RU2525665C2 - Laser electron-beam tube - Google Patents
Laser electron-beam tube Download PDFInfo
- Publication number
- RU2525665C2 RU2525665C2 RU2012145683/28A RU2012145683A RU2525665C2 RU 2525665 C2 RU2525665 C2 RU 2525665C2 RU 2012145683/28 A RU2012145683/28 A RU 2012145683/28A RU 2012145683 A RU2012145683 A RU 2012145683A RU 2525665 C2 RU2525665 C2 RU 2525665C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- active plate
- reflective coating
- optical
- optical axis
- optical window
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к квантовой электронике и электронной технике и может быть использовано в приборах с мощным сканирующим коллимированным световым лучом, в частности в телепроекторах, лазерных локаторах, медицине, фотолитографии.The invention relates to quantum electronics and electronic equipment and can be used in devices with a powerful scanning collimated light beam, in particular in television projectors, laser locators, medicine, photolithography.
Известна лазерная электронно-лучевая трубка, содержащая в вакуумируемой колбе с выходным оптическим окном источник электронного пучка, средства для его управления и активную мишень, выполненную в виде полупроводниковой пластины, помещенной в оптический резонатор (Н.Г. Басов, О.В. Богданкевич, А.С. Насибов, Электронно-лучевая трубка. Авт. Свид. №270100 с приоритетом от 1967 г.; Патент США 3558956).A known laser cathode ray tube containing in an evacuated flask with an output optical window an electron beam source, means for controlling it and an active target made in the form of a semiconductor wafer placed in an optical resonator (N.G. Basov, O.V. Bogdankevich, A. S. Nasibov, Electron Beam Tube Auth. Certificate No. 270100 with a priority of 1967; US Patent 3,558,956).
В одном из вариантов исполнения данного устройства сфокусированный электронный пучок проникает в полупроводниковую пластину, выполненную из монокристалла, через высокоотражающее покрытие и возбуждает монокристаллическую пластину в области электронного пятна, в ней возникает люминесценция и оптическое усиление. Пластина закреплена на прозрачной подложке со вторым полупрозрачным покрытием. Покрытия формируют оптический резонатор. Генерируемое лазерное излучение выходит из резонатора через полупрозрачное покрытие. Лазерный луч следует за положением электронного пятна на полупроводниковой пластине. Длина волны излучения зависит от выбора материала полупроводниковой пластины и может соответствовать ближнему инфракрасному, видимому и ближнему ультрафиолетовому диапазонам.In one embodiment of this device, a focused electron beam penetrates into a semiconductor wafer made of a single crystal through a highly reflective coating and excites a single crystal wafer in the region of the electron spot, luminescence and optical amplification occur in it. The plate is mounted on a transparent substrate with a second translucent coating. Coatings form an optical resonator. The generated laser radiation leaves the resonator through a translucent coating. The laser beam follows the position of the electron spot on the semiconductor wafer. The radiation wavelength depends on the choice of material of the semiconductor wafer and can correspond to the near infrared, visible and near ultraviolet ranges.
Недостатком данного устройства является то, что порог генерации лазерного излучения слишком высок при комнатной температуре. Резонатор не является устойчивым, поэтому устройство работает лишь при малом расстоянии между отражающими покрытиями. В этом случае угол расходимости лазерного пучка превышает 10 градусов.The disadvantage of this device is that the threshold for generating laser radiation is too high at room temperature. The resonator is not stable, so the device only works with a small distance between the reflective coatings. In this case, the angle of divergence of the laser beam exceeds 10 degrees.
Известна лазерная электронно-лучевая трубка, содержащая в вакуумируемой колбе с выходным оптическим окном источник электронного пучка, средства для его управления и активную мишень, выполненную в виде гетероструктуры, с двумя зеркальными покрытиями: высокоотражающим со стороны падения электронного пучка и полупрозрачным со стороны крепления пластины на хладопроводящей подложке (Козловский В.И., Лаврушин Б.М. Лазерная электронно-лучевая трубка, Патент РФ №2056665; US Patent # 5687185; European Patent No. ЕР 0696094 B1, Bulletin 1999/41).A known laser cathode ray tube containing in an evacuated flask with an output optical window an electron beam source, means for controlling it and an active target made in the form of a heterostructure, with two mirror coatings: highly reflective from the side of the incident electron beam and translucent from the side of the plate mounting on cold conductive substrate (Kozlovsky V.I., Lavrushin B.M. Laser cathode ray tube, RF Patent No. 2056665; US Patent # 5687185; European Patent No. EP 0696094 B1, Bulletin 1999/41).
Использование гетероструктуры с напряженными квантовыми ямами позволяет существенно снизить порог генерации при комнатной температуре и расширить набор материалов, которые могут быть использованы, что, в конечном счете, позволяет реализовать эффективную генерацию в видимой и ультрафиолетовой областях спектра с мощность в несколько ватт.The use of a heterostructure with strained quantum wells makes it possible to significantly lower the generation threshold at room temperature and to expand the range of materials that can be used, which ultimately allows efficient generation in the visible and ultraviolet spectral ranges with a power of several watts.
Однако в данном устройстве по-прежнему не удается улучшить направленность излучения. Угол расходимости излучения превышает 10 градусов, что определяется малой (4-5 мкм) длиной резонатора.However, in this device, it is still not possible to improve the directivity of the radiation. The angle of divergence of the radiation exceeds 10 degrees, which is determined by the small (4-5 μm) length of the resonator.
Известна лазерная электронно-лучевая трубка, содержащая в вакуумируемой колбе с выходным оптическим окном источник электронного пучка, средства для его управления и активную мишень, выполненную в виде гетероструктуры с высокоотражающим зеркальным покрытием со стороны падения электронного пучка, закрепленную на выходном оптическом окне, вторая поверхность которого просветлена для генерируемого излучения, а также вне вакуумируемой колбы оптическую систему, состоящую из оптического телескопа и плоского полупрозрачного зеркала, оптически сопряженного с поверхностью гетероструктуры с высокоотражающим покрытием. (Козловский В.И. Полупроводниковый лазер с внешним резонатором и накачкой электронным пучком. 8-й Бел.-Российский семинар «Полупроводниковые лазеры и системы на их основе», 17-20 мая 2011, Минск, Беларусь. Сб. статей, с.139-142.).A laser cathode ray tube is known that contains in an evacuated flask with an output optical window an electron beam source, means for controlling it and an active target made in the form of a heterostructure with a highly reflective mirror coating on the incidence side of the electron beam, mounted on the output optical window, the second surface of which the optical system consisting of an optical telescope and a planar translucent mirror, is illuminated for the generated radiation, as well as outside the evacuated bulb Ski conjugated with the surface of the heterostructure with the high reflection coating. (VI Kozlovsky. Semiconductor laser with an external resonator and pumped by an electron beam. 8th Bel.-Russian seminar "Semiconductor lasers and systems based on them", May 17-20, 2011, Minsk, Belarus. Coll., P. 139-142.).
Оптический резонатор в данном устройстве образован высокоотражающим покрытием, оптическим телескопом и внешним плоским зеркалом. Длина этого резонатора достигает нескольких сантиметров, что существенно улучшает направленность излучения. Угол расходимости лазерного луча может быть меньше 10 мрад.The optical resonator in this device is formed by a highly reflective coating, an optical telescope and an external flat mirror. The length of this resonator reaches several centimeters, which significantly improves the directivity of the radiation. The divergence angle of the laser beam can be less than 10 mrad.
Недостатком данного устройства является недостаточно эффективный теплоотвод от активной мишени, что ограничивает выходную мощность лазерной электроннолучевой трубки. Кроме того, оптический резонатор содержит, по меньшей мере, три внешних оптических элемента, которые требуют дополнительной юстировки, что усложняет устройство, повышает его стоимость и уменьшает его надежность.The disadvantage of this device is the insufficiently efficient heat removal from the active target, which limits the output power of the laser cathode ray tube. In addition, the optical resonator contains at least three external optical elements that require additional alignment, which complicates the device, increases its cost and reduces its reliability.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является лазерная электронно-лучевая трубка, выполненная в виде вакуумируемой колбы с выходным оптическим окном и имеющая электронно-оптическую ось, вдоль которой последовательно расположены источник электронов, система электродов для формирования электронного пучка и активная пластина с высокоотражающим покрытием, закрепленная со стороны покрытия на хладопроводящей подложке, а также системы фокусировки и отклонения электронного пучка, размещенные вне трубки, у которой в колбе размещены дополнительные отражающие элементы в виде вогнутого отражателя с оптической осью и, по меньшей мере, одного плоского отражателя, которые вместе с высокоотражающим покрытием формируют оптический резонатор лазерной электроннолучевой трубки с активной пластиной внутри этого резонатора. (В.И.Козловский. Полупроводниковый дисковый лазер. Патент России RU 2 461 932 C2, Опубликовано: 20.09.2012 Бюл. №26.)Closest to the claimed technical solution is a laser cathode ray tube, made in the form of a vacuum tube with an output optical window and having an electron-optical axis along which an electron source is arranged in series, an electrode system for forming an electron beam and an active plate with a highly reflective coating, fixed from the side of the coating on the cold-conductive substrate, as well as the focusing system and the deflection of the electron beam, placed outside the tube, in which the bulb additional reflecting elements are placed in the form of a concave reflector with an optical axis and at least one flat reflector, which together with a highly reflective coating form the optical resonator of the laser cathode ray tube with an active plate inside this resonator. (V.I. Kozlovsky. Semiconductor disk laser.
В данном устройстве лазерная электронно-лучевая трубка по существу является лазером накачки полупроводникового дискового лазера, активная пластина которого расположена в вакуумируемой колбе и является элементом оптического резонатора электронно-лучевой трубки. Из колбы выходит только излучение дискового лазера.In this device, the laser cathode ray tube is essentially a pump laser of a semiconductor disk laser, the active plate of which is located in an evacuated flask and is an element of the optical resonator of the cathode ray tube. Only radiation from a disk laser comes out of the flask.
Другой особенностью устройства является то, что активные пластины электронно-лучевой трубки и дискового лазера могут быть закреплены на медных подложках, обеспечивающих высокую эффективность теплоотвода. Это позволяет увеличить мощность лазерной электронно-лучевой трубки и полупроводникового дискового лазера. Выходная мощность дискового лазера может составлять 1 Вт и выше, причем лазерный луч имеет высокое качество. Угол расходимости не превышает 10 мрад, что близко к дифракционному пределу.Another feature of the device is that the active plates of the cathode ray tube and disk laser can be mounted on copper substrates, providing high heat removal efficiency. This allows you to increase the power of the laser cathode ray tube and a semiconductor disk laser. The output power of a disk laser can be 1 W or more, and the laser beam is of high quality. The divergence angle does not exceed 10 mrad, which is close to the diffraction limit.
Однако данное устройство не может быть использовано для получения сканирующего лазерного луча.However, this device cannot be used to obtain a scanning laser beam.
Задачей, решаемой изобретением, является осуществление сканирования мощного лазерного пучка с улучшение направленности.The problem solved by the invention is the implementation of scanning a powerful laser beam with improved directivity.
Поставленная задача решается в лазерной электронно-лучевой трубке, выполненной в виде вакуумируемой колбы с выходным оптическим окном и имеющей электронно-оптическую ось, вдоль которой последовательно расположены источник электронов, система электродов для формирования электронного пучка и активная пластина с высокоотражающим покрытием на первой своей поверхности, закрепленная на хладопроводящей подложке, а также системы фокусировки и отклонения электронного пучка, размещенные вне трубки, у которой в колбе размещены дополнительные отражающие элементы в виде вогнутого отражателя с оптической осью и, по меньшей мере, одного плоского отражателя, которые вместе с высокоотражающим покрытием формируют оптический резонатор лазерной электронно-лучевой трубки с активной пластиной внутри этого резонатора, причем оптическое окно колбы является плоским оптическим отражателем с отражающим покрытием на внутренней своей поверхности, которое является высокоотражающим на части этой поверхности и частично пропускающим на остальной части поверхности для излучения активной пластины.The problem is solved in a laser cathode ray tube made in the form of a vacuum flask with an output optical window and having an electron-optical axis along which an electron source, an electrode system for forming an electron beam and an active plate with a highly reflective coating on its first surface are arranged in series, mounted on a cold-conducting substrate, as well as focusing systems and electron beam deflections placed outside the tube, in which additional reflecting elements in the form of a concave reflector with an optical axis and at least one flat reflector, which together with a highly reflective coating form an optical resonator of a laser cathode ray tube with an active plate inside this resonator, the optical window of the bulb being a flat optical reflector with a reflective coating on its inner surface, which is highly reflective on part of this surface and partially transmits on the rest of the surface for radiation of active Astina.
Сущность изобретения заключается в том, что использование оптического окна в виде плоского выходного зеркала протяженного оптического резонатора, сформированного внутри вакуумируемой колбы, позволяет уменьшить расходимость сканирующего лазерного луча и вывести его из колбы. Использование вогнутого отражателя в составе оптического резонатора позволяет снизить потери резонатора, уменьшить порог генерации лазера и увеличить его мощность.The essence of the invention lies in the fact that the use of an optical window in the form of a flat output mirror of an extended optical resonator formed inside an evacuated flask allows to reduce the divergence of the scanning laser beam and remove it from the flask. The use of a concave reflector in the composition of the optical resonator can reduce the loss of the resonator, reduce the laser generation threshold and increase its power.
Возможны различные варианты исполнения заявляемого устройства. В одном из вариантов первая поверхность активной пластины и внутренняя поверхность выходного оптического окна вакуумируемой колбы размещены в одной плоскости перпендикулярно оптической оси вогнутого отражателя, причем эта ось пересекает внутреннюю поверхности оптического окна, которая по своей площади превышает площадь активной пластины и включает в себя область, симметричную первой поверхности активной пластины относительно оптической оси вогнутого отражателя.Various embodiments of the inventive device are possible. In one embodiment, the first surface of the active plate and the inner surface of the output optical window of the evacuated bulb are placed in the same plane perpendicular to the optical axis of the concave reflector, this axis intersecting the inner surface of the optical window, which is larger than the area of the active plate in its area and includes a region symmetrical the first surface of the active plate relative to the optical axis of the concave reflector.
Для снижения порога генерации целесообразно первую поверхность активной пластины и внутреннюю поверхность оптического окна размещать в фокальной плоскости вогнутого отражателя. Для расширения рабочей площади активной пластины вогнутый отражатель выполняется в виде параболоида вращения.To reduce the generation threshold, it is advisable to place the first surface of the active plate and the inner surface of the optical window in the focal plane of the concave reflector. To expand the working area of the active plate, a concave reflector is made in the form of a paraboloid of revolution.
В одном варианте оптическое окно имеет отражающее покрытие, частично пропускающее на длине волны излучения активной пластины только в области с характерным поперечным размером 0.1-1 мм и центром в точке пересечения оптической оси вогнутого отражателя с внутренней поверхностью оптического окна, а на остальной поверхности - высокоотражающее покрытие. Этот вариант устройства предназначен для осуществления сканирования лазерного луча по углу относительно оптической оси вогнутого отражателя.In one embodiment, the optical window has a reflective coating, partially transmitting at the wavelength of the radiation of the active plate only in the region with a characteristic transverse size of 0.1-1 mm and the center at the point of intersection of the optical axis of the concave reflector with the inner surface of the optical window, and on the remaining surface a highly reflective coating . This embodiment of the device is designed to scan the laser beam at an angle relative to the optical axis of the concave reflector.
В другом варианте, наоборот, оптическое окно имеет высокоотражающее покрытие на длине волны излучения активной пластины только в области диаметром 0.1-1 мм с центром в точке пересечения оптической оси вогнутого отражателя с внутренней поверхностью оптического окна, а на остальной поверхности - отражающее покрытие, частично пропускающее на длине волны излучения активной пластины. Этот вариант устройства предназначен для осуществления двумерного координатного сканирования лазерного луча.In another embodiment, on the contrary, the optical window has a highly reflective coating at the radiation wavelength of the active plate only in the region with a diameter of 0.1-1 mm centered at the intersection of the optical axis of the concave reflector with the inner surface of the optical window, and on the rest of the surface there is a reflective coating that partially transmits at the radiation wavelength of the active plate. This embodiment of the device is intended for two-dimensional coordinate scanning of a laser beam.
В обоих вариантах характерный поперечный размер не может быть меньше поперечного размера моды резонатора, который составляет примерно 0.1 мм. В противном случае мощность излучения будет падать. Если характерный поперечный размер будет превышать 1 мм, то габариты оптического резонаторы будут увеличиваться.In both cases, the characteristic transverse size cannot be less than the transverse size of the resonator mode, which is about 0.1 mm. Otherwise, the radiation power will fall. If the characteristic transverse size exceeds 1 mm, the dimensions of the optical resonators will increase.
Высокоотражающее покрытие на внутренней поверхности оптического окна в обоих вариантах должно имеет коэффициент отражения по интенсивности излучения активной пластины не менее 0.99, и отражающее покрытие, частично пропускающее излучения активной пластины, - коэффициент отражения по интенсивности не менее 0.95. Если коэффициент отражения высокоотражающего покрытия будет менее 0.99, и отражающее покрытие, частично пропускающее излучения активной пластины, будет иметь коэффициент отражения по интенсивности менее 0.95, то порог генерации будет слишком большой, что приведет к уменьшению выходной мощности лазера. Важно также чтобы потери на высокоотражающем зеркале были значительно меньше (не менее чем в 5 раз) по сравнению с полезными потерями в отражающем покрытии, частично пропускающим излучение активной пластины. Потери, обусловленные поглощением или рассеянием излучения в слоях отражающего покрытия, должны не превышать 0.5%.A highly reflective coating on the inner surface of the optical window in both cases should have a reflection coefficient for the radiation intensity of the active plate of at least 0.99, and a reflective coating partially transmitting radiation of the active plate should have a reflection coefficient of at least 0.95 in intensity. If the reflection coefficient of the highly reflective coating is less than 0.99, and the reflective coating, partially transmitting radiation from the active plate, has a reflection coefficient in intensity of less than 0.95, then the generation threshold will be too large, which will lead to a decrease in the laser output power. It is also important that the losses on a highly reflective mirror are significantly less (not less than 5 times) in comparison with the useful losses in a reflective coating, partially transmitting radiation from the active plate. Losses due to absorption or scattering of radiation in the layers of the reflective coating should not exceed 0.5%.
Для дальнейшего снижения порога генерации и увеличения выходной мощности лазера целесообразно иметь дополнительное покрытие, частично отражающее на длине волны излучения активной пластины, нанесенное на вторую поверхность активной пластины. Коэффициент отражения этого дополнительного покрытия может изменяться в широком диапазоне от 0 до 0.95. Если этот коэффициент отражения будет выше 0.95, то генерация может возникнуть в микрорезонаторе, образованном дополнительным и высокоотражающим покрытиями, что приведет к резкому ухудшению направленности излучения лазера.To further reduce the generation threshold and increase the laser output power, it is advisable to have an additional coating partially reflecting the active plate radiation at a wavelength applied to the second surface of the active plate. The reflection coefficient of this additional coating can vary over a wide range from 0 to 0.95. If this reflection coefficient is above 0.95, then generation can occur in a microcavity formed by additional and highly reflective coatings, which will lead to a sharp deterioration in the directivity of laser radiation.
Активная пластина может быть выполнена из монокристалла. Однако для снижения порога генерации целесообразно активную пластину выполнять в виде многослойной гетероструктуры с квантовыми ямами, квантовыми нитями или квантовыми точками. Однако технология выполнения гетероструктуры с квантовыми нитями на сегодняшний день представляется слишком трудоемкой. Квантовые ямы или листы с квантовыми точками целесообразно размещать по толщине гетероструктуры таким образом, чтобы в резонаторе они находились в пучностях стоячей волны генерируемой моды резонатора. В противном случае будет повышаться порог генерации и уменьшаться выходная мощность лазера.The active plate may be made of a single crystal. However, to lower the generation threshold, it is advisable to perform the active plate in the form of a multilayer heterostructure with quantum wells, quantum threads, or quantum dots. However, the technology of performing a heterostructure with quantum fibers today seems too laborious. It is advisable to place quantum wells or sheets with quantum dots along the thickness of the heterostructure so that they are in the resonator in the antinodes of the standing wave of the generated resonator mode. Otherwise, the lasing threshold will increase and the output power of the laser will decrease.
Для реализации генерации в инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой областях спектра гетероструктуры выполняются из соединений A2 В6 и А3В5, включая соединения азота: A3N.To realize generation in the infrared, visible, and ultraviolet spectral regions, heterostructures are made from compounds A2 B6 and A3B5, including nitrogen compounds: A3N.
Хладопроводящая подложка может быть непрозрачной и выполненной из материала с высокой теплопроводностью. Желательно ее изготавливать из меди или сплавов меди с другими металлами, например с вольфрамом. Сплавы предпочтительны, если процесс закрепления пластины на первой хладопроводящей подложке происходит при повышенной температуре и для того, чтобы избежать повреждения пластины, необходимо согласовывать коэффициенты температурного расширения подложки и пластины. Закрепление пластины может осуществляться путем использования оптических клеев (например, ЕРОТЕК-301), в том числе и непрозрачных теплопроводящих с металлическим наполнением (ЕРОТЕК-Н20Е), или через металлические припои с относительно низкой температурой размягчения. Данные технологии хорошо известны в полупроводниковой промышленности.The cold conducting substrate may be opaque and made of a material with high thermal conductivity. It is desirable to make it from copper or copper alloys with other metals, for example with tungsten. Alloys are preferred if the process of fixing the plate to the first cold-conductive substrate occurs at an elevated temperature and in order to avoid damage to the plate, it is necessary to coordinate the coefficients of thermal expansion of the substrate and the plate. The plate can be fixed by using optical adhesives (for example, EPOTEC-301), including opaque heat-conducting with metal filling (EPOTEC-H20E), or through metal solders with a relatively low softening temperature. These technologies are well known in the semiconductor industry.
Зеркальные покрытия могут быть выполнены из широко используемых в оптической промышленности окислов с малым и большим коэффициентами преломления. Это могут быть для видимой области такие известные пары как SiO2-TiO2, SiO2-ZrO2, Al2O3-Ta2O5 и другие. Для ультрафиолетовой области предпочтительной парой является пара SiO2-HfO2. Для получения высокого отражения желательно использовать комбинацию интерференционного диэлектрического покрытия и металлического слоя из Al или Ag.Mirror coatings can be made of oxides with low and high refractive indices widely used in the optical industry. For the visible region, such known pairs as SiO2-TiO2, SiO2-ZrO2, Al2O3-Ta2O5 and others can be. For the ultraviolet region, a pair of SiO2-HfO2 is a preferred pair. To obtain high reflection, it is desirable to use a combination of interference dielectric coating and a metal layer of Al or Ag.
Для отвода заряда рассеянных электронов с поверхности оптического окна колбы необходимо один из слоев отражающего покрытия делать электропроводящим. Этот слой может быть выполнен из In2O3, Sn02 или их твердых растворов. В противном случае поверхностные разряды могут привести к деградации этих покрытий и окна.To remove the charge of scattered electrons from the surface of the optical window of the bulb, one of the layers of the reflective coating must be made electrically conductive. This layer can be made of In2O3, Sn02 or their solid solutions. Otherwise, surface discharges can lead to degradation of these coatings and windows.
Сущность изобретения иллюстрируется следующими фигурами.The invention is illustrated by the following figures.
Фиг.1. Полупроводниковый дисковый лазер, в котором используется лазерная электронно-лучевая трубка, являющаяся наиболее близким техническим решением к заявляемому устройству.Figure 1. A semiconductor disk laser that uses a laser cathode ray tube, which is the closest technical solution to the claimed device.
Фиг.2. Лазерная электронно-лучевая трубка согласно заявляемому техническому решению.Figure 2. Laser cathode ray tube according to the claimed technical solution.
Фиг.3. Другой вариант лазерной электронно-лучевой трубки согласно заявляемому техническому решению.Figure 3. Another option is a laser cathode ray tube according to the claimed technical solution.
Известное устройство полупроводникового дискового лазера с накачкой излучением лазерной электронно-лучевой трубки, представленное схематично на фиг.1, содержит вакуумируемую колбу 1 с выходным оптическим окном 2 с вогнутой внутренней поверхностью, имеющую электронно-оптическую ось 3, вдоль которой последовательно расположены источник электронов 4, система электродов для формирования электронного пучка 5 и активная пластина 6 с высокоотражающим покрытием 7, закрепленная со стороны покрытия на хладопроводящей подложке 8, а также системы фокусировки 9 и отклонения 10 электронного пучка, размещенные вне трубки, у которой в колбе 1 размещены дополнительные отражающие элементы в виде отражающего покрытия 11 на внутренней поверхности оптического окна 2, образующее вогнутый отражатель с оптической осью 12, плоского отражателя 13 и второй активной пластины 14 с высокоотражающим покрытием 15, и отражательным частично-пропускающим покрытием 16, размещенные на хладопроводящей подложке 8 таким образом, что оптическая ось 12 вогнутого отражателя пересекает хладопроводящую подложку 8 в области расположения второй активной пластины 14, и плоский отражатель 13 расположен симметрично активной пластине 6 относительно оси 12, причем активная пластина 6, вторая активная пластина 14 и отражатель 13 находятся вблизи фокальной плоскости вогнутого отражателя. Отражающее покрытие 11 представляет собой высокоотражающее покрытие для излучения лазерной электронно-лучевой трубки на всей внутренней вогнутой поверхности оптического окна 2 кроме малой области вблизи оптической оси, где отражающее покрытие 11 является частично пропускающим для излучения дискового лазера. Высокоотражающее покрытие 7, отражающее покрытие 11 высокоотражательное покрытие 15, отражательное частично-пропускающее покрытие 16 и отражатель 13 образуют оптический резонатор для лазерной электронно-лучевой трубки. Отражательное покрытие 11 вблизи точки пересечения с оптической осью, высокоотражательное покрытие 15 и отражательное частично-пропускающее покрытие 16 образуют оптический резонатор для полупроводникового дискового лазера.The known device of a semiconductor disk laser pumped by radiation from a laser cathode ray tube, shown schematically in FIG. 1, contains a
Устройство работает следующим образом. При подаче электрического напряжения на источник электронов 4 и систему электродов 5 формируется электронный пучок 17, который при подаче сигналов на системы фокусировки 9 и отклонения 10 фокусируется в область 18 на активной пластине 6. В этой области электронный пучок поглощается, в ней возникает люминесценция и оптическое усиление, что при наличии обратной связи приводит к генерации внутреннего лазерного излучения. При этом генерируется М-образная мода 19, симметричная относительно оптической оси 12. Генерируемое излучение проникает внутрь второй активной пластины 14, где происходит его частичное поглощение. В результате этого поглощения во второй активной пластине 14 возникают вторичное излучение и оптическое усиление. При наличии обратной связи возникает генерация вторичного лазерного излучения вдоль оси 12. Это вторичное излучение имеет длину волны меньшую длины волны внутреннего излучения лазерной электроннолучевой трубки. Генерируемое в полупроводниковом дисковом лазере излучение 20 выходит из вакуумируемой колбы 1 через оптическое окно 2. При подаче изменяющегося во времени сигнала на отклоняющую систему 10 электронный пучок сканирует по поверхности активной пластины 6. При этом режим накачки активной пластины 14 остается постоянным во времени, тем самым достигается режим непрерывной генерации лазера в целом. При этом выходящий лазерный луч не сканирует.The device operates as follows. When an electric voltage is applied to the
Один из вариантов устройства лазерной электронно-лучевой трубки согласно заявляемому техническому решению, представленный схематично на фиг.2, содержит вакуумируемую колбу 21 с выходным оптическим окном 22, имеющую электронно-оптическую ось 3, вдоль которой последовательно расположены источник электронов 4, система электродов для формирования электронного пучка 5 и активная пластина 6 с высокоотражающим покрытием 7 и отражающим покрытием 28, частично пропускающим излучение активной пластины 6, закрепленная со стороны покрытия 7 на хладопроводящей подложке 29, а также системы фокусировки 9 и отклонения 10 электронного пучка, размещенные вне трубки, у которой в колбе 21 размещены дополнительные отражающие элементы в виде вогнутого отражателя 32 с оптической осью 33, высокоотражающего покрытия 34 и отражательного покрытия 35 на поверхности оптического окна 22, формирующие плоский оптический отражатель; оптическая ось 33 вогнутого отражателя 32 пересекает оптическое окно 22 в области отражательного покрытия 35, частично пропускающего излучение электронно-лучевой трубки; высокоотражающее покрытие 34 нанесено, по меньшей мере, на область оптического окна 22, осесимметричную поверхности активной пластины 6; причем хладопроводящая подложка 29 и оптическое окно 22 размещены таким образом, что поверхность активной пластины 6 с высокоотражающим покрытием 7, высокоотражающее покрытие 34 и отражательное покрытие 35 размещены вблизи фокальной плоскости вогнутого отражателя 32. Высокоотражающее покрытие 7, отражающее покрытие 28, высокоотражающее покрытие вогнутого отражателя 32, отражательное частично-пропускающее покрытие 35 и высокоотражающее покрытие 34 образуют оптический резонатор для лазерной электронно-лучевой трубки.One of the variants of the device of the laser cathode ray tube according to the claimed technical solution, shown schematically in figure 2, contains a vacuum flask 21 with an output optical window 22 having an electron-optical axis 3, along which an electron source 4 is arranged in series, an electrode system for forming the electron beam 5 and the active plate 6 with a highly reflective coating 7 and a reflective coating 28 partially transmitting the radiation of the active plate 6, fixed from the side of the coating 7 to the cold the driving substrate 29, as well as the focusing system 9 and the deviation 10 of the electron beam, placed outside the tube, in which the flask 21 has additional reflecting elements in the form of a concave reflector 32 with an optical axis 33, a highly reflective coating 34 and a reflective coating 35 on the surface of the optical window 22 forming a flat optical reflector; the optical axis 33 of the concave reflector 32 intersects the optical window 22 in the region of the reflective coating 35, partially transmitting radiation from the cathode ray tube; a highly reflective coating 34 is applied at least to the region of the optical window 22, axisymmetric to the surface of the active plate 6; moreover, the cold-conducting substrate 29 and the optical window 22 are arranged so that the surface of the active plate 6 with a highly reflective coating 7, a highly reflective coating 34 and a reflective coating 35 are placed near the focal plane of the concave reflector 32. High-
Устройство работает следующим образом. При подаче электрического напряжения на источник электронов 4 и систему электродов 5 формируется электронный пучок 17, который при подаче сигналов на системы фокусировки 9 и отклонения 10 фокусируется в область 37 на активной пластине 6. В этой области электронный пучок поглощается, в ней возникает люминесценция и оптическое усиление, что при наличии обратной связи приводит к генерации лазерного излучения. При этом генерируется М-образная мода 38, симметричная относительно оптической оси 33. Генерируемое излучение выходит из резонатора через покрытие 35 в области пересечения оптической оси 33 с оптическим окном 22. Далее излучение выходит через оптическое окно наружу в виде двух лучей 39 симметричных относительно оптической оси 33. Направление распространения каждого луча составляет некоторый угол с оптической осью 33. При подаче изменяющегося во времени сигнала на отклоняющую систему 10 электронный пучок сканирует по поверхности активной пластины 6. При перемещении электронного пучка в область 40 генерируется М-образная мода 41, которая также проходит через область пересечения оптической оси 33 с оптическим окном 22. Из этой области выходят два луча 42. Они распространяются уже под другим углом к оптической оси 33. Таким образом, осуществляется режим сканирования лазерного луча по углу.The device operates as follows. When an electric voltage is applied to the
Другой вариант устройства лазерной электронно-лучевой трубки согласно заявляемому техническому решению, представленный схематично на фиг.3, содержит вакуумируемую колбу 21 с выходным оптическим окном 22, имеющую электронно-оптическую ось 3, вдоль которой последовательно расположены источник электронов 4, система электродов для формирования электронного пучка 5 и активная пластина 6 с высокоотражающим покрытием 7 и отражающим покрытием 28, частично пропускающим излучение активной пластины 6, закрепленная со стороны покрытия 7 на хладопроводящей подложке 29, а также системы фокусировки 9 и отклонения 10 электронного пучка, размещенные вне трубки, у которой в колбе 21 размещены дополнительные отражающие элементы в виде вогнутого отражателя 32 с оптической осью 33, высокоотражающего покрытия 54 и отражательного покрытия 55 на поверхности оптического окна 22, формирующие плоский оптический отражатель; оптическая ось 33 вогнутого отражателя пересекает оптическое окно 22 в области высокоотражающего покрытия 54; отражающее частично пропускающее покрытие 55 нанесено, по меньшей мере, на область оптического окна 22, осесимметричную поверхности активной пластины 6; причем хладопроводящая подложка 29 и оптическое окно 22 размещены таким образом, что поверхность активной пластины 6 с высокоотражающим покрытием 7, высокоотражающее покрытие 54 и отражательное покрытие 55 размещены вблизи фокальной плоскости вогнутого отражателя 32. Высокоотражающее покрытие 7, отражающее покрытие 28, высокоотражательное покрытия вогнутого отражателя 32, высокоотражательное покрытие 54 и отражательное частично-пропускающее покрытие 55 образуют оптический резонатор для лазерной электроннолучевой трубки.Another embodiment of a laser cathode ray tube device according to the claimed technical solution, shown schematically in FIG. 3, comprises a vacuum flask 21 with an output optical window 22 having an electron-optical axis 3 along which an electron source 4 is arranged in series, an electrode system for forming an electronic beam 5 and the active plate 6 with a highly reflective coating 7 and a reflective coating 28 partially transmitting the radiation of the active plate 6, fixed from the side of the coating 7 to the cold conduit box substrate 29, as well as the focusing system 9 and the deviation 10 of the electron beam, placed outside the tube, in which the flask 21 has additional reflecting elements in the form of a concave reflector 32 with an optical axis 33, a highly reflective coating 54 and a reflective coating 55 on the surface of the optical window 22 forming a flat optical reflector; the optical axis 33 of the concave reflector crosses the optical window 22 in the region of the highly reflective coating 54; a partially transmissive reflective coating 55 is applied at least to the region of the optical window 22, axisymmetric to the surface of the active plate 6; moreover, the cold-conducting substrate 29 and the optical window 22 are arranged so that the surface of the active plate 6 with a highly reflective coating 7, a highly reflective coating 54 and a reflective coating 55 are located near the focal plane of the concave reflector 32. High-
Устройство работает следующим образом. При подаче электрического напряжения на источник электронов 4 и систему электродов 5 формируется электронный пучок 17, который при подаче сигналов на системы фокусировки 9 и отклонения 10 фокусируется в область 37 на активной пластине 6. В этой области электронный пучок поглощается, в ней возникает люминесценция и оптическое усиление, что при наличии обратной связи приводит к генерации лазерного излучения. При этом генерируется М-образная мода 38, симметричная относительно оптической оси 33. Генерируемое излучение выходит из резонатора через покрытие 55 и оптическое окно 22 наружу в виде луча 56. При подаче изменяющегося во времени сигнала на отклоняющую систему 10 электронный пучок сканирует по поверхности активной пластины 6. При перемещении электронного пучка в область 40 генерируется М-образная мода 41. Лазерный луч 57 выходит из области, осесимметричной области 40. Луч 57 параллелен лучу 56 и нормален к поверхности оптического окна 22 с напылением 55. Таким образом, осуществляется режим двумерного координатного сканирования лазерного луча.The device operates as follows. When an electric voltage is applied to the
Заявляемое устройство иллюстрируется следующим примером. Лазерная электронно-лучевая трубка выполнена в виде отпаянного прибора (см. фиг.2). Прибор имеет камеру цилиндрической формы с внутренним диаметром 30 мм, выполненную из стекла, к которому сверху-сбоку приварена стеклянная трубка длиной 80 мм с запаянным концом. В трубке содержатся катод и система электродов для формирования электронного пучка. На трубку с внешней стороны надеты электромагнитные катушки фокусировки и отклонения. К верхней части цилиндра приварена плоская крышка, на которой с внутренней стороны размещен вогнутый параболический электропроводящий отражатель с высокоотражающим покрытием из окислов Ta2O5-SiO2 с коэффициентом отражения 0.999 в спектральной области 630-650 нм. Радиус кривизны отражателя вблизи его оси равен 40 мм. Нижняя часть цилиндра имеет стеклянное дно, в которое вварены оптическое окно диаметром 15 мм и через коваровый переходник медная хладопроводящая подложка диаметром 10 мм. К хладопроводящей подложке через металлический припой присоединена гетероструктура с квантовыми ямами GaInP/AlGaInP и встроенным брэгговским зеркалом AlGaAs/AlAs с коэффициентом отражения 0.995 в спектральной области 630-650 нм, выращенная на подложке GaAs толщиной 350 мкм. Гетероструктура содержит 10 КЯ толщиной 8 нм каждая. На свободную поверхность гетероструктуры с поперечными размерами 6x6 мм напылено полупрозрачное зеркальное покрытие из окислов Ta2O5-SiO2 с коэффициентом пропускания 0.1 в спектральной области 630-650 нм. На внутреннюю поверхность оптического окна в области диаметром 1 мм вблизи пересечения оптической оси вогнутого отражателя с поверхностью оптического окна нанесено отражающее покрытие из окислов Ta2O5-SiO2 и проводящего слоя из In2O3-SnO2 с коэффициентом отражения 0.95, а на всю оставшуюся внутреннюю поверхность оптического окна - с коэффициентом отражения 0.999 в спектральной области 630-650 нм.The inventive device is illustrated by the following example. The laser cathode ray tube is made in the form of a sealed device (see figure 2). The device has a cylindrical chamber with an inner diameter of 30 mm made of glass, to which a glass tube 80 mm long with a sealed end is welded from above. The tube contains a cathode and an electrode system for forming an electron beam. On the tube from the outside are electromagnetic coils of focusing and deviation. A flat cap is welded to the upper part of the cylinder, on which a concave parabolic electrically conductive reflector with a highly reflective Ta2O5-SiO2 oxide coating with a reflection coefficient of 0.999 in the spectral range of 630-650 nm is placed on the inside. The radius of curvature of the reflector near its axis is 40 mm. The lower part of the cylinder has a glass bottom, into which an optical window with a diameter of 15 mm is welded and a copper cold-conducting substrate with a diameter of 10 mm through an insidious adapter. A heterostructure with GaInP / AlGaInP quantum wells and an integrated AlGaAs / AlAs Bragg mirror with a reflection coefficient of 0.995 in the spectral region of 630-650 nm grown on a GaAs substrate 350 μm thick is connected to a cold-conducting substrate through a metal solder. The heterostructure contains 10 QWs with a thickness of 8 nm each. A translucent mirror coating of Ta2O5-SiO2 oxides with a transmittance of 0.1 in the spectral range of 630-650 nm was sprayed onto the free surface of a heterostructure with transverse dimensions of 6x6 mm. A reflective coating of Ta2O5-SiO2 oxides and a conductive layer of In2O3-SnO2 with a reflectivity of 0.95 is deposited on the inner surface of the optical window in a region with a diameter of 1 mm near the intersection of the optical axis of the concave reflector and the surface of the optical window with a reflection coefficient of 0.999 in the spectral region of 630-650 nm.
В электронно-лучевой трубке формируется электронный пучок с энергией электронов 25 кэВ и током 2 мА. Он фокусируется в пятно 100 мкм и сканирует по площади 6×6 мм2. В оптическом резонаторе возбуждается М-образная мода. На выходе мощность излучения составляет 4 Вт. Полная потребляемая мощность лазера составляет 70 Вт.An electron beam with an electron energy of 25 keV and a current of 2 mA is formed in the cathode ray tube. It focuses on a 100 μm spot and scans over an area of 6 × 6 mm 2 . An M-shaped mode is excited in the optical cavity. The output radiation power is 4 watts. The total power consumption of the laser is 70 watts.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012145683/28A RU2525665C2 (en) | 2012-10-26 | 2012-10-26 | Laser electron-beam tube |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012145683/28A RU2525665C2 (en) | 2012-10-26 | 2012-10-26 | Laser electron-beam tube |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012145683A RU2012145683A (en) | 2014-05-10 |
| RU2525665C2 true RU2525665C2 (en) | 2014-08-20 |
Family
ID=50629157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012145683/28A RU2525665C2 (en) | 2012-10-26 | 2012-10-26 | Laser electron-beam tube |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2525665C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU199498U1 (en) * | 2019-12-24 | 2020-09-03 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) | HETEROSTRUCTURE OF A LONG-WAVE VERTICAL-RADIATING LASER |
| RU2782558C1 (en) * | 2021-10-26 | 2022-10-31 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Atomic beam tube |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1622913A1 (en) * | 1987-01-09 | 1991-01-23 | Институт физики АН БССР | Semiconductor laser |
| US6285702B1 (en) * | 1999-03-05 | 2001-09-04 | Coherent, Inc. | High-power external-cavity optically-pumped semiconductor laser |
| CN101741012A (en) * | 2009-12-25 | 2010-06-16 | 北京工业大学 | Optical pump locked mode thin slice semiconductor laser |
| JP4725814B2 (en) * | 2008-11-20 | 2011-07-13 | 株式会社ニコン | Light source unit, illumination optical device, exposure apparatus, and exposure method |
| RU2461932C2 (en) * | 2010-12-14 | 2012-09-20 | Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) | Semiconductor disc laser |
-
2012
- 2012-10-26 RU RU2012145683/28A patent/RU2525665C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1622913A1 (en) * | 1987-01-09 | 1991-01-23 | Институт физики АН БССР | Semiconductor laser |
| US6285702B1 (en) * | 1999-03-05 | 2001-09-04 | Coherent, Inc. | High-power external-cavity optically-pumped semiconductor laser |
| JP4725814B2 (en) * | 2008-11-20 | 2011-07-13 | 株式会社ニコン | Light source unit, illumination optical device, exposure apparatus, and exposure method |
| CN101741012A (en) * | 2009-12-25 | 2010-06-16 | 北京工业大学 | Optical pump locked mode thin slice semiconductor laser |
| RU2461932C2 (en) * | 2010-12-14 | 2012-09-20 | Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) | Semiconductor disc laser |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU199498U1 (en) * | 2019-12-24 | 2020-09-03 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" (Университет ИТМО) | HETEROSTRUCTURE OF A LONG-WAVE VERTICAL-RADIATING LASER |
| RU2782558C1 (en) * | 2021-10-26 | 2022-10-31 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Исток" имени А.И. Шокина" (АО "НПП "Исток" им. Шокина") | Atomic beam tube |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012145683A (en) | 2014-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Turnbull et al. | Operating characteristics of a semiconducting polymer laser pumped by a microchip laser | |
| US9124062B2 (en) | Optically pumped surface emitting lasers incorporating high reflectivity/bandwidth limited reflector | |
| US11011888B2 (en) | Light-emitting device and light-emitting apparatus | |
| CN108604531B (en) | Laser driving lamp | |
| US20210345477A1 (en) | Semiconductor laser accelerator and laser acceleration unit thereof | |
| US20140348191A1 (en) | Hyperbolic metamaterials as distributed bragg mirrors for high power vcsel devices | |
| US11081861B2 (en) | Increase VCSEL power using multiple gain layers | |
| US9429814B2 (en) | Laser arrangement and method for enhancing the life span of optical elements in a laser arrangement | |
| CN109802300A (en) | Face luminescent quantum cascaded laser | |
| US20080273570A1 (en) | Optically Pumped Waveguide Laser With a Tapered Waveguide Section | |
| RU2461932C2 (en) | Semiconductor disc laser | |
| RU2525665C2 (en) | Laser electron-beam tube | |
| JP6283374B2 (en) | Enhanced resonator including aspherical mirrors | |
| TWI423545B (en) | Intracavity upconversion laser | |
| US3466569A (en) | Laser device | |
| US3525053A (en) | Transverse mode discriminator for laser apparatus | |
| RU2013146435A (en) | DISK LASER | |
| JP2016033862A (en) | Fixed anode type x-ray tube | |
| CN103762489A (en) | Wave length continuous tunable laser device | |
| JPH09214027A (en) | Electron-beam excited laser device | |
| EP2932568B1 (en) | Optically pumped solid state laser device with self aligning pump optics and enhanced gain | |
| US3314021A (en) | Cathodoluminescent pumped laser having a cathode surrounding the laser | |
| US8519355B2 (en) | Charged particle source | |
| JP2001148502A (en) | Field effect terahertz electromagnetic wave generator | |
| KR102192936B1 (en) | X-ray tube coupled optical cathode |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151027 |