WIPO logo
Mobile | Deutsch | English | Español | 日本語 | 한국어 | Português | Русский | 中文 | العربية |
PATENTSCOPE

Recherche dans les collections de brevets nationales et internationales
World Intellectual Property Organization
Recherche
 
Options de navigation
 
Traduction
 
Options
 
Quoi de neuf
 
Connexion
 
Aide
 
maximize
Traduction automatique
1. (WO1992009128) LASER ACCORDABLE A SEMICONDUCTEURS
Note: Texte fondé sur des processus automatiques de reconnaissance optique de caractères. Seule la version PDF a une valeur juridique

ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ

ЛАЗЕР

Область техники

Изобретение относится к лазерам, а более точно каса- ется перестраиваемых твердотельных лазеров.

Предшествующий уровень техники

Известен перестраиваемый лазер, содержащий три резо- натора с активными элементами на оснс твердых полимерных или жидких растворов красителей, возбуждаемых излучением неодимового лазера. Каждый резонатор включает также выход-ное зеркало, дисперсионный элемент, например, дифракцион-нуга решетку в автоколлимадионной схеме, и установлен на боковой поверхности цилиндра. Излучение накачки направле-но вдоль оси этого цилиндра и осуществляет квалицродоль-ное возбуждение активного элемента с помощью коммутирующе-го элемента из призмы (АР-900) . Второй коммутирующий эле-мент, включающих две одинаковых призмы (АР-900) , выводит излучение генерации всех трех резонаторов на одну ось, совпадающую с осью цилиндра. Тезисы докладов 2-й Всесоюз-ной научно-технической конференции "Применение лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации" (С.Н.Аверьянов, Н.Н.Васильев, П.В.Горшунов, П.И.Мышалов, А.П.Шкадаревич, "Лазер с оперативной перестройкой частоты излучения для определения прозрачности атмосферы", 1984 , Ленинград, с.140) .

Такой лазер имеет небольшую спектральную область пе-рестройки, равную 550-740 нм, низкие фото- и лучевая стой-кость активных элементов, большие термооптические искажения в активной среде, малый срок хранения активных элементов, что существенно ограничивает ресурс , режимы и области экс-плуатадии подобного лазера.

Известен перестраиваемый твердотельный лазер с накач-кой излучением основной частоты и второй гармоники неодд-мового лазера, содержащий два активных элемента из крис-таллов LiF. Fg и bi*1 : *2 установлен-ные параллельно друг другу и под углом Брюстера к оптичес-ким осям резонаторов, дисперсионные резонаторы с дифрак- ционными решетками удвоитель частоты генерации, включа-ющий нелинейный кристалл и фильтр из цветного стекла, поглощающий излучение основной частоты, элемент коммута-ции генерируемого излучения, состоящий из двух отражающих зеркал, установленных с возможностью перемещения перпен-дикулярно оптическим осям резонаторов. (Журна прикладной спектроскопии, т.47, J64, 1987, Т.Т.Баспев, Ф.В.Карпушко, С.М.Кулащик, С.Б.Миров, Б.П.Морозов, В.С.Моткин, Н.АоСас-кевич, Г.В.Синицын "Автоматический перестраиваемый лазер на радиадионно окрашенных кристаллах фтористого лития" "MAIGAH-20I", с.682-685).

Пучок накачки вводится в активный элемент под углом 1,5° к оси резонатора в вертикальной плоскости. Прошедшее сквозь активный элемент излучение накачки поглощается фильтром, установленным за активным элементом.

Такой лазер обладает малым ресурсом работы и сроком хранения из-за протекания процессов термо- и фотодеструк-ции ϊ"+ и F" центров, сильная зависимость гене-рационных характеристик от температуры активных элемен- тов.

Кроме того, лазер обладает относительно небольшой областью перестройки и имеет разрыв при перестройке

0,64-0,84 мкм, а также большой длиной активного элемента, достигающей 9 см, обусловленной малой величиной показа- теля поглощения на длине волны накачки, а также фотохром- ными свойствами рабочих центров. Для работы такого лазера необходима дополнительная система охлаждения, поддерживаю- щая активные элементы из LiF с _?2+ центрами при 253 К.

Известный лазер имеет потери излучения генерации вто- рой гармоники (до 20%) в фильтрах из стекла, поглощающих не только основную частоту лазера,но и частично излучение второй гармоники.

Раскрытие изобретения

В основу изобретения положена задача создать пере- страиваемый твердотельный лазер, у которого был бы расши- рен спектральный диапазон перестройки за счет изменения расположения активного элемента.

Эта задача решается тем, что в перестраиваемом твердотельном лазере , содержащем два дисперсионных резо- натора, каждый из которых имеет активный элемент , воз- буждаемый излучением основной частоты и второй гармоники неодимового лазера, дисперсионный элемент и поворотное средство для перестройки длины волны выходного излучения, и установленные в указанном порядке в направлении прохож- дения излучения элемент коммутации генерируемого излуче- ния, удвоитель частоты генерадии и фильтр выходного из- лучения, согласно изобретению, активный элемент в собс - венном дисперсионном резонаторе установлен так , что опти- ческие ОСИ О€ФИ активных элементов расположены одна отно- сительно другой под острым углом, равным сумме углов , каждый из которых позволяет исключить потери на поверх- ностях активного элемента, а дисперсионных резонаторов выполнены в виде единственного дисперсионного блока, обеспечивающего сужение линии генерируемого активными элементами излучения.

Целесообразно , чтобы один активный элемент был выпол-нен из кристаллов корунда, активированного ионами титана, а другой активный элемент был выполнен из форстерита ак-тивированного ионами хрома.

Дисперсионный блок может содержать три одинаковых равносторонних призмы, расположенных так , что грань ос-нования средней призмы является продолжением одной пре-ломляющей грани каждой крайней призмы, а оптические оси активных элементов могут образовывать угол, равный 67, 3-69 , 3°.

Такая конструкция перестраиваемого твердотельного лазера позволяет обеспечить непрерывную перестройку час-тоты генерации в спектральной области от 0,33 до 1 ,36 мкм при высокой надежности лазера и в сочетании с простотой конструк ии. Схема лазера, обеспечивающего перестройку частоты генерации в области от 0, 33 до 0, 36 мкм с высоки-ми эксплуатационными характерно тиками, имеет один источ-ник накачки , только два активных элемента, общий для

резонаторов дисперсионный блок и единый ахроматический разделитель излучения основной частоты генерации и вто-рой гармоники.

Краткое описание чертежа

В дальнейшем изобретение поясняется описанием при-меров его выполнения и прилагаемым чертежом, на котором изображена принципиальная схема перестраиваемого твердо-тельного лазера, согласно изображению.

Лучший вариант осуществления

изобретения

Перестраиваемый твердотельный лазер содержит неоди-мовый лазер I (фиг.1) , два дисперсионных резонатора и установленные в указанном порядке в направлении прохожде-ния излучения элемент 2 коммутации генерируемого излу-чения, удвоитель 3 частоты генерации и фильтр 4 выход-ного излучения.

Каждый дисперсионный резонатор содержит активный элемент 5 , 6 , дисперсионный элемент 7 и поворотное средство 8 , 9 для перестройки длины волны выходного излучения, каж-дое из которых представляет собой зеркало.

Для того , чтобы перестраиваемый лазер эффективно ра- ботал, перестройку частоты генерации осуществляют во всей полосе усиления активного элемента 5 , 6 , один из которых при этом выполнен из кристалла корунда AI2O3J активиро- ванного ионами титана , а другой - из форстери- та Mg2SiOZj_ , активированного ионами хрома Сг^+

Такие активные элементы позволяют перекрыть при ком- натной температуре вместе со вторыми гармониками спект- ральную область 0 , 33-1 ,36 мкм. Причем в отличие от извест- ного лазера на F2+ и Έ2 центрах в IdF

где есть разрыв между областями генерации гармоник 0 , 42- -0, 62 мкм и основных частот 0 , 84 - 1 , 24 мкм, в предлага- емом лазере происходит непрерывная перестройка длины вол- ш генерации, так как лазер с активным элементом из

^ % : позволяет получить генерацию в области 0,66-1,22 мкм, а лазер с активным элементом из Mg2SiO^:Cr* - соответственно в области 1,13-1,367 мкм.

В связи с тем, что спектральная область перестройки лазера с активным элементом из Ι203

достаточно велика и превышает 700 нм, то изменение длины волны генерации вовсей области осуществляется только с несколькими дисперсионными элементами типа дифракционной решетки, что сложно конструктивно и экономически невыгод-но, так как дисперсионные элементы на основе дифракцион-ных решеток эффективно работают только для достаточно узкого спектрального диапазона не более 200-300 нм.

Однако оказалось проще и эффективнее, чтобы диспер-сионные элементы 7 были выполнены в виде единственного дисперсионного блока 7, обеспечивающего сужение линии генерируемого активными элементами 5,6 излучения.

дисперсионный блок 7 содержит три одинаковых равно-сторонних призмы 10,11 и 12 о Грань основания 13 средней призмы II является продолжением одной преломляющей грани 14 и 15 крайних цризм 10 и 12.

При падении излучения на одну преломляющую грань 16 под углом Брюстера автоматически обеспечивается падением под этим же углом на остальные преломляющие грани 14,15 призм 10-12. Таким образом дисперсионный блок 7 не вносит потерь в резонатор для излучения, поляризованного в плос-кости падения на преломляющую грань 14,15 призмы 10,12.

Активные элементы 5,6 расположены так, что оптические оси 17 элементов 5,6 образуют острый угол с , равный сумме углов, каждый из которых позволяет исключить потери на поверхностях активных элементов 5,6, при этом оптичес-кие оси 18 излучения, генерируемого элементами 5,6, будут параллельны.

оС - 2(&χ + Θ2) - 180°

где ©J - угол Брюстера для активного элемента из

А1203 : Ti +

©2 - угол Брюс ера для активного элемента

ИЗ Mg2Si0 : Or4**"

Расчет для углов Брюстера в спектральных диапазонах генерации активных элементов, угол равен (67,3-69, 3) °

В указанное диапазоне изменения угла о излучение гене-рации падает на каждый элемент 5 ,6 под углом Θ « $j(2) <£ что практически не приводит к потерям на отражение света, поляризованного в плоскости падения. Для углов ос вне этого диапазона потери на отражение резко возрастают, что значительно снижает КПД лазера.

Для разделения основной частоты и второй гармоники излучения генерации используется фильтр 4 выходного излу-чения. Так как при преобразовании частоты генерации в не-линейном кристалле по первому типу скалярного сихронизма пучки излучения основной частоты и второй гармоники поля-ризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях, то при соответствующей установке фильтра 4 он пропускает только излучение второй гармоники.

После неодимового лазера I в устройстве в направлении прохождения излучения установлены дополнительный коммути-рующий элемент 19 , занимающий два положения А и В, и фоку-сирующие зеркала 20 и 21. Каждый резонатор содержит зерка-ла 22 и 23. Элемент 2 коммутации представляет собой ром-бовидную призму, которая также занимает два положения А и В.

Удвоителем 3 частоты генерации является нелинейный кристалл, например, монокристалл дидейтерофосфата калия, синтетический, который производит удвоение частоты генера-ции по первому типу скалярного синхронизма, а в качестве фильтра 4 использована призма Глана.

Перестраиваемый твердотельный лазер работает с еду-ющим образом.

Излучение накачки 1 , 064; 0, 532 мкм падает на отража-ющие грани дополнительного коммутирующего элемента 19 и в зависимости от того , установлен элемент 19 в положение А или В попадает на грань , отражающую излучение второй гар- монжки ( 0, 532 мкм) или основной частоты (1 , 064 мкм) соот- ветственно , после чего в зависимости от положения элемен- та 19 отражается на фокусирующие зеркала 20 или 21 , ко- торые осуществляют фокусировку излучения накачки в актив- ные элементы 5 и 6.

Излучение генерации развивается соответственно в ре- зонаторах. Излучения генерации активных элементов 5, 6 выводятся на одну оптическую ось 24 элементом коммутации 2. Когда этот элемент 2 находится в положении А выводится излучение активного элемента из AbjOg : Ti5+ а в поло- жении В выводится излучение активного элемента из M 2SiO^: Cr

Перестройка длины волны генерации производится разво-ротом зеркал 22 и 24, а подстройка угла синхронизма для соответствующей частоты генерации осуществляется заклоном удвоителя 3. Так как при преобразовании по первому типу скалярного синхронизма плоскость поляризации излучения гармоники перпендикулярна плоскости поляризации излуче-ния основной частоты, а направления распространения их совпадают , то фильтр 4 пропускает только излучение второй гармоники. Для работы на основной частоте генерации удвои-тель 3 выводится из канала генерации, например, путем сме-щения перпендикулярно направлению генерируемого излучения.

:

по

ты неодимового лазера I и имеют высокую термическую стой-кость , то срок службы лазера (ресурс работы) ограничивает-ся только ресурсом лазера I. Кроме того , так как показа-тели поглощения на длинах волн накачки у ранее применяе-мых активных элементов примерно в два раза меньше, чем у предлагаемых , то длина активных элементов 5 , 6 в соответ-ствии с изобретением в два раза меньше , чем в известных лазерах.

Это в свою очередь уменьшает габариты лазера и увели-чивает перекрытие в активных элементах пучков накачки и ге-ыерации, и , следовательно , повышает эффективность использо- вания энергии возбуждения.

Применение одного общего для обоих резонаторов приз-мйнного дисперсионного блока 7 позволяет уменьшить стои-мость и упростить конструздию лазера. Значительное пре-имущество предлагаемого решения заключается и в том, что активные элементы из I2O3 : Т ^+ и Mg2Si0 : Сг^+

не требуют никаких дополнительных систем термос табилиза-ции и охлаждения. Наряду с этим генерация обоих активных элементов начинается сразу же после первого импульса на-качки, тогда как активные элементы в известном лазере из LiF2+ начинают генерацию после наработки в элементе ка-нала с .?2+ центрами, для чего требуется не менее 100 возбуждающих импульсов.

Так как активные элементы из А1о0о : и

Mg2Si0 : Сг обладают генерацией в спектральном диапазоне 0,66-1,2 мкм и 1,13-1,36 мкм, то область пере-стройки перестраиваемого лазера расширяется более чем в 1,5 раза, причем увеличение диапазона перестройки в инф-ракрасной области 1,24-1,36 мкм особенно существенно в связи с тем, что для данной области в настоящее время нет других твердотельных перестраиваемых лазеров, рабо-тающих при комнатной температуре.

Промышленная применимость

Изобретение может применяться для получения пере- страиваемого излучения в ультрафиолетовой, видимой и ближ-не инфракрасной областях спектра, что может использо- ваться в системах дистанционного зондирования, молеку-лярной и абсорбционной спектроскопии, для обработки и пе- редачи информации.