Твердотельный лазер с четырёхзеркальным отражателем

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Жуковский Виктор Владимирович Кугейко Михаил Михайлович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Твердотельный лазер, содержащий активный элемент, выполненный в виде плоскопараллельной пластины с плоскими боковыми и торцевыми гранями, и резонатор, включающий две противолежащие боковые грани этой пластины, наклоненные под угломдруг к другу и имеющие высокоотражающие для лазерного излучения покрытия, а также грань с отражающим излучение покрытием, расположенную под угломк противоположной грани с высокоотражающим покрытием, отличающийся тем, что на поверхность последней грани активного элемента нанесено высокоотражающее для лазерного излучения покрытие, часть поверхности одной из граней с высокоотражающим покрытием, наклоненных под угломдруг к другу, выполнена прозрачной для этого излучения, а выходное зеркало, частично пропускающее лазерное излучение, является выносным, расположено со стороны прозрачной части поверхности грани и установлено так, что отраженный от него луч падает на наклоненную под угломгрань с высокоотражающим покрытием под углом, близким к прямому, при этом поперечное сечениепучка лазерного излучения в плоскости его распространения в активном элементе и на выходе из резонатора определяется выражением 83252012.06.30 где- высота твердотельного активного элемента- угол между его гранями с высокоотражающими покрытиями- угол между полностью отражающей излучение гранью активного элемента и противоположной гранью с высокоотражающим покрытием.(56) 1.. -. -. 1992. 144, 425. 2. Патент 6244 МПК 01 3/00, опубл. 30.06.2004 // Афцыйны бюлетэнь. 2004. -2. - . 236. Полезная модель относится к области квантовой электроники и лазерной физики и может найти применение при решении ряда задач в научных исследованиях, медицине,технике и экологии. Известен твердотельный лазер, содержащий резонатор, образованный двумя зеркалами, одно из которых полностью отражает, а второе частично пропускает лазерное излучение, и рабочее вещество (активный элемент) в виде твердотельного стержня, помещенного на оптической оси резонатора 1, стр. 144. Недостатками данного лазера являются различие в разных точках поперечного сечения пучка временных и энергетических характеристик выходящего излучения, обусловленное технологическими и термическими неоднородностями в активном элементе лазера, а также, особенно в случаях сравнительно небольших величин коэффициентов усиления активной среды, проблематичность уменьшения габаритов лазера, поскольку длина пути лучав активном элементе совпадает с его длиной . Известен также твердотельный лазер с планарной конфигурацией активного элемента 1, стр. 425, позволяющей повысить однородность при возбуждении активного вещества и улучшить условия охлаждения активного элемента. Это, а также использование зигзагообразного хода излучения, распространяющегося практически ортогонально направлению накачки, позволяет усреднить влияние термооптических эффектов в активной среде и несколько увеличить отношение длин / по сравнению с лазером 1, стр. 144. Недостатком данного устройства является небольшое превышение длиныпути одного прохода лазерного излучения по твердотельному активному элементу над его длиной ,ограничиваемое углом полного внутреннего отражения от его боковых граней, в силу чего устройство недостаточно компактно. Действительно, отношение /(здесь- показатель преломления материала активного элемента). Наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели является твердотельный лазер, содержащий активный элемент, выполненный в виде плоскопараллельной пластины с плоскими боковыми и торцевыми гранями, и трехзеркальный резонатор, образованный двумя противолежащими боковыми гранями этой пластины,наклоненными под угломдруг к другу и имеющими высокоотражающие для лазерного излучения покрытия, а также гранью с частично отражающим излучение покрытием, расположенной под угломк одной из граней с высокоотражающим покрытием 2. Недостатком такого лазера является отсутствие возможности коррекции юстировки отражателей резонатора, выполненных на гранях активного элемента. Необходимость такой коррекции обусловлена оптическими неоднородностями активного элемента и допусками геометрических параметров при его изготовлении. Задачей предлагаемой полезной модели является создание компактного твердотельного лазера, обеспечивающего выполнение оптимальной юстировки отражателей резонатора. Поставленная задача решается тем, что создан твердотельный лазер, содержащий активный элемент, выполненный в виде плоскопараллельной пластины с плоскими боковыми и торцевыми гранями, и резонатор, включающий две противолежащие боковые грани этой пластины, наклоненные под угломдруг к другу и имеющие высокоотражающие 2 83252012.06.30 для лазерного излучения покрытия, а также грань с отражающим излучение покрытием,расположенную под угломк противоположной грани с высокоотражающим покрытием. Новым, по мнению автора, является то, что на поверхность последней грани активного элемента нанесено высокоотражающее для лазерного излучения покрытие, часть поверхности одной из граней с высокоотражающим покрытием, наклоненных под угломдруг к другу, выполнена прозрачной для этого излучения, а выходное зеркало, частично пропускающее лазерное излучение, является выносным, расположено со стороны прозрачной части поверхности грани и установлено так, что отраженный от него луч падает на наклоненную под угломгрань с высокоотражающим покрытием под углом, близким к прямому, при этом поперечное сечениепучка лазерного излучения в плоскости его распространения в активном элементе и на выходе из резонатора определяется выражением 2,где- высота твердотельного активного элемента- угол между его гранями с высокоотражающими покрытиями- угол между полностью отражающей излучение гранью активного элемента и противоположной гранью с высокоотражающим покрытием. Сущность полезной модели поясняется чертежами. На поверхностях 143 (фиг. 1 и 2), 114 и 6789 (фиг. 1), а также 1254 и 619 (фиг. 2) граней активного элемента 1 лазера нанесены высокоотражающие покрытия на длине волны лазерного излучения. Поверхности 251 (фиг. 1) и 781 (фиг. 2) граней прозрачны для лазерного излучения. Резонатор образован высокоотражающими покрытиями на трех гранях активного элемента 1 и выносным зеркалом 2, имеющим покрытие с заданным коэффициентом пропускания генерируемого излучения. Направление распространения лазерного излучения обусловлено четностью и величиной числаотраженийот высокоотражающих покрытий на гранях активного элемента (3 на фиг. 1 и 2 на фиг. 2). Оптическая накачка активного элемента (например, с помощью лазерных диодов) осуществляется через грань 5278 или прозрачные боковые грани 276 и 3589. Устройство работает следующим образом. Излучение накачки поглощается примесными ионами (активаторами), введенными в основную матрицу активного элемента, что обеспечивает достижение инверсной заселенности их энергетических уровней, при вынужденных переходах между которыми возникает генерация когерентного электромагнитного излучения. Начиная от грани 143 световой луч распространяется в активном элементе, попеременно отражаясь от высокоотражающих покрытий на его гранях (с уменьшением угла падения после каждой пары отражений на 2) и усиливаясь при вынужденных энергетических переходах активаторов. Послеотражений от зеркальных покрытий 114 и 6789 (фиг. 1), а также 1254 и 19 (фиг. 2), угол падения этого излучения на прозрачные грани 251 (фиг. 1) и 781 (фиг. 2) становится равным нулю и через зеркало 2 происходит его выход из резонатора. Варьируя углыи , можно изменять число отраженийи получать полную длинупути одного прохода излучения в активном элементе усилителя, намного превышающую его рабочую длину . В предложенной конструкции обеспечивается достаточно полное использование энергии, накопленной в активном элементе лазера, компактность лазерного устройства, а также возможность использования твердотельных активных веществ с малыми коэффициентами усиления и интенсивностью насыщения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4