Твердотельный двухчастотный импульсный лазер

 

Изобретение относится к лазерной технике, а более конкретно к неодимовым лазерам, генерирующим в области 1,060,1 и 1,320,1 мкм. Сущность: предложен твердотельный двухчастотный импульсный лазер, содержащий резонатор, образованный зеркалами, внутри которого установлен активный элемент, активированный ионами неодима с лампой накачки. Активный элемент с лампой накачки жестко закреплен на оптической оси резонатора, резонатор образован выходным зеркалом, частично отражающим излучение на обеих частотах, глухим зеркалом, полностью отражающим излучение на одной частоте и полностью пропускающим излучение на второй частоте, которое установлено между активным элементом и глухим зеркалом, полностью отражающим излучение на второй частоте. Между глухими зеркалами установлена заслонка. 1 ил.

Изобретение относится к лазерной технике, а более конкретно к неодимовым лазерам, генерирующим в области 1,060,1 и 1,320,1 мкм.

Известен лазер, содержащий резонатор, образованный зеркалами, внутри которого установлен активный элемент, активированный ионами неодима, с лампой накачки и установленная под углом к оптической оси дисперсионная призма, разводящая потоки излучения с разными длинами волн [1] Недостатком являются трудности в оперативном и точном переключении длины волны генерации, поскольку для этого необходимо каждый раз заново устанавливать под определенным углом выходное зеркало и юстировать всю систему в целом.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является твердотельный двухчастотный лазер, содержащий два резонатора для различных длин волн излучения, активный элемент, активированный ионами неодима, с лампой накачки, перемещающийся из одного резонатора в другой, за счет чего достигается переключение длин волн излучения [2] Недостатком прототипа являются трудности с длительным сохранением необходимой точности юстировки системы. Кроме того, необходимость точного перемещения громоздкого квантрона, содержащего активный элемент, лампу накачки и соединенного высоковольтными проводами с источником питания и шлангами с системой охлаждения, требует сложного устройства и резко снижает надежность лазера.

Задачей данного изобретения является увеличение ресурса работы лазера в режиме многократных переключений, повышение оперативности переключения длин волн и упрощение конструкции лазера.

Задача решается за счет того, что в твердотельном двухчастотном лазере, содержащем резонатор, образованный зеркалами, внутри которого установлен активный элемент, активированный ионами неодима, с лампой накачки, активный элемент жестко закреплен на оптической оси резонатора. Резонатор образован выходным зеркалом, частично отражающим излучение на обеих частотах, глухим зеркалом, полностью отражающим излучение на одной частоте и полностью пропускающим излучение на второй частоте, которое установлено между активным элементом и глухим зеркалом, полностью отражающим излучение на второй частоте, между глухими зеркалами установлена заслонка.

Заслонка может быть выполнена из любого материала непрозрачного для излучения и неразрушающегося под его воздействием. В случае использования металлической заслонки необходимо учитывать возможность отражения излучения от поверхности металла и с целью вывода этого вредного отраженного излучения располагать заслонку под углом к оптической оси.

На чертеже представлена схема предлагаемого лазера.

Лазер содержит выходное зеркало 1, частично отражающее излучение на обеих частотах, активный элемент 2, активированный ионами неодима, и лампу накачки 3, помещенные в отражатель 4, глухое зеркало 5, полностью отражающее излучение на одной частоте и полностью пропускающее излучение на второй частоте, глухое зеркало 6, полностью отражающее излучение на второй частоте. Между глухими зеркалами установлена заслонка 7.

Кроме того, лазер включает блок питания и управления лампы накачки 8.

Лазер работает следующим образом. Включают систему оптической накачки лазера (блок 8). Заслонка 7 находится в одном из двух положений (открытом или закрытом); если заслонка 7 открыта, то зеркала 1 и 6 образуют резонатор для генерации излучения с 1,08 мкм, а зеркала 1 и 5 для генерации излучения с l 1,34 мкм, но превышение коэффициента усиления над потерями больше для излучения l 1,08 мкм, чем для излучения с l 1,34 мкм, поэтому происходит генерация с l 1,08 мкм. Излучение с этой длиной волны без потерь проходит через зеркало 5, полностью отражается от зеркала 6 и частично выходит через зеркало 1. Другая часть излучения, отраженная от зеркала 1, снова проходит через активный элемент 2, принимая участие в процессе генерации.

При закрытой заслонке 7 излучение не достигает зеркала 6, и единственным замкнутым резонатором становится резонатор, образованный зеркалами 1 и 5 для генерации излучения с l 1,34 мкм, которое частично выходит через зеркало 1, а частично отражается, вновь проходит через активный элемент 2 и принимает участие в дальнейшей генерации.

Таким образом, открывая и закрывая заслонку 7, можно обеспечить оперативное переключение длины волны, не меняя оптических составляющих и не нарушая юстировки системы.

Испытания, выполненные с помощью лазера на алюминате иттрия с неодимом, показали бесперебойную работу предлагаемого устройства, в котором зеркало 1 имело коэффициент отражения около 30% при l 1,08 мкм и 45% при l 1,34 мкм.

Коэффициент отражения зеркала 5 был близок к 100% для l 1,34 мкм, а зеркала 6 к 100% для l 1,08 мкм.

В качестве заслонки 7 использовалась пластинка из дюралюминия, расположенная под углом к оптической оси.

Активный элемент имел цилиндрическую форму и размеры 6 х 65 мм.

Достигнутая выходная мощность излучения соответствовала 12 Вт при l 1,34 мкм и 20 Вт при l 1,08 мкм.

Верхняя граница достигнутой мощности лимитировалась лишь возможностями имеющегося блока питания.

Схема лазера по изобретению обеспечивает оперативное переключение режимов работы за время менее 1 с и увеличение ресурса работы лазера за счет исключения сложного механизма точного перемещения громоздкого квантрона.

Формула изобретения

Твердотельный двухчастотный импульсный лазер, содержащий резонатор, образованный зеркалами, внутри которого установлен активный элемент, активированный ионами неодима, с лампой накачки, отличающийся тем, что активный элемент с лампой накачки жестко закреплен на оптической оси резонатора, резонатор образован выходным зеркалом, частично отражающим излучение на обеих частотах, глухим зеркалом, полностью отражающим излучение на одной частоте и полностью пропускающим излучение на второй частоте, которое установлено между активным элементом и глухим зеркалом, полностью отражающим излучение на второй частоте, между глухими зеркалами установлена заслонка.

РИСУНКИ

Рисунок 1