметрическим генератором, включающий оптически связанные активный элемент, помещенный в лазерный резонатор, образованный глухим зеркалом и выходным зеркалом, внутреннее зеркало, установленное между активным элементом и выходным зеркалом и образующее с выходным зеркалом вторичный внутренний резонатор с расположенным в нем нелинейным кристаллом, оптическое устройство для изменения направления оси лазерного резонатора, установленное между активным элементом и внутренним зеркалом, в отличие от прототипа, снабжен единой опорой, на которой закреплены указанные зеркала и нелинейный кристалл. Наличие единой опоры, на которой закреплены указанные зеркала и нелинейный кристалл, позволяет увеличить надежность ЛОПГ за счет повышения стойкости резонатора излучателя ЛОПГ к механическим воздействиям и изменениям температуры. Полезная модель поясняется рисунком. На фигуре представлена схема ЛОПГ. ЛОПГ включает лазерный резонатор, образованный глухим зеркалом 1 и выходным зеркалом 2, в котором установлены оптически связанные активный элемент 3, внутреннее зеркало 4, установленное между активным элементом 3 и выходным зеркалом 2 и обра 2 63042010.06.30 зующее с выходным зеркалом 2 вторичный внутренний резонатор, в котором расположен нелинейный кристалл КТР 5, поляризатор 6, установленный между активным элементом 3 и глухим зеркалом 1, затвор 7 для модуляции добротности лазера, установленный между глухим зеркалом 1 и поляризатором 6, оптическое устройство 8 для изменения направления оси лазерного резонатора, установленное между активным элементом 3 и внутренним зеркалом 4 и выполненное в виде призмы, изменяющей направление оси лазерного резонатора на 180. ЛОПГ снабжен единой опорой 9, на которой закреплены указанные зеркала 1, 2, 4 и нелинейный кристалл 5. Глухое зеркало 1 имеет коэффициент отражения 0, 99 для излучения лазера в области длин волн 1,06 мкм. Выходное зеркало 2 изготовлено из кварцевого стекла КИ или КУ и выполнено в виде плоского зеркала, являющегося глухим для излучения лазера с 1,06 мкм (коэффициент отражения 0,99) и пропускающим выходное излучение ЛОПГ с 1,58 мкм. Оно имеет коэффициент отражения 0,6 для выходного излучения ЛОПГ. Активный элемент 3 (465 мм) изготовлен из иттрийалюминиевого граната с неодимом (ИАГ) и позволяет получить длину волны излучения лазера 1,064 мкм. Внутреннее зеркало 4 изготовлено из кварцевого стекла КИ или КУ, выполнено плоским и образует с выходным зеркалом 2 вторичный внутренний резонатор. Внутреннее зеркало 4 пропускает излучение лазера с длиной волны 1,064 мкм и отражает выходное излучение ЛОПГ в области длин волн 1,58 мкм. Во вторичном внутреннем резонаторе, образованном выходным зеркалом 2 и внутренним зеркалом 4, установлен нелинейный кристалл 5, изготовленный из двухосного кристалла КТР, плоскопараллельные рабочие грани которого выполнены перпендикулярными главной осииндикатрисы показателей преломления кристалла КТР с точностью 30. Поляризатор 6 выполнен в виде тонкой прозрачной пластины из стекла К 8 с плоскопараллельными рабочими гранями и установлен между активным элементом 3 и глухим зеркалом 1. В лазерном резонаторе поляризатор 6 расположен таким образом, что нормаль к плоскопараллельным рабочим граням его составляет с оптической осью лазерного резонатора угол, близкий к углу Брюстера. Для увеличения степени поляризации излучения и увеличения эффективности преобразования излучения лазера в излучение ЛОПГ на одну плоскопараллельную рабочую грань поляризатора 6 нанесено поляризующее интерференционное покрытие В.006 по ОСТ 3-1901-95, имеющее для излучения с длиной волны 1,064 мкм при установке поляризатора 6 таким образом, что нормаль к плоскопараллельным рабочим граням его составляет с оптической осью лазерного резонатора угол, близкий к углу Брюстера,коэффициент пропускания 99 при расположении электрического вектора в плоскости падения и коэффициент пропускания 1 при расположени электрического вектора перпендикулярно плоскости падения. Во вторичном внутренннем резонаторе ЛОПГ кристалл КТР 5 расположен так, что указанная осьнаправлена вдоль оптической оси резонатора, вдоль которой на кристалл КТР 5 направлено поляризованное излучение лазера с длиной волны 1,064 мкм, а главная осьиндикатрисы показателей преломления кристалла КТР 6 направлена параллельно плоскопараллельным рабочим граням поляризатора 6. В этой схеме электрический вектор Е линейно поляризованного излучения лазера с длиной волны 1,064 мкм находится в плоскости падения излучения (расположенной на фигуре в плоскости чертежа) на плоскопараллельные рабочие грани поляризатора 6 и, соответственно, перпендикулярен главной оси(расположенной на фигуре перпендикулярно плоскости чертежа) индикатрисы показателей преломления кристалла КТР 5. 3 63042010.06.30 Электрооптический затвор 7 предназначен для модуляции добротности лазера. Оптическое устройство 8 для изменения направления оси лазерного резонатора, установленное между активным элементом 3 и внутренним зеркалом 4, выполнено в виде призмы БР-180, изменяющей направление оси лазерного резонатора на 180. Единая опора 9, на которой закреплены зеркала 1, 2, 4 и нелинейный кристалл 5, изготовлена из ситалла. ЛОПГ работает следующим образом. В резонаторе лазера с активным элементом 3 из ИАГ, образованном глухим (для излучения в области длин волн 1,064 мкм) зеркалом 1 и выходным зеркалом 2 (которое является одновременно и выходным для излучения ОПГ с 1,58 мкм), генерируется при использовании затвора 7 импульс поляризованного излучения с длиной волны 1,064 мкм и длительностью около 10 нс с расположением электрического вектора Е в плоскости падения излучения на плоскопараллельные рабочие грани поляризатора 6. Это излучение проходит вдоль оптической оси резонатора ЛОПГ через внутреннее зеркало 4 на нелинейный двухосный кристалл КТР 5. В нелинейном кристалле КТР 5, находящемся во вторичном внутреннем резонаторе между выходным и внутренним зеркалами 2 и 4 соответственно, импульсное поляризованное излучение с длиной волны 1,064 мкм параметрически преобразовывается в излучение сигнальной волны с длиной волны в области 1,58 мкм и излучение холостой волны с длиной волны в области 3,3 мкм. Излучение сигнальной волны усиливается в резонаторе, составленном из выходного для излучения ЛОПГ и внутреннего зеркал 2 и 4 соответственно с расположенным между ними кристаллом КТР 5, и выходит наружу через выходное для излучения ЛОПГ зеркало 2. Наличие резонатора ОПГ внутри резонатора лазера накачки позволяет получить высокие плотности мощности накачки в области ОПГ, за счет чего повышается эффективность преобразования в излучение сигнальной волны. Кроме того, многократное отражение излучения сигнальной волны с длиной волны в области 1,58 мкм в резонаторе, составленном из выходного для излучения ОПГ и внутреннего зеркал 2 и 4 соответственно, также позволяет увеличить эффективность преобразования излучения с длиной волны 1,064 мкм в излучение с длиной волны в области 1,58 мкм. При механических воздействиях и изменениях температуры может меняться взаимное расположение призмы БР-180 8, глухого и выходного зеркал 1 и 2 и внутреннего зеркала 4 и нелинейного кристалла 5. Однако так как упомянутые зеркала и нелинейный кристалл 5 закреплены на единой опоре 9, изменение углового положения их одинаково, в связи с чем отсутствует разъюстировка резонатора лазера накачки. При электрической энергии импульса накачки ЛОПГ, равной 7 Дж, энергия импульса излучения с длиной волны в области 1,58 мкм составляет до 25 мДж. Таким образом обеспечивается увеличение надежности ЛОПГ за счет повышения стойкости резонатора излучателя ЛОПГ к механическим воздействиям и изменениям температуры. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4