RU2360341C2 - Quasi three-level solid laser and method of operation - Google Patents
Quasi three-level solid laser and method of operation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2360341C2 RU2360341C2 RU2007132957/28A RU2007132957A RU2360341C2 RU 2360341 C2 RU2360341 C2 RU 2360341C2 RU 2007132957/28 A RU2007132957/28 A RU 2007132957/28A RU 2007132957 A RU2007132957 A RU 2007132957A RU 2360341 C2 RU2360341 C2 RU 2360341C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- radiation
- laser diode
- active element
- diode
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области твердотельных лазеров, в частности к лазерам с лазерной диодной накачкой, и промышленно применимо в медицине и косметологии.The invention relates to the field of solid-state lasers, in particular to laser diode-pumped lasers, and is industrially applicable in medicine and cosmetology.
Известен твердотельный лазер, в котором активный элемент выполнен с возможностью обеспечения четного числа проходов излучения через него [Заварцев Ю.В., Загуменный А.И., Зероук Ф., Кутовой С.А., Михайлов В.А., Подрешетников В.В., Сироткин А.А., Щербаков И.А. "Квазитрехуровневый Nd:GdVO4 - лазер на λ=456 нм с диодной накачкой". Квантовая электроника, 33 (7), 651 (2003)]. В этом лазере излучение накачки поглощается по мере прохождения от входной до выходной поверхностей активного элемента согласно закону Ламберта - Бугера - Бера. Интенсивность этого излучения продолжает убывать и после отражения от выходной поверхности активного элемента, однако при двойном проходе суммарная интенсивность излучения накачки, локализованного внутри активного элемента, существенно выше, чем при однократном проходе. При однократном проходе длину активного элемента обычно выбирают такой, чтобы поглощение излучения накачки в активном элементе составляло 80-95%. При двойном проходе излучения накачки длина активного элемента может быть уменьшена более чем в два раза при том же значении поглощения накачки. Благодаря этому при двухпроходовой накачке внутрирезонаторные потери на поглощение для квазитрехуровневого лазера сокращаются пропорционально длине активного элемента (т.е. примерно в два раза). Такое снижение внутрирезонаторных потерь приводит к существенному увеличению КПД лазера и средней мощности выходного излучения.A solid-state laser is known in which the active element is configured to provide an even number of radiation passes through it [Zavartsev Yu.V., Zagumenny AI, Zerouk F., Kutovoi SA, Mikhailov VA, Podreshetnikov V. V., Sirotkin A.A., Scherbakov I.A. "Quasi-three-level Nd: GdVO4 - laser at λ = 456 nm with diode pumping." Quantum Electronics, 33 (7), 651 (2003)]. In this laser, the pump radiation is absorbed as it passes from the input to output surfaces of the active element according to the Lambert – Bouguer – Beer law. The intensity of this radiation continues to decrease after reflection from the output surface of the active element, however, with a double pass, the total intensity of the pump radiation localized inside the active element is significantly higher than with a single pass. With a single pass, the length of the active element is usually chosen such that the absorption of the pump radiation in the active element is 80-95%. With a double pass of the pump radiation, the length of the active element can be reduced by more than two times at the same value of the pump absorption. Due to this, with two-pass pumping, the intracavity absorption losses for a quasi-three-level laser are reduced in proportion to the length of the active element (i.e., approximately twice). Such a decrease in intracavity losses leads to a significant increase in the laser efficiency and average output radiation power.
Кроме того, средняя плотность мощности накачки в активном элементе с двойным проходом излучения оказывается в среднем больше, чем при однопроходовой накачке. Благодаря этому имеет место эффект насыщения поглощения, приводящий к снижению коэффициента резонансного поглощения генерируемого внутрирезонаторного излучения. Заселенность основного состояния уменьшается и, соответственно, уменьшается поглощение внутрирезонаторного генерируемого излучения из основного состояния. Этот эффект при прочих равных условиях также ведет к увеличению КПД лазера.In addition, the average density of the pump power in an active element with a double pass of radiation is on average greater than with a single pass pump. Due to this, an absorption saturation effect takes place, leading to a decrease in the resonance absorption coefficient of the generated intracavity radiation. The population of the ground state decreases and, accordingly, the absorption of the intracavity radiation generated from the ground state decreases. Other things being equal, this effect also leads to an increase in the laser efficiency.
Известен активный элемент, выполненный из кристалла однокатионного или смешанного ванадата, легированного ионами Nd3+ или Tm3+ [A.I.Zagumennyi, V.A.Mikhailov, V.I.Vlasov, A.A.Sirotkin, V.V.Podreshetnikov, Yu.L.Kalachev, Yu.D.Zavartsev, S.A.Kutovoi and I.A.Shcherbakov. "DiodePumped Lasers Based on GdVO4 Crystal". Laser Physics, Vol.13, No.3, pp.1-8].An active element is known made of a single-cation or mixed vanadate crystal doped with Nd 3+ or Tm 3+ ions [AIZagumennyi, VAMikhailov, VIVlasov, AASirotkin, VVPodreshetnikov, Yu.L. Kalachev, Yu.D. Zavartsev, SAKutovoi and IAShcherbakov. "DiodePumped Lasers Based on GdVO4 Crystal." Laser Physics, Vol.13, No.3, pp.1-8].
Известен блок управления, выполненный с возможностью варьирования тока через лазерный диод [Блок питания LDD-10 фирмы АТС-SEMICONDUCTOR DEVICES, Санкт-Петербург, www.atcsd.ru].A known control unit configured to vary the current through a laser diode [LDD-10 power supply company ATC-SEMICONDUCTOR DEVICES, St. Petersburg, www.atcsd.ru].
Известен блок управления, выполненный с возможностью варьирования температуры лазерного диода [Блок питания LDD-10 фирмы АТС-SEMICONDUCTOR DEVICES, Санкт-Петербург, www.atcsd.ru].A known control unit configured to vary the temperature of the laser diode [Power supply LDD-10 company ATS-SEMICONDUCTOR DEVICES, St. Petersburg, www.atcsd.ru].
Известен блок управления лазерным диодом, выполненный на основе микроконтроллерного устройства [Блок питания LDD-10 фирмы АТС-SEMICONDUCTOR DEVICES, Санкт-Петербург, www.atcsd.ru].A known laser diode control unit based on a microcontroller device [LDD-10 power supply company ATS-SEMICONDUCTOR DEVICES, St. Petersburg, www.atcsd.ru].
Известен спектральный селектор, выполненный с возможностью изменения длины волны излучения [Walter Koechner "Solid-State Laser Engineering", Springer Series in Optical Sciencess, Fourth Edition, 1996, p.235].Known spectral selector made with the possibility of changing the wavelength of the radiation [Walter Koechner "Solid-State Laser Engineering", Springer Series in Optical Sciencess, Fourth Edition, 1996, p.235].
Известен удвоитель частоты, выполненный из нелинейно-оптического кристалла из группы KTiOPO4, KNbO3, LiNbO3, LiJO3, β-BaB2O4, LiB3O5.Known frequency doubler made of a nonlinear optical crystal from the group of KTiOPO 4 , KNbO 3 , LiNbO 3 , LiJO 3 , β-BaB 2 O 4 , LiB 3 O 5 .
Известен способ и устройство для управления током через лазерный диод таким образом, чтобы длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера, накачиваемого данным лазерным диодом [Блок питания LDD-10 фирмы АТС-SEMICONDUCTOR DEVICES, Санкт-Петербург. www.atcsd.ru].A known method and device for controlling the current through a laser diode so that the wavelength of the laser diode coincides with the center of the absorption line of the active element of the laser pumped by this laser diode [LDD-10 power supply company ATS-SEMICONDUCTOR DEVICES, St. Petersburg. www.atcsd.ru].
Известен твердотельный лазер, содержащий источник продольной оптической накачки, выполненный в виде лазерного диода, активный элемент, устройство фокусировки излучения накачки в активный элемент и резонатор лазера [патент US 5751751]. Активный элемент лазера выполнен из кристалла, легированного редкоземельным элементом. Лазер содержит нелинейный удвоитель частоты излучения.A known solid-state laser containing a longitudinal optical pump source made in the form of a laser diode, an active element, a device for focusing the pump radiation into the active element and a laser cavity [US patent 5751751]. The active element of the laser is made of a crystal doped with a rare-earth element. The laser contains a nonlinear radiation frequency doubler.
Недостатком данного аналога является недостаточная надежность, относительно малый ресурс работы и относительно невысокая средняя мощность излучения, что связано с попаданием отраженного излучения накачки в лазерный диод и несовпадением длины волны излучения накачки с центром линии поглощения активного элемента лазера.The disadvantage of this analogue is the lack of reliability, relatively small service life and relatively low average radiation power, which is associated with the reflected pump radiation entering the laser diode and the mismatch of the pump radiation wavelength with the center of the absorption line of the active laser element.
Наиболее близким к заявляемому является известный квазитрехуровневый твердотельный лазер, содержащий источник излучения продольной накачки, выполненный в виде лазерного диода, активный элемент, устройство фокусировки излучения лазерного диода в активный элемент и резонатор лазера, причем активный элемент выполнен с возможностью обеспечения четного числа проходов излучения накачки через него [V.A.Sychugov, V.A.Mikhailov, V.A.Kondratyuk, N.М.Lyndin, Yu.Fram, A.I.Zagumennyi, Yu.D.Zavartsev, P.A.Studenikin. Short-wavelength (λ=914 nm) microlaser operatig on an Nd3+: YVO4 crystal. Quantum Electronics, 2000, v. 30, №1, p.13-14].Closest to the claimed one is a known quasi-three-level solid-state laser containing a longitudinal pump radiation source made in the form of a laser diode, an active element, a device for focusing the laser diode radiation into the active element and the laser resonator, the active element being configured to provide an even number of passes of the pump radiation through him [VASychugov, VAMikhailov, VAKondratyuk, N. M. Lyndin, Yu. Fram, AIZagumennyi, Yu.D. Zavartsev, PAStudenikin. Short-wavelength (λ = 914 nm) microlaser operatig on an Nd 3+ : YVO 4 crystal. Quantum Electronics, 2000, v. 30, No. 1, p.13-14].
Недостатком этого ближайшего аналога является недостаточная надежность, относительно малый ресурс работы и относительно невысокая средняя мощность излучения, что связано с попаданием отраженного излучения накачки в лазерный диод и несовпадением длины волны излучения накачки с центром линии поглощения активного элемента лазераThe disadvantage of this closest analogue is the lack of reliability, relatively small service life and relatively low average radiation power, which is associated with the reflected pump radiation entering the laser diode and the mismatch of the pump radiation wavelength with the center of the absorption line of the active laser element
Известен способ работы твердотельного лазера с продольной диодной накачкой, при осуществлении которого через лазерный диод пропускают ток, излучение лазерного диода фокусируют внутри активного элемента, расположенного между входным и выходным зеркалами, и затем отражают от выходной поверхности активного элемента, излучение, испускаемое активным элементом, пропускают через входную и выходную поверхности активного элемента, причем излучение, падающее на выходное зеркало резонатора, частично пропускают через него.A known method of operation of a longitudinal-diode-pumped solid-state laser, in which a current is passed through a laser diode, the laser diode radiation is focused inside the active element located between the input and output mirrors, and then it is reflected from the output surface of the active element, the radiation emitted by the active element is passed through the input and output surfaces of the active element, and the radiation incident on the output mirror of the resonator is partially passed through it.
[Патент US 5751751.][Patent US 5751751.]
Недостатком данного аналога является недостаточная надежность, относительно малый ресурс работы и относительно невысокая средняя мощность излучения, что связано с попаданием отраженного излучения накачки в лазерный диод и несовпадением длины волны излучения накачки с центром линии поглощения активного элемента лазера.The disadvantage of this analogue is the lack of reliability, relatively small service life and relatively low average radiation power, which is associated with the reflected pump radiation entering the laser diode and the mismatch of the pump radiation wavelength with the center of the absorption line of the active laser element.
Наиболее близким к заявляемому является известный способ работы квазитрехуровневого твердотельного лазера с продольной диодной накачкой, при осуществлении которого через лазерный диод пропускают ток, излучение лазерного диода фокусируют внутри активного элемента, расположенного между входным и выходным зеркалами, и отражают от выходной поверхности активного элемента, а излучение, испускаемое активным элементом, пропускают через входную и выходную поверхности активного элемента, причем излучение, падающее на выходное зеркало резонатора, частично пропускают через него.Closest to the claimed is a known method of operation of a quasi-three-level solid-state laser with longitudinal diode pumping, during which a current is passed through a laser diode, the laser diode radiation is focused inside the active element located between the input and output mirrors, and reflect from the output surface of the active element, and the radiation emitted by the active element is passed through the input and output surfaces of the active element, the radiation incident on the output mirror torus partially passed therethrough.
Недостатком этого ближайшего аналога является недостаточная надежность, относительно малый ресурс работы и относительно невысокая средняя мощность излучения, что связано с попаданием отраженного излучения накачки в лазерный диод и несовпадением длины волны излучения накачки с центром линии поглощения активного элемента лазера.The disadvantage of this closest analogue is the lack of reliability, relatively short service life and relatively low average radiation power, which is associated with the reflected pump radiation entering the laser diode and the mismatch of the pump radiation wavelength with the center of the absorption line of the active laser element.
С помощью заявляемого изобретения решается техническая задача повышения надежности лазера, увеличения ресурса его работы и повышение средней мощности излучения.Using the claimed invention, the technical problem is solved to increase the reliability of the laser, increase its service life and increase the average radiation power.
Поставленная цель достигается тем, что известный квазитрехуровневый твердотельный лазер, содержащий лазерный диод для продольной накачки, активный элемент, устройство фокусировки излучения лазерного диода в активный элемент и резонатор лазера, причем активный элемент выполнен с возможностью обеспечения четного числа проходов излучения лазерного диода накачки через него, дополнительно содержит датчик температуры лазерного диода, блок термостабилизации, блок управления током и температурой лазерного диода, электрически связанный с лазерным диодом, блоком термостабилизации и датчиком температуры лазерного диода, причем блок управления током и температурой лазерного диода выполнен с возможностью одновременного варьирования тока и температуры лазерного диода.This goal is achieved by the fact that the known quasi-three-level solid-state laser containing a laser diode for longitudinal pumping, an active element, a device for focusing the radiation of a laser diode into an active element and a laser cavity, the active element being configured to provide an even number of passes of the radiation of the laser pump diode through it, further comprises a laser diode temperature sensor, a thermal stabilization unit, a laser diode current and temperature control unit, electrically connected to azernym diode, and the sensor unit of thermal stabilization of the laser diode temperature and current control unit and the temperature of the laser diode is configured to simultaneously varying the diode laser current and temperature.
В частности, блок управления током и температурой лазерного диода может быть выполнен на основе микроконтроллерного устройства.In particular, the current and temperature control unit of the laser diode can be made on the basis of a microcontroller device.
В частности, угол между осью распространения излучения лазерного диода и оптической осью резонатора лазера может находиться в пределах от 1 до 10°.In particular, the angle between the propagation axis of the radiation of the laser diode and the optical axis of the laser cavity can be in the range from 1 to 10 °.
В частности, лазер может дополнительно содержать устройство оптической развязки, установленное между лазерным диодом и активным элементом, причем устройство оптической развязки может быть выполнено с возможностью ослабления излучения накачки, отраженного от оптических элементов резонатора лазера. При этом устройство оптической развязки может быть выполнено в виде 45-градусной ячейки Фарадея на длину волны излучения лазерного диода или содержать поляризатор и четвертьволновую пластинку, последовательно установленные на оси распространения излучения лазерного диода. Альтернативным вариантом является то, что устройство оптической развязки может быть выполнено в виде прозрачной оптически неоднородной пластины, обеспечивающей нерегулярные по сечению пучка отклонения прошедшего через нее излучения на угол не более 5°. Если этот угол превышает 5°, то увеличиваются размеры области фокусировки излучения накачки в активном элементе, что ведет к недопустимому снижению коэффициента полезного действия лазера.In particular, the laser may further comprise an optical isolation device mounted between the laser diode and the active element, the optical isolation device can be configured to attenuate pump radiation reflected from the optical elements of the laser resonator. In this case, the optical isolation device can be made in the form of a 45-degree Faraday cell for the radiation wavelength of the laser diode or contain a polarizer and a quarter-wave plate, sequentially mounted on the propagation axis of the radiation of the laser diode. An alternative is that the optical isolation device can be made in the form of a transparent optically inhomogeneous plate, providing irregular deviations of the radiation transmitted through it at an angle of not more than 5 ° over the beam cross section. If this angle exceeds 5 °, then the size of the focus area of the pump radiation in the active element increases, which leads to an unacceptable decrease in the efficiency of the laser.
В частности, устройство фокусировки может содержать две линзы. При этом между линзами может быть расположен отрезок оптического волокна длиною L, удовлетворяющей соотношению L>20 D, где D - диаметр оптического волокна, причем оба конца волокна расположены в фокусах линз. При меньшей длине отрезка оптического волокна изображение эмиттера диода накачки частично передается через волокно и тем самым приводит к недопустимо большому пропусканию отраженного обратно на эмиттер излучения накачки.In particular, the focusing device may comprise two lenses. In this case, a segment of optical fiber with a length L satisfying the ratio L> 20 D, where D is the diameter of the optical fiber, both ends of the fiber located in the foci of the lenses, can be located between the lenses. With a shorter length of the optical fiber, the image of the emitter of the pump diode is partially transmitted through the fiber and thereby leads to an unacceptably large transmission of the pump radiation reflected back to the emitter.
Кроме того, линзы могут быть выполнены с оптической сферической аберрацией в пределах от 0.1 до 0.2 оптической силы устройства фокусировки излучения лазерного диода в активный элемент. Если оптическая аберрация меньше 0.1 оптической силы устройства фокусировки, то вызываемая этой линзой величина дефокусировки излучения накачки, отраженного назад, и его ослабление на эмиттере диода оказывается недопустимо малым и не дает существенного эффекта оптической развязки. Если она превышает 0.2 оптической силы устройства фокусировки, то увеличиваются размеры области фокусировки излучения накачки в активном элементе, что ведет к недопустимому снижению коэффициента полезного действия лазера.In addition, the lenses can be made with optical spherical aberration in the range from 0.1 to 0.2 of the optical power of the device for focusing the radiation of a laser diode into an active element. If the optical aberration is less than 0.1 of the optical power of the focusing device, then the magnitude of the defocusing of the pump radiation reflected backwards caused by this lens and its attenuation on the diode emitter is unacceptably small and does not give a significant optical isolation effect. If it exceeds 0.2 of the optical power of the focusing device, then the size of the focus area of the pump radiation in the active element increases, which leads to an unacceptable decrease in the efficiency of the laser.
В частности, активный элемент может быть установлен с возможностью перемещения поперек оптической оси резонатора.In particular, the active element can be mounted to move across the optical axis of the resonator.
В частности, активный элемент может содержать, по меньшей мере, один кристалл однокатионного или смешанного ванадата, легированного ионами Nd3+ или Tm3+. При этом кристалл ванадата может описываться одной из химических формул A1-xNdxVO4, где А - по меньшей мере, один из элементов группы Y, Gd, Lu, 0.005≤х≤0.04, или A1-x+yNdxV1-yO4-z, где А - по меньшей мере, один из элементов группы Sc, Y, La, Gd, Lu, 0.005≤х≤0.04; 0.005≤у≤0.03; 0.001≤z≤0.1, или [A1-bB1.5b]1+y-xNdxV1-yO4-z, где А - по меньшей мере, один из элементов группы Sc, Y, La, Gd, Lu, В - по меньшей мере, один из элементов группы Mg, Ca, Zn, Sr, 1,5×10-5≤b≤0,2; 0.005≤х≤0.04; 0.005≤у≤0.03; 0.001≤z≤0.25, или A1-xTmxVO4, где А - по меньшей мере, один из элементов группы Y, Gd, Lu, 0.005≤х≤0.12, или In particular, the active element may contain at least one crystal of a single cationic or mixed vanadate doped with Nd 3+ or Tm 3+ ions. In this case, the vanadate crystal can be described by one of the chemical formulas A 1-x Nd x VO 4 , where A is at least one of the elements of the group Y, Gd, Lu, 0.005≤x≤0.04, or A 1-x + y Nd x V 1-y O 4-z , where A is at least one of the elements of the group Sc, Y, La, Gd, Lu, 0.005≤x≤0.04; 0.005≤y≤0.03; 0.001≤z≤0.1, or [A 1-b B 1.5b ] 1 + yx Nd x V 1-y O 4-z , where A is at least one of the elements of the group Sc, Y, La, Gd, Lu , In - at least one of the elements of the group Mg, Ca, Zn, Sr, 1.5 × 10 -5 ≤b≤0,2; 0.005≤x≤0.04; 0.005≤y≤0.03; 0.001≤z≤0.25, or A 1-x Tm x VO 4 , where A is at least one of the elements of the group Y, Gd, Lu, 0.005≤x≤0.12, or
A1-x+yTmxV1-yO4-z, где А - по меньшей мере, один из элементов группы Sc, Y, La, Gd, Lu, 0.005≤х≤0.12; 0.005≤у≤0.03; 0.001≤z≤0.1, или [A1-b,B1.5b]1+y-xTmxV1-yO4-z, где А - по меньшей мере, один из элементов группы Sc, Y, La, Gd, Lu, В - по меньшей мере, один из элементов группы Mg, Ca, Zn, Sr, 1,5×10-5≤b≤0,2; 0.005≤х≤0.12; 0.005≤у≤0.03; 0.001≤z≤0.25.A 1-x + y Tm x V 1-y O 4-z , where A is at least one of the elements of the group Sc, Y, La, Gd, Lu, 0.005≤x≤0.12; 0.005≤y≤0.03; 0.001≤z≤0.1, or [A 1-b , B 1.5b ] 1 + yx Tm x V 1-y O 4-z , where A is at least one of the elements of the group Sc, Y, La, Gd, Lu, B - at least one of the elements of the group Mg, Ca, Zn, Sr, 1.5 × 10 -5 ≤b≤0,2; 0.005≤x≤0.12; 0.005≤y≤0.03; 0.001≤z≤0.25.
В частности, активный элемент может содержать кристалл редкоземельного силиката, легированного ионами Tm3+ и описываемого химической формулой А2+2у-xTmxSi1-yO5+y, где А - по меньшей мере, один из элементов группы Sc, Y, Gd, Lu; 0.005≤х≤0.15; 0≤у≤0.09.In particular, the active element may contain a rare-earth silicate crystal doped with Tm 3+ ions and described by the chemical formula A 2 + 2y-x Tm x Si 1-y O 5 + y , where A is at least one of the elements of the Sc group, Y, Gd, Lu; 0.005≤x≤0.15; 0≤y≤0.09.
В частности, лазер дополнительно может содержать брюстеровскую пластину, установленную в резонаторе лазера.In particular, the laser may further comprise a Brewster plate mounted in the laser cavity.
В частности, лазер дополнительно может содержать нелинейно-оптический преобразователь частоты, установленный в резонаторе лазера. При этом нелинейно-оптический преобразователь частоты может быть выполнен в виде удвоителя частоты, например, из нелинейно-оптического кристалла из группыIn particular, the laser may further comprise a nonlinear optical frequency converter mounted in the laser cavity. In this case, the nonlinear optical frequency converter can be made in the form of a frequency doubler, for example, from a nonlinear optical crystal from the group
KTiOPO4, KNbO3, LiNbO3, LiIO3, β-ВаВ2O4, LiB3O5.KTiOPO 4 , KNbO 3 , LiNbO 3 , LiIO 3 , β-BaB 2 O 4 , LiB 3 O 5 .
В частности, лазер дополнительно может содержать отклоняющий элемент, установленный в резонаторе лазера между активным элементом и нелинейно-оптическим преобразователем частоты, и лазерный источник, выполненный в виде твердотельного лазера с диодной накачкой и содержащий дополнительный активный элемент, причем лазерный источник может быть установлен таким образом, что его излучение и излучение на выходе отклоняющего элемента распространяются вдоль одного и того же направления. Например, отклоняющий элемент может быть выполнен в виде дихроичного зеркала или поляризатора.In particular, the laser may further comprise a deflecting element mounted in the laser cavity between the active element and the nonlinear optical frequency converter, and a laser source made in the form of a diode-pumped solid-state laser and containing an additional active element, and the laser source can be installed in this way that its radiation and radiation at the output of the deflecting element propagate along the same direction. For example, the deflecting element can be made in the form of a dichroic mirror or polarizer.
В частности, лазерный источник электрически может быть связан с дополнительным блоком питания, дополнительным блоком термостабилизации, дополнительным блоком управления и дополнительным датчиком температуры лазерного диода, а также дополнительным активным элементом, дополнительным устройством фокусировки излучения дополнительного лазерного диода в дополнительный активный элемент и дополнительный резонатор лазера. Кроме того, активный элемент может быть выполнен из кристалла ванадата, дополнительный активный элемент может быть выполнен из кристалла YLiFO3, легированного ионами Nd, а нелинейно-оптический преобразователь частоты может быть выполнен из кристалла KTiOPO4. В частности, в резонаторе лазера может быть установлен спектральный селектор, выполненный с возможностью изменения длины волны излучения. При этом спектральный селектор может быть выполнен в виде интерферометра Фабри-Перо, фильтра Лио или дисперсионной призмы.In particular, the laser source can be electrically connected with an additional power supply unit, an additional thermal stabilization unit, an additional control unit and an additional temperature sensor of the laser diode, as well as an additional active element, an additional device for focusing the radiation of an additional laser diode into an additional active element and an additional laser resonator. In addition, the active element can be made of a vanadate crystal, the additional active element can be made of a YLiFO 3 crystal doped with Nd ions, and the nonlinear optical frequency converter can be made of a KTiOPO 4 crystal. In particular, a spectral selector configured to change the radiation wavelength can be installed in the laser cavity. In this case, the spectral selector can be made in the form of a Fabry-Perot interferometer, a Lio filter, or a dispersion prism.
Поставленная цель достигается также тем, что в известном способе работы квазитрехуровневого твердотельного лазера с продольной диодной накачкой, при осуществлении которого через лазерный диод пропускают ток, излучение лазерного диода фокусируют внутри активного элемента, расположенного между входным и выходным зеркалами, и затем отражают от выходной поверхности активного элемента, излучение, испускаемое активным элементом, пропускают через входную и выходную поверхности активного элемента, причем излучение, падающее на выходное зеркало резонатора, частично пропускают через него, ослабляют излучение, отраженное от элементов лазера, а во время переходных процессов, связанных с включением лазерного диода или изменения мощности его излучения, ток через лазерный диод изменяют таким образом, чтобы длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера.This goal is also achieved by the fact that in the known method of operation of a quasi-three-level solid-state laser with longitudinal diode pumping, during which a current is passed through the laser diode, the radiation of the laser diode is focused inside the active element located between the input and output mirrors, and then reflect from the output surface of the active element, the radiation emitted by the active element is passed through the input and output surfaces of the active element, and the radiation incident on the output the kalo of the resonator is partially passed through it, the radiation reflected from the laser elements is attenuated, and during transients associated with turning on the laser diode or changing the radiation power, the current through the laser diode is changed so that the wavelength of the laser diode coincides with the center absorption lines of the active element of the laser.
В частности, перед изменением тока через лазерный диод можно измерить зависимость длины волны излучения лазерного диода от пропускаемого через него тока, которую вводят в память блока управления током и температурой лазерного диода.In particular, before changing the current through the laser diode, it is possible to measure the dependence of the radiation wavelength of the laser diode on the current passed through it, which is entered into the memory of the current and temperature control unit of the laser diode.
В частности, плоскость поляризации излучения лазерного диода можно повернуть на 45° с помощью ячейки Фарадея, установленной между лазерным диодом и входным зеркалом.In particular, the plane of polarization of the laser diode radiation can be rotated by 45 ° using a Faraday cell installed between the laser diode and the input mirror.
В частности, излучение лазерного диода можно преобразовать в поляризованное по кругу с помощью поляризатора и четвертьволновой пластинки, последовательно установленных между лазерным диодом и входным зеркалом.In particular, the radiation of a laser diode can be converted into circularly polarized using a polarizer and a quarter-wave plate, sequentially installed between the laser diode and the input mirror.
В частности, излучение лазерного диода можно преобразовать в поляризованное по кругу с помощью поляризатора и четвертьволновой пластинки, последовательно установленных между лазерным диодом и входным зеркалом.In particular, the radiation of a laser diode can be converted into circularly polarized using a polarizer and a quarter-wave plate, sequentially installed between the laser diode and the input mirror.
В частности, излучение лазерного диода можно рассеивать с помощью прозрачной оптически неоднородной пластины, установленной между лазерным диодом и входным зеркалом.In particular, the radiation of a laser diode can be scattered with a transparent optically inhomogeneous plate mounted between the laser diode and the input mirror.
В частности, распределение интенсивности пучка излучения лазерного диода по площади его сечения можно изменить с помощью установленного между лазерным диодом и входным зеркалом резонатора лазера отрезка оптического волокна длиною L>20 D, где D - диаметр оптического волокна, или с помощью линзы, выполненной с оптической сферической аберрацией в пределах от 0.1 до 0.2 оптической силы устройства фокусировки излучения лазерного диода в активный элемент.In particular, the intensity distribution of the laser diode radiation beam over its cross-sectional area can be changed using an optical fiber length L> 20 D, installed between the laser diode and the input mirror of the laser cavity, where D is the diameter of the optical fiber, or using a lens made with optical spherical aberration in the range from 0.1 to 0.2 of the optical power of the device for focusing the radiation of a laser diode into an active element.
В частности, излучение, распространяющееся внутри резонатора лазера, можно пропустить через нелинейно-оптический преобразователь частоты, установленный перед выходным зеркалом. При этом с помощью нелинейно-оптического преобразователя частоты можно удвоить частоту излучения лазера или смешать лазерные излучения с разными длинами волн так, чтобы лазер испускал излучение суммарной частоты.In particular, the radiation propagating inside the laser cavity can be passed through a nonlinear optical frequency converter mounted in front of the output mirror. In this case, using a nonlinear optical frequency converter, you can double the laser radiation frequency or mix laser radiation with different wavelengths so that the laser emits the radiation of the total frequency.
Заявляемые квазитрехуровневый твердотельный лазер и способ его работы связаны единым изобретательским замыслом, поскольку представляют собой устройство и способ его использования.The inventive quasi-three-level solid-state laser and the method of its operation are connected by a single inventive concept, since they are a device and a method of its use.
Суть изобретения состоит в следующем. Изменяя с помощью блока управления током и температурой лазерного диода ток через лазерный диод таким образом, чтобы длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера, обеспечивают повышение надежности работы лазера и увеличение средней мощности его излучения на выходе. Дополнительно повышение надежности работы лазера и увеличение ресурса его работы достигается путем уменьшения интенсивности излучения накачки, отраженного обратно в лазерный диод от оптических элементов лазера за счет введения в лазер между лазерным диодом и активным элементом устройства оптической развязки, которое практически не ослабляет падающее на активный элемент излучение накачки.The essence of the invention is as follows. By varying the current through the laser diode current and temperature control unit, the current through the laser diode so that the wavelength of the laser diode coincides with the center of the absorption line of the active element of the laser, increase the reliability of the laser and increase the average output radiation power. Additionally, increasing the reliability of the laser and increasing its operating life is achieved by reducing the intensity of the pump radiation reflected back to the laser diode from the optical elements of the laser by introducing into the laser between the laser diode and the active element an optical isolation device that practically does not attenuate the radiation incident on the active element pumping.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1-3 приведены блок-схемы вариантов выполнения квазитрехуровневого твердотельного лазера, а на фиг.4 показаны эпюры временной зависимости тока через лазерный диод и температуры этого диода.The invention is illustrated by drawings, where Figs. 1-3 are block diagrams of embodiments of a quasi-three-level solid-state laser, and Fig. 4 shows plots of the time dependence of the current through the laser diode and the temperature of this diode.
Квазитрехуровневый лазер (фиг.1) содержит блок лазерного диода 1, включающий в себя лазерный диод 2 с эмиттером 3. Блок лазерного диода 1 находится в тепловом контакте с устройством термостабилизации 4, подключенным к блоку управления температурой лазерного диода 5, которые составляют блок термостабилизации, электрически связанный с блоком силового электропитания 6. Блок лазерного диода 1 подключен к блоку силового электропитания 6 с помощью блока управления лазерным диодом 7 и блока управления током и температурой лазерного диода, выполненного на основе микроконтроллерного устройства 8. Микроконтроллерное устройства 8 и блок управления системой термостабилизации 5 электрически связаны с датчиком температуры 9, находящемся в тепловом контакте с лазерным диодом 2.The quasi-three-level laser (Fig. 1) contains a
На оптической оси лазерного диода 2 (фиг.1) последовательно расположены первая линза 10 устройства фокусировки, система оптической развязки 11, вторая линза 12 устройства фокусировки и резонатор лазера, включающий в себя входное зеркало резонатора 13, первую прозрачную охлаждающую пластину 14, активный элементом 15, вторую прозрачная охлаждающую пластину 16 и выходное зеркало резонатора 17. Пластины 14 и 16 находятся в тепловом контакте с активным элементом 15.On the optical axis of the laser diode 2 (FIG. 1), a first focusing
Второй вариант выполнения квазитрехуровневого лазера (фиг.2) отличается тем, что перед выходным зеркалом резонатора 17 на оптической оси установлен нелинейно-оптический кристалл 18, служащий удвоителем частоты излучения.The second embodiment of a quasi-three-level laser (Fig. 2) is characterized in that in front of the output mirror of the
Третий вариант выполнения квазитрехуровневого лазера (фиг.3) отличается тем, что он дополнительно содержит отклоняющий элемент, выполненный в виде дихроичного зеркала 19, который установлен перед нелинейно-оптическим кристаллом 18, служащим в данном случае сумматором частот излучений. Суммируются отклоненное излучение и излучение лазерного источника, также выполненного в виде твердотельного лазера с диодной накачкой и установленного таким образом, что его излучение и излучение на выходе отклоняющего элемента распространяются вдоль одного и того же направления. Лазерный источник содержит дополнительное выходное зеркало 20, дополнительный активный элемент 21, дополнительное входное зеркало 22, дополнительные линзы 23 и 24, между которыми установлено дополнительное устройство оптической развязки 25, блок 26 дополнительного лазерного диода 27, связанный с дополнительным блоком термостабилизации 28.The third embodiment of the quasi-three-level laser (Fig. 3) is characterized in that it additionally contains a deflecting element made in the form of a
Лазер (фиг.1) работает следующим образом. Блоки 4-8 обеспечивают такие условия работы лазерного диода 2, при которых длина волны его излучения в процессе включения, выключения и изменения мощности излучения диода 2 совпадает с максимумом поглощения активного элемента 15, что обеспечивается введением блока управления током и температурой лазерного диода 8 на базе микроконтроллерного устройства, в которое вводят измеренные зависимости длины волны излучения лазерного диода 2 от пропускаемого через него тока и температуры. Излучение накачки из эмиттера 3 лазерного диода 2 последовательно проходит через первую линзу 10, устройство оптической развязки 11, вторую линзу 12, входное зеркало резонатора 13, первую прозрачную охлаждающую пластину 14 и фокусируется внутрь активного элемента 15. Поглощая излучение накачки от лазерного диода 2, активный элемент 15 испускает излучение в соответствии со схемой работы квазитрехуровневого лазера. Излучение накачки отражается от зеркала, нанесенного на выходную поверхность активного элемента 15. Это отраженное излучение накачки распространяется в обратном направлении, проходя последовательно в обратном порядке все перечисленные выше оптические элементы и фокусируется на эмиттер 3. Это излучение накачки, попавшее обратно в эмиттер 3, оказывается ослабленным вследствие поглощения в активном элементе, потерь на отражение от оптических элементов лазера, потерь, вносимых устройством оптической развязки 11, и из-за оптических аббераций оптических элементов лазера на пути прохождения излучения накачки. Типичные значения доли интенсивности накачки, вернувшейся обратно в эмиттер 3 в отсутствие устройства оптической развязки 11 может достигать 10-20% и более. В заявляемом изобретении доля отраженного назад излучения уменьшается до 1-4% и менее, т.е. более чем в 5-20 раз по сравнению с ближайшим аналогом.The laser (figure 1) works as follows. Blocks 4-8 provide such operating conditions for the
Резонатор лазера (фиг.1) образовывается входным зеркалом 13 и выходным зеркалом 17. Зеркало 13 является полностью отражающим на длине волны лазерного перехода, происходящего по квазитрехуровневой схеме генерации, и прозрачным на длине волны излучения накачки лазерным диодом 2 и на всех длинах волн других возможных лазерных переходах активного элемента 15. Зеркало 17 частично прозрачно на длине волны лазерного перехода и просветлено на всех длинах волн других возможных лазерных переходов активного элемента 15. Лазерная генерация возбуждается между зеркалами 13 и 17 при воздействии излучения накачки на активный элемент 15.The laser cavity (Fig. 1) is formed by the
Для эффективной работы лазера (фиг.1) при высоких средних мощностях излучения используются дополнительные прозрачные охлаждающие пластины 14 и 16, выполненные из теплопроводящих материалов и находящихся в тепловом контакте с поверхностью активного элемента 15. Поверхности пластин 14 и 16 для минимизации внутрирезонаторных потерь просветляются на длину волны накачки, основного и других наиболее эффективных переходов активного элемента 15.For the efficient operation of the laser (Fig. 1) at high average radiation powers, additional
В лазере (фиг.2) внутри резонатора располагается нелинейно-оптический кристалл 18 удвоителя частоты лазерного излучения, в котором излучение на основной частоте, циркулирующее внутри резонатора, преобразуется в излучение на удвоенной частоте. Выходное зеркало 17 резонатора выполнено полностью отражающим на длине волны излучения основной частоты, причем это зеркало просветляется для излучения на удвоенной частоте. В результате излучение на основной частоте оказывается запертым в резонаторе, а излучение второй гармоники излучается.In the laser (FIG. 2), a nonlinear
Если между второй прозрачной охлаждающей пластиной 16 и нелинейно-оптическим кристаллом 18 установить брюстеровскую пластину, то тем самым обеспечивается стабильная лазерная генерация линейно поляризованного выходного излучения.If a Brewster plate is installed between the second
Следует отметить, что при удалении из резонатора лазера удвоителя частоты 18 и замене выходного зеркала 17 на другое зеркало, частично прозрачное на длине основного лазерного перехода при квазитрехуровневой схеме генерации, лазер с такими изменениями будет обеспечивать эффективную генерацию на длине волны основного перехода при квазитрехуровневой схеме генерации.It should be noted that when a
Лазер (фиг.3) работает следующим образом. Накачка активного элемента 15 лазера осуществляется так же, как для лазеров, схемы которых изображены на фиг.1 и фиг.2. Генерация лазера возбуждается в резонаторе, образованном входным зеркалом 13, выходным зеркалом 17. Вследствие установки внутри резонатора отклоняющего элемента 19 излучение возбуждается в этом резонаторе с поляризацией, перпендикулярной плоскости чертежа. Резонатор лазерного источника образован дополнительным входным зеркалом 22 и дополнительным выходным зеркало 20. Дополнительный активный элемент 21 накачивается так же, как в лазере (фиг.1). При использовании не квазитрехуровневой схемы генерации лазерного источника дополнительное устройство оптической развязки 25 может быть не использовано. Выходное излучение лазерного источника имеет поляризацию, лежащую в плоскости чертежа. Это выходное излучение проходит через отклоняющий элемент 19 с минимальным ослаблением и поступает в нелинейно-оптический кристалл 18 сумматора частоты, где оба излучения складываются, и лазер (фиг.3) генерирует на суммарной частоте. Это излучение выводится через выходное зеркало 17, частично прозрачное для излучения на суммарной частоте.The laser (figure 3) works as follows. The pumping of the
Система электропитания и термостабилизации лазерного диода 2 обычно состоит из следующих электрически связанных блоков: блока силового электропитания 6, блока управления током лазерного диода 7 и блока управления температурой лазерного диода 5. Недостатком такой системы при двухпроходовой накачке активного элемента 15 является существование временных интервалов при включении или выключении лазера, когда длина волны излучения накачки оказывается вне полосы поглощения активного элемента 15. Это приводит к отражению излучения накачки обратно в эмиттер 3 лазерного диода 2 и к его быстрой деградации или разрушению.The power supply and thermal stabilization of the
Чтобы устранить этот недостаток, в заявляемом изобретении используется блок управления током и температурой лазерного диода 8, выполненный на основе микроконтроллерного устройства 8 (фиг.1-3). Микроконтроллерное устройство 8 подключается к блоку управления током лазерного диода 7, блоку управления температурой лазерного диода 5 и к датчиком температуры 9, при этом связь между блоком 5 и датчиком 9 разрывается. В микроконтроллерное устройство 8 закладывается информация о зависимости температуры эмиттера 3 от тока через лазерный диод 2 при заданной температуре корпуса лазерного диода 2. Поскольку температура эмиттера 3 определяет длину волны излучения лазерного диода 2, для поддержания длины волны излучения постоянной необходимо повышать температуру корпуса при малых токах лазерного диода 2. В микроконтроллерное устройство 8 вводится программа, которая при изменении тока лазерного диода 2 в соответствии с упомянутой выше зависимостью устанавливает требуемую температуру корпуса, при которой достигается наибольшее поглощение излучения лазерного диода 2 в активном элементе 15. Таким образом, при установлении любого тока лазерного диода 2 достигается минимальное обратное отражение излучения накачки и, тем самым, повышается надежность работы квазитрехуровневого лазера.To eliminate this drawback, the claimed invention uses a current and temperature control unit of the
Временные зависимости температуры лазерного диода 2 и тока через него приведены на фиг.4 (кривые 29 и 30 соответственно). С момента включения до момента времени t1 ток через лазерный диод возрастает от 0 до порогового значения The time dependences of the temperature of the
Iпор, при котором начинается его генерация. В этот момент параметры устройства термостабилизации 4 диода таковы, что температура корпуса лазерного диода 2 достигает значения Тпор, при которой длина волны излучения соответствует центру линии поглощения активного элемента 15. При этом поглощение излучения накачки в активном элементе 15 будет максимальным. С момента времени t1 до момента времени t2 ток через лазерный диод 2 увеличивается по наперед заданному закону, например по линейному. Температура лазерного диода 2 при этом начинает уменьшаться по такому закону, когда каждому значению тока диода 2 будет соответствовать температура диода 2, при которой диод 2 будет генерировать излучение, точно совпадающее с центром линии поглощения активной элемента 15. Такие изменения тока и температуры диода 2 будут продолжаться до момента t3, когда ток диода 2 достигнет заданного номинального значения Iо и, соответственно, температура диода - значения То, при которых достигаются требуемые выходные лазерные характеристики, например, по выходной мощности. С этого момента значения тока диода и температуры диода остаются неизменными на весь период стабильной работы лазерного диода, заканчивающегося в момент времени t4. Безопасное выключение лазерного диода 2 осуществляется в обратном порядке. Ток диода 2 уменьшается, а его температура повышается до момента t5 прекращения генерации диода. После этого температура диода 2 плавно уменьшается до комнатной температуры.I then , at which its generation begins. At this moment, the parameters of the
При работе лазеров имеют место ограничения на скорость изменения температуры внутрирезонаторных оптических элементов, поскольку при большой скорости нагрева или охлаждения таких элементов они могут разрушаться. Например, широко используемый как нелинейно-оптический кристалл для преобразования частоты KNb03 разрушается при скорости нагрева свыше 5 град/мин. Поэтому скорость нагрева или охлаждения лазерного диода 2 и скорость увеличения или уменьшения его выходной мощности необходимо поддерживать на безопасном уровне, не приводящем к разрушению нелинейно-оптического кристалла и других внутрирезонаторных оптических элементов. В связи с этим наклон кривых 29 и 30 (фиг.4) в начальные и конечные интервалы времени не должны превышать предельные возможности нагреваемых и термостабилизируемых оптических элементов резонатора лазера.During the operation of lasers, there are restrictions on the rate of change of temperature of intracavity optical elements, since at high speed of heating or cooling of such elements they can be destroyed. For example, KNb0 3 , which is widely used as a nonlinear optical crystal for frequency conversion, is destroyed when the heating rate exceeds 5 deg / min. Therefore, the heating or cooling rate of the
В лазерах (фиг.1 - фиг.3) температурой диода 2 управляет микроконтроллерное устройство 8 через блок управления 5, выполненный в виде элемента Пельтье на основании данных о токе через диод 2. Сигнал с датчика температуры 9 (терморезистора), поступающий в микроконтроллерное устройство 8, является сигналом обратной связи, необходимым для поддержания требуемой текущей температуры корпуса лазера 2. Эта температура вычисляется по формуле:In lasers (Fig. 1 - Fig. 3), the temperature of the
Tt=T0+K (I0-It),T t = T 0 + K (I 0 -I t ),
где Tt - текущая температура диода 2, Т0 - температура диода 2 при рабочем токе, K - коэффициент, определяемый экспериментально и зависящий от теплового сопротивления р-n переход - корпус и прямого падения напряжения на диоде 2, It - текущий ток диода 2, I0 - рабочий ток диода.where T t is the current temperature of
Таким образом, при токах диода 2, меньших рабочего, корпус диода 2 поддерживается при температуре, выше рабочей, обеспечивая тем самым постоянство температуры излучающего перехода.Thus, when the currents of the
Блоком управления лазерным диодом 7 устанавливают скорость увеличения или уменьшения тока диода 2. С помощью блока управления 5 (элемент Пельтье) устанавливают допустимую скорость изменения температуря диода 2. С микроконтроллерного устройства 8 на блок управления Пельтье 5 подают команды (напряжения), которые меняют температуру диода 2 так, чтобы длина волны излучения диода 2 совпадала с линией поглощения активного элемента 15. В момент достижения заданного номинального значения ток через диод 2 и ток через элемент Пельтье 5 стабилизируют с помощью соответствующей электронной схемы. При подаче на блок управления лазером 7 сигнала на выключение лазера этот блок вырабатывает сигналы управления, начинающие снижать ток I через лазерный диод 2 с допустимой скоростью до порогового значения Iпор. Соответстствующим образом изменяют температуру диода 2, поддерживающую совпадение длины волны излучения и полосы поглощения активного элемента 15.The control unit of the
В заявляемом изобретении в качестве устройства оптической развязки предлагается использовать оптическое волокно. Для этого длина оптического волокна должна быть такой, чтобы любое изображение в волокне искажалось до близкого к равномерному распределению интенсивности по площади поперечного сечения волокна. Известно, что такая длина волокна должна превышать диаметр волокна в 10-50 раз. При диаметре волокна 0,5 мм требуемая для оптической развязки длина волокна составляет всего 5-25 мм.In the claimed invention, as an optical isolation device, it is proposed to use optical fiber. For this, the length of the optical fiber should be such that any image in the fiber is distorted to a close to uniform distribution of intensity over the cross-sectional area of the fiber. It is known that such a fiber length should exceed the fiber diameter by 10-50 times. With a fiber diameter of 0.5 mm, the fiber length required for optical isolation is only 5-25 mm.
Обычно лазерный диод 2 генерирует излучения в виде полосы с толщиной около 1 мкм. Излучение лазерного диода 2 такой геометрии фокусируют в оптическое волокно, а после прохождения волокна излучение равномерно заполняет выходное сечение волокна. Отражение излучения проходит обратно через волокно и попадает в виде круга на светящуюся область эмиттера 3. Ослабление интенсивности отраженного излучения равно отношению площади сечения волокна к площади светящейся области диода 2.Typically,
Оптическая развязка обеспечивается также при фокусировке излучения накачки в точку на оптической оси, несовпадающую с обеими поверхностями активного элемента 15. При таком несовпадении отраженное от поверхности активного элемента 15 излучение будет ослаблено из-за отсутствия софокусности расположения плоскости излучения эмиттера 3 лазерного диода 2 и отражающих поверхностей активного элемента 15.Optical isolation is also ensured by focusing the pump radiation to a point on the optical axis that does not coincide with both surfaces of the
Оптическая развязка обеспечивается также при наклоне на некоторый угол оптической оси резонатора лазера по отношению к направлению оси распространения излучения накачки. В этом случае отраженное излучение возвращается под некоторым углом к падающему и фокусируется вне излучающей области лазерного диода 2 или перекрывается с нею лишь частично. Если этот угол составляет менее 2°, то обратное отражение недопустимо велико и ведет к разрушению эмиттера диода. Если угол больше 10°, то имеет место случай продольной неколлинеарной накачки, при которой недопустимо сильно уменьшается эффективность работы лазера. Оптическая развязка обеспечивается также, если между линзами 10 и 12 установить ячейку Фарадея, что позволяет ослабить отраженное излучение в 100 и более раз.Optical isolation is also ensured when the optical axis of the laser cavity is tilted to a certain angle with respect to the direction of the axis of propagation of the pump radiation. In this case, the reflected radiation returns at a certain angle to the incident one and focuses outside the emitting region of the
Оптическая развязка обеспечивается также, если на пути излучения последовательно установить поляризатор и четвертьволновую пластинку, причем поляризатор ориентируют на пропускание линейно-поляризованного излучения накачки, а четвертьволновая пластина ориентируют так, что она преобразует линейную поляризацию излучения накачки в круговую поляризацию. После отражения и прохождения четвертьволновой пластины в обратном направлении излучение приобретает линейную поляризацию, причем плоскость его поляризации, скрещенная с поляризатором, повернута на 90° по отношению к падающему излучению. В результате излучение ослабляется. Такая система может ослабить излучение в десятки раз.Optical isolation is also ensured if a polarizer and a quarter-wave plate are sequentially installed in the radiation path, and the polarizer is oriented to transmit linearly polarized pump radiation, and the quarter-wave plate is oriented so that it converts the linear polarization of the pump radiation into circular polarization. After reflection and passage of the quarter-wave plate in the opposite direction, the radiation acquires linear polarization, and its plane of polarization, crossed with the polarizer, is rotated 90 ° with respect to the incident radiation. As a result, the radiation is attenuated. Such a system can attenuate radiation tens of times.
Оптическая развязка обеспечивается также, если на пути излучения накачки перед активным элементом 15 установить прозрачную оптически неоднородную пластину с размерами неоднородностей, значительно меньше поперечного размера пучка излучения накачки. При этом оптические неоднородности обеспечивают отклонение прошедшего через нее параллельного пучка излучение на угол, по крайней мере, не превышающий числовую апертуру устройства фокусировки. Излучение накачки, прошедшее через эту пластину, благодаря оптическим неоднородностям частично отклонится на некоторый угол. Диаметр пучка накачки в активном элементе 15 практически не изменяется. Однако при обратном проходе отраженного излучения пучок еще сильнее отклонится (увеличивается его расходимость). В результате вернувшееся на диод 2 отраженное излучение будет существенно ослаблено.Optical isolation is also ensured if a transparent optically inhomogeneous plate with dimensions of inhomogeneities much smaller than the transverse size of the pump radiation beam is installed in front of the
Оптическая развязка обеспечивается также, если в устройстве фокусировки используются линзы 10 и 12, обладающие достаточно большими оптическими аберрациями. При больших аберрациях отраженное излучение фокусируется в плоскости излучающей поверхности лазерного диода 2 накачки в виде полосы с шириной, значительно большей, чем размеры излучающей области.Optical isolation is also provided if the focusing device uses
В заявляемом изобретении активный элемент 15 выполнен из кристалла однокатионного (GdVO4, YVO4, LaVO4) или смешанного (GdxY1-xVO4, Gd1-xLaxVO4, In the claimed invention, the
Y1-xLaxVO4) ванадата, легированного ионами Nd3+ или Tm3+. Эти кристаллы по сравнению с известными кристаллами (Y3Al5О12, YAlO3, LiYF4) имеют более высокие теплопроводность и сечение индуцированного перехода, что позволяет реализовать высокоэффективные лазеры с высокой средней мощностью выходного излучения.Y 1-x La x VO 4 ) vanadate doped with Nd 3+ or Tm 3+ ions. These crystals in comparison with the known crystals (Y 3 Al 5 O 12 , YAlO 3 , LiYF 4 ) have higher thermal conductivity and induced transition cross section, which makes it possible to realize highly efficient lasers with a high average output radiation power.
Кристаллы смешанных ванадатов позволяют изменять лазерные свойства активных элементов путем изменения соотношения концентраций ионов Gd, Y, La. В частности, в смешанном ванадате Nd3+:GdxY1-xVO4 изменение х от 0 до 1 позволяет перестраивать длину волны генерации от 914 до 912 нм.Mixed vanadate crystals allow you to change the laser properties of active elements by changing the concentration ratio of Gd, Y, La ions. In particular, in the mixed Nd 3+ : Gd x Y 1-x VO 4 vanadate, a change in x from 0 to 1 allows the generation wavelength to be tuned from 914 to 912 nm.
Устанавливая активный элемент 15, выполненный из кристалла смешанного ванадата, с возможностью перемещения поперек оптической оси резонатора, можно обеспечить перестройку частоты излучения, поскольку обычно Gd, Y и La в поперечном сечении активного элемента 15 распределены неравномерно. В этом случае перемещение активного элемента 15 приводит к возникновению генерации различных участков активного элемента 15 с разными концентрациями компонент и, соответственно, обеспечивает перестройку частоты излучения. Например, можно использовать активный элемент 15, который имеет градиент изменения концентраций Gd, Y и La, совпадающий с направлением перемещения активного элемента 15 в поперечном направлении по отношению к оси резонатора лазера.By installing an
Ниже приводятся примеры конкретного выполнения.The following are examples of specific implementation.
Пример 1. В качестве лазерного диода 2 использовали полупроводниковый лазер фирмы SDL с выходной мощностью до 4 Вт при длине эмиттера 3, составляющей 100 мкм. Линзы 10 и 12 фокусирующего устройства просветляли на длину волны накачки 808 нм. Линзы 10 и 12 выполнены с фокусным расстоянием 7 мм. Активный элемент 15 изготавливали из кристалла смешанного ванадата Gd0.3Y0.7VO4, активированного ионами неодима с концентрацией 1%. Активный элемент 15 длиной 2 мм вырезали в направлении оптической оси. Входную и выходную поверхности активного элемента 15 просветляли на длину волны генерируемого при квазитрехуровневой схеме генерации излучения 913 нм, длину волны накачки 808 нм и длину волны наиболее интенсивного перехода неодимовых лазеров 1,064 мкм. Прозрачные охлаждающие пластины 14 и 16 толщиной 1 мм, выполненные из кристалла YAG, имели аналогичные активному элементу просветляющие покрытия. Эти пластины приводили в соприкосновение с входной и выходной поверхностями активного элемента 15 с помощью специального механического приспособления. Излучение накачки фокусировали внутрь активного элемента 15 на расстоянии 0,6 мм от входной поверхности активного элемента 15. Резонатор лазера образовывался входным зеркалом 13 и выходным зеркалом 17. Зеркало 13 имело радиус кривизны 50 мм и следующие значения коэффициента отражения: 2% для длины волны 808 нм, 99,8% для длины волны 913 нм, 10% для длины волны 1064 нм. Зеркало 17 имело радиус кривизны 50 мм и следующие значения коэффициента отражения: 2% для длины волны 808 нм, 99,8% для длины волны 913 нм, 10% для длины волны 1064 нм, 2% для длины волны 456 нм.Example 1. As a
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 20% времени нарастания тока накачки. При этом средняя выходная мощность лазера составила 200 мВт. Эмиттер 3 лазерного диода 2 разрушился обратным излучением накачки при плотности мощности излучения лазерного диода 2, составляющей 260 Вт/мм2.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 20% of the rise time of the pump current. In this case, the average laser output power was 200 mW. The
Пример 2. В качестве лазерного диода 2 использовали полупроводниковый лазер фирмы SDL с выходной мощностью до 4 Вт при длине эмиттера 3, составляющей 100 мкм. Блок питания полупроводникового лазера был модифицирован путем подключения в соответствии с фиг.1 микроконтроллерного устройства 8. Линзы 10 и 12 фокусирующего устройства просветляли на длину волны накачки 808 нм. В качестве устройства оптической развязки 11 использовали оптическое волокно с диаметром сердцевины 100 мкм и длиной 150 см. Линзы 10 и 12 выполнены с фокусным расстоянием 7 мм.Example 2. As a
Активный элемент 15 изготавливали из кристалла смешанного ванадата Gd0.3Y0.7VO4, активированного ионами неодима с концентрацией 1%. Активный элемент 15 длиной 2 мм вырезали в направлении оптической оси. Входную и выходную поверхности активного элемента 15 просветляли на длину волны генерируемого при квазитрехуровневой схеме генерации излучения 913 нм, длину волны накачки 808 нм и длину волны наиболее интенсивного перехода неодимовых лазеров 1,064 мкм. Прозрачные охлаждающие пластины 14 и 16 толщиной 1 мм, выполненные из кристалла YAG, имели аналогичные активному элементу просветляющие покрытия. Эти пластины приводили в соприкосновение с входной и выходной поверхностями активного элемента 15 с помощью специального механического приспособления. Излучение накачки фокусировали внутрь активного элемента 15 на расстоянии 0,6 мм от входной поверхности активного элемента 15. Резонатор лазера образовывался входным зеркалом 13 и выходным зеркалом 17. Зеркало 13 имело радиус кривизны 50 мм и следующие значения коэффициента отражения: 2% для длины волны 808 нм, 99,8% для длины волны 913 нм, 10% для длины волны 1064 нм. Зеркало 17 имело радиус кривизны 50 мм и следующие значения коэффициента отражения: 2% для длины волны 808 нм, 99,8% для длины волны 913 нм, 10% для длины волны 1064 нм, 2% для длины волны 456 нм.
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 400 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 913 нм составила 460 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 400 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 913 nm was 460 mW.
Пример 3. То же, что и в примере 2, но в резонаторе лазера размещен удвоитель частоты 18, выполненный из нелинейно-оптического кристалла KNbO3 с размерами 3×3×2 мм и вырезанный в направлении синхронизма второго типа генерации второй гармоники. Поверхности этого кристалла 18 просветлялись на все перечисленные выше длины волн.Example 3. The same as in example 2, but in the laser cavity there is a
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 400 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 456 нм составила 210 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 400 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 456 nm was 210 mW.
Пример 4. То же, что и в примере 2, но устройство оптической развязки, включая линзы 10 и 12, отсутствует, а угол между осью распространения излучения лазерного диода и оптической осью резонатора лазера равен 3°.Example 4. The same as in example 2, but the optical isolation device, including
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 360 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 913 нм составила 300 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 360 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 913 nm was 300 mW.
Пример 5. То же, что и в примере 3, но угол между осью распространения излучения лазерного диода и оптической осью резонатора лазера равен 6°.Example 5. The same as in example 3, but the angle between the propagation axis of the laser diode and the optical axis of the laser cavity is 6 °.
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 360 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 913 нм составила 240 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 360 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 913 nm was 240 mW.
Пример 6. То же, что и в примере 3, но угол между осью распространения излучения лазерного диода и оптической осью резонатора лазера равен 10°.Example 6. The same as in example 3, but the angle between the propagation axis of the laser diode and the optical axis of the laser cavity is 10 °.
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 360 Вт/мм2 средняя мощность лазера составила 200 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 360 W / mm 2, the average laser power was 200 mW.
Пример 7. То же, что и в примере 2, но линзы 10 и 12 отсутствуют, а устройство оптической развязки 11 выполнено в виде 45-градусной ячейки Фарадея на длину волны 808 нм излучения лазерного диода 2.Example 7. The same as in example 2, but the
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 400 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 913 нм составила 440 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 400 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 913 nm was 440 mW.
Пример 8. То же, что и в примере 6, но устройство оптической развязки 11 выполнено виде поляризатора и четвертьволновой пластинки, последовательно установленных на оси распространения излучения лазерного диода 2.Example 8. The same as in example 6, but the
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 380 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 913 нм составила 390 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 380 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 913 nm was 390 mW.
Пример 9. То же, что и в примере 2, но устройство оптической развязки 11 выполнено из плавленого кварца в виде прозрачной оптически неоднородной пластины толщиной 2 мм, обеспечивающей нерегулярные по сечению пучка отклонения прошедшего через нее излучения на угол находится от 0,1 до 5°.Example 9. The same as in example 2, but the
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 400 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 913 нм составила 410 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 400 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 913 nm was 410 mW.
Пример 10. То же, что и в примере 2, но устройство оптической развязки 11 отсутствует, а линзы 10 и 12 выполнены с оптической сферической аберрацией 0.1 оптической силы устройства фокусировки.Example 10. The same as in example 2, but the
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 370 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 913 нм составила 360 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 370 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 913 nm was 360 mW.
Пример 11. То же, что и в примере 10, но линзы 10 и 12 выполнены с оптической сферической аберрацией 0.15 оптической силы устройства фокусировки.Example 11. The same as in example 10, but the
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 370 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 913 нм составила 320 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 370 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 913 nm was 320 mW.
Пример 12. То же, что и в примере 10, но линзы 10 и 12 выполнены с оптической сферической аберрацией 0.2 оптической силы устройства фокусировки.Example 12. The same as in example 10, but the
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 370 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 913 нм составила 340 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 370 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 913 nm was 340 mW.
Пример 13. То же, что и в примере 2, но активный элемент 15 выполнен из кристалла смешанного ванадата Gd0.3Y0,7VO4, активированного ионами тулия с концентрацией 5%.Example 13. The same as in example 2, but the
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 400 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 1924 нм составила 400 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 400 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 1924 nm was 400 mW.
Пример 14. То же, что и в примере 13, но активный элемент 15 выполнен из кристалла однокатионного ванадата GdVO4, активированного ионами тулия с концентрацией 5%.Example 14. The same as in example 13, but the
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 400 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 1924 нм составила 420 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 400 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 1924 nm was 420 mW.
Пример 15. То же, что и в примере 13, но активный элемент 15 выполнен из кристалла однокатионного ванадата YVO4, активированного ионами тулия с концентрацией 5%.Example 15. The same as in example 13, but the
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 400 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 1924 нм составила 440 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 400 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 1924 nm was 440 mW.
Пример 16. То же, что и в примере 13, но активный элемент 15 выполнен из кристалла однокатионного ванадата LaVO4, активированного ионами тулия с концентрацией 5%.Example 16. The same as in example 13, but the
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 400 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 911 нм составила 360 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 400 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 911 nm was 360 mW.
Пример 17. То же, что и в примере 13, но активный элемент 15 выполнен из кристалла смешанного ванадата Gd0.7Y0.3VO4, активированного ионами тулия с концентрацией 7%.Example 17. The same as in example 13, but the
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 400 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 912 нм составила 330 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 400 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 912 nm was 330 mW.
Пример 18. То же, что и в примере 13, но активный элемент 15 выполнен из кристалла смешанного ванадата Gd0.7Y0.3VO4, активированного ионами тулия с концентрацией 7%.Example 18. The same as in example 13, but the
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 400 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 912 нм составила 320 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 400 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 912 nm was 320 mW.
Пример 19. То же, что и в примере 3, но удвоитель частоты 18 выполнен из нелинейно-оптического кристалла KTiOPO4.Example 19. The same as in example 3, but the
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 400 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 456 нм составила 200 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 400 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 456 nm was 200 mW.
Пример 20. То же, что и в примере 19, но удвоитель частоты 18 выполнен из нелинейно-оптического кристалла LiNbO3.Example 20. The same as in example 19, but the
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 400 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 456 нм составила 180 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 400 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 456 nm was 180 mW.
Пример 21. То же, что и в примере 19, но удвоитель частоты 18 выполнен из нелинейно-оптического кристалла LiJO3.Example 21. The same as in example 19, but the
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 400 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 456 нм составила 380 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 400 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 456 nm was 380 mW.
Пример 22. То же, что и в примере 19, но удвоитель частоты 18 выполнен из нелинейно-оптического кристалла β-ВаВ2О5.Example 22. The same as in example 19, but the
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 400 Вт/мм2 средняя мощность лазера составила 380 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 400 W / mm 2, the average laser power was 380 mW.
Пример 23. То же, что и в примере 19, но удвоитель частоты 18 выполнен из нелинейно-оптического кристалла LiB3О5.Example 23. The same as in example 19, but the
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 400 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 456 нм составила 370 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 400 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 456 nm was 370 mW.
Пример 24. В варианте конкретного выполнения (фиг.3) активный элемент 20 лазерного источника выполнен на основе кристалла Nd: LiYF4 с длиной волны излучения 1,047 мкм, а активный элемент 15 выполнен из кристалла Example 24. In the specific embodiment (FIG. 3), the
Y0.985Nd0.005Sc0.01V0.98O3.95 с длиной волны излучения 0,9145 мкм.Y 0.985 Nd 0.005 Sc 0.01 V 0.98 O 3.95 with a radiation wavelength of 0.9145 μm.
В качестве лазерных диодов 2 и 27 использовали полупроводниковый лазер фирмы SDL с выходной мощностью до 5 Вт при длине эмиттеров 3 и 26, составляющей 100 мкм. Линзы 10, 12, 23 и 24, выполненные с фокусным расстоянием 7 мм, просветляли на длину волны накачки 808 нм. В качестве устройства оптической развязки 11 использовали оптическое волокно с диаметром сердцевины 100 мкм и длиной 100 см. Входную и выходную поверхности активных элемента 15 просветляли на длину волны 0,9145 мкм и длину волны накачки 808 нм. Входную и выходную поверхности активных элемента 15 просветляли на длину волны 1,047 мкм и длину волны накачки 808 нм. Зеркало 13 имело радиус кривизны 50 мм и следующие значения коэффициента отражения: 2% для длины волны 808 нм, 99,8% для длины волны 913 нм, 10% для длины волны 1064 нм. Зеркало 17 имело радиус кривизны 50 мм и следующие значения коэффициента отражения: 2% для длины волны 808 нм, 99,8% для длины волны 913 нм, 10% для длины волны 1064 нм, 2% для длины волны 456 нм. Зеркало 22 имело радиус кривизны 50 мм и следующие значения коэффициента отражения: 2% для длины волны 808 нм, 99,8% для длины волны 913 нм, 10% для длины волны 1064 нм. Зеркало 23 имело радиус кривизны 50 мм и следующие значения коэффициента отражения: 2% для длины волны 808 нм, 99,8% для длины волны 913 нм, 10% для длины волны 1064 нм, 2% для длины волны 456 нм.As
В резонаторе лазера (фиг.3) размещен нелинейно-оптический преобразователь частоты 18, выполненный из нелинейно-оптического кристалла KNbO3 с размерами 3×3×2 мм и вырезанный в направлении синхронизма для генерации второй гармоники. Поверхности этого кристалла 18 просветлялись на все перечисленные выше длины волн. Перед преобразователем 18 установлен отклоняющий элемент 19, выполненный в виде дихроичного зеркала, которое является полностью отражающим для излучения активного элемента 15 и полностью пропускающим для излучения активного элемента 21.A nonlinear
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 400 Вт/мм2 обоих активных элементов 15 и 23 средняя мощность лазера на длине волны 488 нм составила 80 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 400 W / mm 2 of both
Пример 25. То же, что и в примере 24, но отклоняющий элемент 19 выполнен в виде поляризатора.Example 25. The same as in example 24, but the deflecting
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 400 Вт/мм2 обоих активных элементов 15 и 23 средняя мощность лазера на длине волны 488 нм составила 90 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 400 W / mm 2 of both
Пример 26. То же, что и в примере 2, но в резонаторе лазера между активным элементом 15 и зеркалом 17 установлен интерферометр Фабри-Перо, который позволяет перестраивать длину волны излучения лазера.Example 26. The same as in example 2, but in the laser cavity between the
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 400 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 488 нм составила 360 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 400 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 488 nm was 360 mW.
Пример 27. То же, что и в примере 26, но в резонаторе лазера между активным элементом 15 и зеркалом 17 установлен фильтр Лио, который позволяет перестраивать длину волны излучения лазера.Example 27. The same as in example 26, but in the laser cavity between the
Опыт показал, что длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера в течение 100% времени нарастания тока накачки. При плотности мощности излучения накачки 400 Вт/мм2 средняя мощность лазера на длине волны 488 нм составила 360 мВт.Experience has shown that the wavelength of the laser diode radiation coincided with the center of the absorption line of the active element of the laser for 100% of the rise time of the pump current. At a pump radiation power density of 400 W / mm 2, the average laser power at a wavelength of 488 nm was 360 mW.
Приведенные примеры конкретного выполнения показывают, что поставленная задача повышения надежности лазера, увеличения ресурса его работы и повышения средней мощности излучения достигается при использовании заявляемого изобретения.The given examples of specific performance show that the task of increasing the reliability of the laser, increasing its operating life and increasing the average radiation power is achieved using the claimed invention.
Claims (34)
β-ВаВ2O4, LiB3O5.16. The laser according to clause 15, wherein the frequency doubler is made of nonlinear optical crystals from the group of KTiOPO 4 , KNbO 3 , LiNbO 3 , LiIO 3 ,
β-BaB 2 O 4 , LiB 3 O 5 .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007132957/28A RU2360341C2 (en) | 2007-09-03 | 2007-09-03 | Quasi three-level solid laser and method of operation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007132957/28A RU2360341C2 (en) | 2007-09-03 | 2007-09-03 | Quasi three-level solid laser and method of operation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007132957A RU2007132957A (en) | 2009-03-10 |
RU2360341C2 true RU2360341C2 (en) | 2009-06-27 |
Family
ID=40528193
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007132957/28A RU2360341C2 (en) | 2007-09-03 | 2007-09-03 | Quasi three-level solid laser and method of operation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2360341C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2695483C1 (en) * | 2018-12-05 | 2019-07-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Laser medical apparatus |
-
2007
- 2007-09-03 RU RU2007132957/28A patent/RU2360341C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2695483C1 (en) * | 2018-12-05 | 2019-07-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) | Laser medical apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007132957A (en) | 2009-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101324265B1 (en) | A laser apparatus | |
EP1500174B1 (en) | Laser cavity pumping method and laser system thereof | |
ES2546109T3 (en) | Laser pumping end, high power, with pumping out of peak | |
Hanson | Improved laser performance at 946 and 473 nm from a composite Nd: Y3Al5O12 rod | |
CA2750297C (en) | Novel photonic devices based on conical refraction | |
Schellhorn et al. | High-power diode-pumped Tm: YLF slab laser | |
US7515625B2 (en) | Multipath laser apparatus using a solid-state slab laser rod | |
CN110582902A (en) | Passive Q-switch of diode pumped laser | |
US20020051479A1 (en) | Solid state laser device and solid state laser device system | |
US20210167570A1 (en) | Q-switched laser system | |
CA2731806A1 (en) | Fibre laser with intra-cavity frequency doubling | |
RU2360341C2 (en) | Quasi three-level solid laser and method of operation | |
CN107994453A (en) | The Yb of laser diode-pumped tungsten disulfide tune Q:GYSO all solid state lasers | |
JPH04229690A (en) | Method and device for pumping weakly absorptive laser material | |
Elder et al. | Efficient single-pass resonantly-pumped Ho: YAG laser | |
Wang et al. | Characteristics of neodymium yttrium aluminum borate as a diode-pumped laser material | |
Boquillon et al. | High efficiency flashlamp-pumped lasers at 1.3/spl mu/m with Nd-doped crystals: Scientific and medical applications | |
Forster et al. | 12.2 W ZGP OPO pumped by a Q-Switched Tm3+: Ho3+-codoped fiber laser | |
Tilleman et al. | High-power free-running eye-safe laser based on a high-strength Cr: Yb: Er: glass rod | |
Poulter et al. | Q-switched Nd: YAG lasers for high average-power and high peak-power operation | |
Spariosu et al. | All-solid-state 12-watt CW and actively Q-switched Er: YAG laser operating at 1645 nm | |
Spariosu et al. | All solid-state room temperature Er: YAG laser operating at 1617 nm | |
Golla et al. | High power operation of Nd: YAG rod lasers pumped by fiber-coupled diode lasers | |
BR102022011728A2 (en) | SOLID STATE LASER WITH EFFICIENCY NEAR THE LIMIT DUE TO QUANTUM DEFECT | |
Strauss et al. | Volume Bragg grating wavelength selected Tm: YLF slab laser operating at 1890 nm |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090904 |