RU203208U1 - Monopulse solid state laser - Google Patents
Monopulse solid state laser Download PDFInfo
- Publication number
- RU203208U1 RU203208U1 RU2020127841U RU2020127841U RU203208U1 RU 203208 U1 RU203208 U1 RU 203208U1 RU 2020127841 U RU2020127841 U RU 2020127841U RU 2020127841 U RU2020127841 U RU 2020127841U RU 203208 U1 RU203208 U1 RU 203208U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- quarter
- prism
- roof
- wave plate
- edge
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к лазерной технике, в частности к твердотельным импульсным лазерам в режиме электрооптической модуляции добротности резонатора, и может быть использована в нелинейной оптике, медицине, в лидарных системах мониторинга загрязнений атмосферы и акваторий. Технический результат заявленного решения, заключающийся в увеличении выходной энергии моноимпульсов лазерного излучения при допустимой лучевой нагрузке на электрооптический элемент, что обеспечивает долговременный ресурс всего устройства, достигается за счет того что моноимпульсный твердотельный лазер с резонатором содержит два глухих зеркала, одно из которых имеет прямоугольный край, электрооптический элемент, пластину-поляризатор, расположенные рядом четвертьволновую и дополнительную четвертьволновую пластины, оптически изотропный активный элемент, призму-крышу; прямоугольный край глухого зеркала и параллельное ему ребро призмы-крыши лежат в плоскости симметрии активного элемента. Кристаллографические оси дополнительной четвертьволновой пластины ориентированы параллельно и ортогонально ребру призмы-крыши. 1 ил.The useful model relates to laser technology, in particular to solid-state pulsed lasers in the mode of electro-optical Q-switching of the cavity, and can be used in nonlinear optics, medicine, and lidar systems for monitoring atmospheric and water pollution. The technical result of the claimed solution, which consists in increasing the output energy of monopulses of laser radiation at a permissible radiation load on the electro-optical element, which ensures a long-term resource of the entire device, is achieved due to the fact that a monopulse solid-state laser with a resonator contains two reflective mirrors, one of which has a rectangular edge, an electro-optical element, a polarizer plate, a quarter-wave and an additional quarter-wave plate, an optically isotropic active element, a prism-roof; the rectangular edge of the blank mirror and the edge of the prism-roof parallel to it lie in the plane of symmetry of the active element. The crystallographic axes of the additional quarter-wave plate are oriented parallel and orthogonal to the edge of the roof-prism. 1 ill.
Description
Моноимпульсные лазеры на кристаллических средах с ионами Nd3+ широко применяются в различных областях науки и техники. Для генерации мощных импульсов излучения с длительностью в наносекундном диапазоне (моноимпульсов) наиболее часто используются лазеры на алюмоиттриевом гранате, активированном ионами Nd3+(АИГ:Nd3+), в режиме модуляции добротности резонатора электрооптическим затвором по схеме λ/А, где λ - длина волны излучения лазера [1].Monopulse lasers based on crystalline media with Nd 3+ ions are widely used in various fields of science and technology. To generate high-power radiation pulses with a duration in the nanosecond range (monopulses), lasers based on yttrium aluminum garnet doped with Nd 3+ ions (YAG: Nd 3+ ) are most often used in the mode of Q-switching of the cavity with an electro-optical shutter according to the λ / A scheme, where λ is laser wavelength [1].
В качестве электрооптических элементов в затворах используются элементы из кристаллов DKDP, LiNbO3, RTP, КТР и др. Elements made of DKDP, LiNbO 3 , RTP, KTP, etc. crystals are used as electro-optical elements in the gates.
Среди других оптических компонентов резонатора электрооптические элементы обладают более низкой лучевой прочностью к лазерному излучению.Among other optical components of the cavity, electro-optical elements have a lower radiation resistance to laser radiation.
Поэтому при необходимости увеличить выходную энергию моноимпульсов лазерного излучения предпринимаются различные меры, снижающие лучевую нагрузку на электрооптический элемент.Therefore, if it is necessary to increase the output energy of monopulses of laser radiation, various measures are taken to reduce the radiation load on the electro-optical element.
К таким мерам относятся: замена выходного зеркала резонатора с оптимальным коэффициентом отражения на более прозрачное, что приводит к снижению КПД лазера, или замена оптической схемы резонатора из [1] на схему с поляризационным выводом излучения из резонатора [2]. В последней схеме четвертьволновая пластина с соответствующей азимутальной ориентацией позволяет сформировать оптимальный коэффициент отражения «поляризационного» зеркала при допустимой лучевой нагрузке на электрооптический элемент. Активный элемент при этом должен одинаково усиливать излучение с любым состоянием поляризации, т.е. быть оптически изотропным.Such measures include: replacing the output mirror of the resonator with an optimal reflection coefficient for a more transparent one, which leads to a decrease in the laser efficiency, or replacing the optical scheme of the resonator from [1] with a scheme with polarization extraction of radiation from the resonator [2]. In the latter scheme, a quarter-wave plate with a corresponding azimuthal orientation makes it possible to form an optimal reflection coefficient of a "polarizing" mirror with an admissible radiation load on the electro-optical element. In this case, the active element must equally amplify radiation with any polarization state, i.e. be optically isotropic.
В конструкциях излучателей лазеров, в квантронах которых активный элемент охлаждается кондуктивным образом через односторонний теплопровод, применяется зеркально-призменные резонаторы. Призма-крыша с 90° углом при вершине компенсирует влияние термического клина в поперечном сечении активного элемента, что позволяет сохранить оптимальную юстировку резонатора, а, следовательно, выходные энергетические параметры лазера.Mirror-prism resonators are used in the designs of laser emitters, in whose laser heads the active element is conductively cooled through a one-sided heat conductor. The roof prism with a 90 ° apex angle compensates for the effect of the thermal wedge in the cross section of the active element, which allows maintaining the optimal alignment of the cavity, and, consequently, the output energy parameters of the laser.
В таких резонаторах формированию более прозрачного «поляризационного» зеркала (зеркала с более низким коэффициентом отражения), которое требуется при необходимости увеличить выходную энергию моноимпульсов излучения и при этом обеспечить длительный ресурс работы лазера, препятствуют поляризационные свойства призмы-крыши. Тем не менее, применение схемы с поляризационным выводом излучения из зеркально-призменного резонатора с четвертьволновой пластиной позволяет повысить плотность выходной энергии моноимпульсов и эффективность лазера при небольшой выходной энергии моноимпульсов излучения.In such resonators, the formation of a more transparent "polarizing" mirror (a mirror with a lower reflection coefficient), which is required if necessary to increase the output energy of monopulses of radiation and at the same time ensure a long service life of the laser, is hindered by the polarization properties of the roof prism. Nevertheless, the use of a scheme with a polarization output of radiation from a mirror-prism resonator with a quarter-wave plate makes it possible to increase the output energy density of monopulses and the laser efficiency at a low output energy of monopulses of radiation.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является моноимпульсный твердотельный лазер с резонатором [2], содержащим глухое зеркало, электрооптический элемент, пластину-поляризатор, оптически изотропный активный элемент, четвертьволновую пластину, призму-крышу, глухое зеркало с прямоугольным краем, параллельным ребру при вершине призмы-крыши и лежащим вместе с этим ребром в плоскости симметрии активного элемента.The closest in technical essence to the proposed utility model is a monopulse solid-state laser with a resonator [2] containing a reflective mirror, an electro-optical element, a polarizer plate, an optically isotropic active element, a quarter-wave plate, a prism-roof, a reflective mirror with a rectangular edge parallel to the edge at the top of the roof-prism and lying along with this edge in the plane of symmetry of the active element.
Однако в этом лазере деполяризующее свойство призмы-крыши, связанное с разностью в скачках фаз для волн с ортогональными поляризациями при полном внутреннем отражении от граней призмы-крыши [3], не позволяет изменением азимутальной ориентации четвертьволновой пластины сформировать более прозрачное «поляризационное» зеркало.However, in this laser, the depolarizing property of the roof prism, associated with the difference in phase jumps for waves with orthogonal polarizations at total internal reflection from the sides of the roof prism [3], does not allow the formation of a more transparent “polarizing” mirror by changing the azimuthal orientation of the quarter-wave plate.
В этом случае повышение энергии импульсов накачки с целью увеличить выходную энергию моноимпульсов излучения лазера приведет к возрастанию лучевой нагрузки на электрооптический элемент и к его разрушению.In this case, increasing the pump pulse energy in order to increase the output energy of single pulses of laser radiation will lead to an increase in the radiation load on the electro-optical element and to its destruction.
Задачей настоящей полезной модели является увеличение выходной энергии моноимпульсов излучения твердотельного лазера при сохранении допустимой лучевой нагрузки на электрооптический элемент, что обеспечивает долговременный ресурс всего устройства.The objective of this utility model is to increase the output energy of monopulses of solid-state laser radiation while maintaining the permissible radiation load on the electro-optical element, which ensures a long-term service life of the entire device.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном моноимпульсном твердотельном лазере с резонатором, содержащим глухое зеркало, электрооптический элемент, пластину-поляризатор, оптически изотропный активный элемент, четвертьволновую пластину, призму-крышу, глухое зеркало с прямоугольным краем, параллельным ребру при вершине призмы-крыши и лежащим вместе с этим ребром в плоскости симметрии активного элемента, четвертьволновая пластина установлена рядом с пластиной-поляризатором, дополнительная четвертьволновая пластина установлена рядом с четвертьволновой пластиной, причем кристаллографические оси дополнительной четвертьволновой пластины ориентированы параллельно и ортогонально ребру призмы-крыши.The problem is solved due to the fact that in the known monopulse solid-state laser with a cavity containing a reflective mirror, an electro-optical element, a polarizer plate, an optically isotropic active element, a quarter-wave plate, a prism-roof, a reflective mirror with a rectangular edge parallel to the edge at the apex of the prism -the roof and lying along with this edge in the plane of symmetry of the active element, the quarter-wave plate is installed next to the polarizer plate, an additional quarter-wave plate is installed next to the quarter-wave plate, and the crystallographic axes of the additional quarter-wave plate are oriented parallel and orthogonal to the edge of the prism-roof.
Существенными отличиями полезной модели от лазера-прототипа являются: изменение положения в резонаторе четвертьволновой пластины и дополнительная установка второй четвертьволновой пластины, что обеспечивает возможность формирования «поляризационного» зеркала с низким коэффициентом отражения вследствие компенсации деполяризующего свойства призмы дополнительной четвертьволновой пластиной.Significant differences between the utility model and the prototype laser are: changing the position of the quarter-wave plate in the resonator and additional installation of the second quarter-wave plate, which makes it possible to form a "polarizing" mirror with a low reflection coefficient due to compensation of the depolarizing properties of the prism with an additional quarter-wave plate.
Оптическая схема предлагаемого устройства представлена на чертеже. Резонатор моноимпульсного твердотельного лазера образован глухим зеркалом 1 и глухим зеркалом с прямоугольным краем 2. На оптической оси резонатора по ходу от зеркала 1 расположены электрооптический элемент 3, пластина-поляризатор 4, четвертьволновая пластина 5, дополнительная четвертьволновая пластина 6, причем кристаллографические оси этой пластины ориентированы параллельно и ортогонально ребру призмы-крыши, оптически изотропный активный элемент 7, призма-крыша 8.The optical scheme of the proposed device is shown in the drawing. The resonator of a monopulse solid-state laser is formed by a reflective mirror 1 and a reflective mirror with a rectangular edge 2. An electro-optical element 3, a polarizer plate 4, a quarter-wave plate 5, an additional quarter-wave plate 6 are located on the optical axis of the resonator along the direction of the mirror 1, and the crystallographic axes of this plate are oriented parallel and orthogonal to the edge of the roof prism, optically isotropic
Деполяризация излучения в призме-крыше происходит из-за разности в скачках фаз 8 для волн с ортогональными поляризациями при полном внутреннем отражении от граней призмы-крыши [3]:Depolarization of radiation in the roof prism occurs due to the difference in phase jumps 8 for waves with orthogonal polarizations with total internal reflection from the sides of the roof prism [3]:
где n - показатель преломления материала призмы-крыши, θ - угол падения излучения на отражающие грани призмы-крыши.where n is the refractive index of the prism-roof material, θ is the angle of incidence of radiation on the reflecting faces of the prism-roof.
Так, для стекла с n=1,55 и θ=45°, δ=90°. С учетом второго прохода излучением призмы-крыши после отражения от глухого зеркала 2 сдвиг фаз составляет 2δ=180°. С учетом сдвига фаз после двойного прохода четвертьволновой пластины 6 в ±180°, дополнительный суммарный сдвиг фаз между ортогональными поляризациями излучения, падающего на четвертьволновую пластину 5 со стороны пластины 6, составляет 0° или 360° и не учитывается.So, for glass with n = 1.55 and θ = 45 °, δ = 90 °. Taking into account the second passage by the radiation of the roof-prism after reflection from the reflective mirror 2, the phase shift is 2δ = 180 °. Taking into account the phase shift after a double pass of the quarter-wave plate 6 by ± 180 °, the additional total phase shift between the orthogonal polarizations of the radiation incident on the quarter-wave plate 5 from the side of plate 6 is 0 ° or 360 ° and is not taken into account.
Моноимпульсный твердотельный лазер работает следующим образом. В момент времени, в который под воздействием импульса излучения накачки инверсная населенность (коэффициент усиления) в активном элементе достигает своего максимального значения, на электроды электрооптического элемента 3 подается импульс высоковольтного напряжения, «открывающий» электрооптический затвор, образованный элементом 3, зеркалом 1 и пластиной-поляризатором 4.Monopulse solid-state laser works as follows. At the moment at which, under the influence of the pump radiation pulse, the inverse population (gain) in the active element reaches its maximum value, a high-voltage pulse is applied to the electrodes of the electro-optical element 3, which "opens" the electro-optical shutter formed by the element 3, the mirror 1 and the plate. polarizer 4.
После «открытия» электрооптического затвора в резонаторе генерируется короткий моноимпульс излучения, которое после прохода пластины-поляризатора 4 линейно поляризовано в плоскости максимального пропускания пластины поляризатора, после прохода четвертьволновой пластины 5 эллиптически поляризовано, после двойного прохода четвертьволновой пластины 6 и призмы-крыши 8 излучение сохраняет прежнее состояние поляризации, а после повторного прохода четвертьволновой пластины 5 состояние поляризации излучения определяет коэффициент отражения «поляризационного» зеркала R=cos22θ, где θ - угол между кристаллографическими осями пластины 5 и плоскостью максимального пропускания пластины поляризатора.After the "opening" of the electro-optical shutter, a short monopulse of radiation is generated in the resonator, which after the passage of the polarizer plate 4 is linearly polarized in the plane of maximum transmission of the polarizer plate, after the passage of the quarter-wave plate 5 it is elliptically polarized, after a double pass of the quarter-wave plate 6 and the prism-roof 8, the radiation retains the previous state of polarization, and after repeated passage of the quarter-wave plate 5, the state of polarization of the radiation determines the reflection coefficient of the "polarizing" mirror R = cos 2 2θ, where θ is the angle between the crystallographic axes of the plate 5 and the plane of maximum transmission of the polarizer plate.
При этом коэффициент отражения R может быть установлен достаточно низким, чтобы быть оптимальным по выходной энергии моноимпульсов излучения при более высокой энергии импульсов накачки.In this case, the reflection coefficient R can be set low enough to be optimal in terms of the output energy of monopulses of radiation at a higher energy of pump pulses.
Экспериментальная проверка показала возможность увеличения выходной энергии моноимпульсов излучения предлагаемого лазера по сравнению с лазером-прототипом в 1,2 раза при сохранении допустимой лучевой нагрузки на электрооптический элемент.Experimental verification has shown the possibility of increasing the output energy of monopulses of radiation of the proposed laser in comparison with the prototype laser by 1.2 times while maintaining the permissible radiation load on the electro-optical element.
Таким образом, поставленную перед полезной моделью задачу по увеличению выходной энергии моноимпульсов излучения при допустимой лучевой нагрузке на электрооптический элемент, что обеспечивает долговременный ресурс всего устройства, можно считать решенной.Thus, the task set for the utility model of increasing the output energy of monopulses of radiation at an admissible radiation load on the electro-optical element, which ensures a long-term resource of the entire device, can be considered solved.
Источник информации:Sourse of information:
1. Г.М. Зверев, Ю.Д. Голяев. Лазеры на кристаллах и их применение. М. «Радио и связь», «Рикел», 1994, с. 227.1.G.M. Zverev, Yu.D. Golyaev. Crystal lasers and their applications. M. "Radio and Communication", "Rikel", 1994, p. 227.
2. Гармаш В.М., Володина Е.М., Ляшенко А.И., Сапожников С.М., Подкопаев А.В. Особенности разработки моноимпульсных лазеров на АИГ:Nd3+ с поперечной диодной накачкой активного элемента. Труды Российского научно-технологического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С. Попова. Серия: Акустооптических и радиолокационных методов измерений и обработки информации. Выпуск 12 Москва, 2019, с. 95-97 - прототип2. Garmash V.M., Volodina E.M., Lyashenko A.I., Sapozhnikov S.M., Podkopaev A.V. Features of the development of monopulse YAG: Nd 3+ lasers with transverse diode pumping of the active element. Proceedings of the Russian Scientific and Technological Society of Radio Engineering, Electronics and Communications named after A.S. Popov. Series: Acousto-optic and radar methods of measurement and information processing. Issue 12 Moscow, 2019, p. 95-97 - prototype
3. Г.С. Ландсберг. Оптика, «Наука», М., 1976, с. 485.3.G.S. Landsberg. Optics, "Science", M., 1976, p. 485.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020127841U RU203208U1 (en) | 2020-08-20 | 2020-08-20 | Monopulse solid state laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020127841U RU203208U1 (en) | 2020-08-20 | 2020-08-20 | Monopulse solid state laser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU203208U1 true RU203208U1 (en) | 2021-03-25 |
Family
ID=75169797
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020127841U RU203208U1 (en) | 2020-08-20 | 2020-08-20 | Monopulse solid state laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU203208U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU205423U1 (en) * | 2021-04-29 | 2021-07-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) | Monopulse solid state laser |
| RU210987U1 (en) * | 2022-01-12 | 2022-05-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) | Multifunctional laser system |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2421140B1 (en) * | 1978-03-31 | 1984-11-23 | Idux Ind Exploatering Ab | |
| RU2142664C1 (en) * | 1998-02-24 | 1999-12-10 | Федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем ВНЦ "ГОИ им.С.И.Вавилова" | Scanning laser |
| CN108548658A (en) * | 2018-01-23 | 2018-09-18 | 电子科技大学 | A kind of method of monofilm optical element stress and optical loss measurement simultaneously |
-
2020
- 2020-08-20 RU RU2020127841U patent/RU203208U1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2421140B1 (en) * | 1978-03-31 | 1984-11-23 | Idux Ind Exploatering Ab | |
| RU2142664C1 (en) * | 1998-02-24 | 1999-12-10 | Федеральный научно-производственный центр "Научно-исследовательский институт комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем ВНЦ "ГОИ им.С.И.Вавилова" | Scanning laser |
| CN108548658A (en) * | 2018-01-23 | 2018-09-18 | 电子科技大学 | A kind of method of monofilm optical element stress and optical loss measurement simultaneously |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU205423U1 (en) * | 2021-04-29 | 2021-07-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) | Monopulse solid state laser |
| RU210987U1 (en) * | 2022-01-12 | 2022-05-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) | Multifunctional laser system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110943366B (en) | Dual-wavelength alternating Q-switching output group pulse laser and laser output method | |
| EP1365275B1 (en) | Electro-optic Q-switch with Langasite-type single crystal | |
| CN109586153B (en) | Neodymium-doped lithium yttrium fluoride nanosecond pulse blue laser | |
| RU203208U1 (en) | Monopulse solid state laser | |
| Żendzian et al. | High-repetition-rate, intracavity-pumped KTP OPO at 1572 nm | |
| RU203286U1 (en) | Monopulse solid-state laser with parametric light generator | |
| US20100309936A1 (en) | Pulsed microchip laser | |
| CN112615238A (en) | Large-energy high-efficiency all-solid-state green laser | |
| RU205423U1 (en) | Monopulse solid state laser | |
| RU204719U1 (en) | Monopulse solid state laser | |
| CA1166734A (en) | Unpolarised electro-optically q-switched laser | |
| RU192817U1 (en) | Pulsed solid state laser with amplifier | |
| RU185400U1 (en) | PULSE SOLID LASER | |
| US8649404B2 (en) | Compact and efficient visible laser source with high speed modulation | |
| CN116191192A (en) | Laser with switchable Q-switching mode | |
| RU2325021C1 (en) | Pulsed solid-state laser generating higher harmonics of radiation | |
| CN216289493U (en) | High-reliability high-energy slab laser | |
| RU191113U1 (en) | Pulsed solid state laser | |
| CN2772074Y (en) | Intracavity frequency doubling micro plate laser | |
| CN110932069A (en) | Ultrahigh repetition frequency narrow pulse single-wavelength alternate Q-switched laser output method and laser | |
| RU205393U1 (en) | Pulsed solid-state laser with parametric light generator | |
| CN114696195B (en) | Pluggable monolithic annular cavity laser device | |
| RU2390891C1 (en) | Pulsed solid-state laser | |
| CN112993729B (en) | Low-quantum-loss 1.6-micrometer high-peak-power pumping source of medium-wave optical parametric oscillator | |
| Lai et al. | Multiwatt KTiOPO4 optical parametric oscillators pumped within randomly and linearly polarized Nd: YAG laser cavities |