Активный элемент лазера

Авторы патента:

H01S3/06 - конструкция или форма активной среды

Полезная модель относится к области квантовой электроники и может быть использована для создания лазеров с высокой выходной мощностью и высоким качеством лазерного излучения. Сущность полезной модели заключается в увеличении удельной охлаждаемой поверхности активного элемента и уменьшении максимального расстояния в активном элементе от внутренних областей до охлаждаемой поверхности. Техническим результатом, на который направлено создание полезной модели, является увеличение максимальной мощности и качества излучения лазера путем улучшения условий охлаждения активного элемента. Технический результат достигается тем, что активный элемент лазера выполнен в виде системы пластин, омываемых хладагентом, обладающим иммерсионными свойствами.

1 ил.

Известна конструкция лазера, в которой активный элемент имеет форму стержня и охлаждается по боковой поверхности [1, т.1, стр.43; 2, стр.671]. При этом тепловая энергия, выделяющаяся внутри стержня, отводится неэффективно. Это связано с двумя факторами. Во-первых, кристаллические вещества, из которых изготавливаются лазерные стержни, обладают относительно малым коэффициентом теплопроводности. Во-вторых, внутренние области лазерного стержня могут охлаждаться теплопроводностью через внешние слои стержня только к боковой поверхности (теплосъем с торцевых поверхностей стержня фактически не оказывает влияния на его тепловой режим ввиду значительной длины стержня и малого коэффициента теплопроводности активного вещества). В итоге в стержне возникают термооптические искажения и области локального перегрева, которые препятствуют увеличению мощности лазера и существенно ухудшают качество его выходного излучения.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является конструкция (она взята за прототип) активного элемента лазера [2, стр.669], в которой в качестве активного элемента применена система твердых тел, представляющая собой два отдельных лазерных стержня. Недостатком прототипа является то, что единственно возможным способом охлаждения внутренних областей лазерного стержня является теплопроводность в радиальном направлении к охлаждаемой боковой поверхности. Теплопроводностью в осевом направлении в данном случае можно с высокой точностью пренебречь ввиду того, что длина стержня

значительно превышает его радиус. Учитывая, малую величину коэффициента теплопроводности лазерных кристаллов, эффективность охлаждения в такой конструкции также весьма мала.

Техническим результатом, на который направлено создание полезной модели, является увеличение максимальной мощности и качества излучения лазера путем улучшения условий охлаждения активного элемента. Для решения поставленной задачи предлагается конструкция активного элемента лазера (см. фиг.), в которой он выполнен в виде пластин 1, омываемых хладагентом, обладающим иммерсионными свойствами (на фиг. условно показано направление прокачки хладагента пунктирными стрелочками), и расположенных, например, перпендикулярно оптической оси 2 лазера. Лазерное излучение выводится через прозрачные окна 3, закрепленные в корпусе 4. При этом тепловая энергия, выделяющаяся в активном элементе, снимается не только с боковых, но и с торцевых поверхностей пластин. Такая конструкция имеет два существенных преимущества по сравнению с прототипом: во-первых, минимум в несколько раз увеличивается удельная площадь теплообмена и, во-вторых, значительно сокращается максимальное расстояние от внутренних областей до охлаждаемой поверхности в активном элементе, что связано с тем, длина пластины меньше ее радиуса. Вследствие этих обстоятельств общее тепловое сопротивление тепловому потоку в активном элементе снижается во много раз, что приводит к значительному уменьшению градиентов температур между внутренними областями активного элемента и охлаждаемой поверхностью. Все это позволяет существенно увеличить мощность лазера и улучшить качество его излучения. Накачка активного элемента при такой конструкции может быть как продольной, так и поперечной, а также комбинированной.

Сущность полезной модели заключается в увеличении удельной охлаждаемой поверхности активного элемента и уменьшении максимального расстояния в активном элементе от внутренних областей до охлаждаемой поверхности.

Проведя анализ уровня техники по научно-техническим источникам информации, заявитель не обнаружил аналог с признаками, идентичными существенным признакам заявляемой полезной модели.

Выбранный прототип устройства позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявляемом устройстве, изложенных в формуле полезной модели. Следовательно, заявляемая полезная модель "Активный элемент лазера" соответствует критерию новизны.

Критерий промышленной применимости заявляемого "Активного элемента лазера" подтверждается тем, что данное устройство не нарушает ни один из принципов функционирования лазеров и открывает новые возможности для создания лазеров большой мощности с высоким качеством излучения.

Список литературы:

1. Кравцов Н.В. Квантовая электроника, 31, 661 (2001).

2. Технологические лазеры. Справочник в 2-х томах. Под ред. Абильсиитова Г.А. - М: Машиностроение, 1991 г. - 432 с. с илл., 544 с. с илл.

Активный элемент лазера, представляющий собой систему твердых тел, отличающийся тем, что она выполнена в виде пластин, омываемых хладагентом, обладающим иммерсионными свойствами.