RU205393U1 - Импульсный твердотельный лазер с параметрическим генератором света - Google Patents
Импульсный твердотельный лазер с параметрическим генератором света Download PDFInfo
- Publication number
- RU205393U1 RU205393U1 RU2021109720U RU2021109720U RU205393U1 RU 205393 U1 RU205393 U1 RU 205393U1 RU 2021109720 U RU2021109720 U RU 2021109720U RU 2021109720 U RU2021109720 U RU 2021109720U RU 205393 U1 RU205393 U1 RU 205393U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electro
- resonator
- radiation
- optical
- plane
- 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)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к лазерной технике, в частности к импульсным твердотельным лазерам с параметрическими генераторами света в режиме электрооптической модуляции добротности резонатора, и может быть использована в нелинейной оптике, биофотоники, фотометрии, в лидарных системах мониторинга атмосферы. Резонатор лазера содержит призму-крышу, два электрооптических элемента, 90-градусный вращатель плоскости поляризации, оптически изотропный активный элемент, пластину-поляризатор, резонатор параметрического генератора света с нелинейным элементом. Ребро при вершине призмы-крыши составляет 45 градусов с плоскостью симметрии распределения инверсной населенности в поперечном сечении активного элемента. При подаче импульса высоковольтного напряжения с первого блока управления затвором на первый электрооптический элемент из резонатора выводится излучение с безопасной длиной волны λс>1,5 мкм. При подаче импульса высоковольтного напряжения со второго блока управления затвором на второй электрооптический элемент из резонатора выводится излучение с опасной для зрения длиной волны λн~1 мкм. Коммутация синхроимпульсов запуска блоков позволяет оперативно переключать длины волн излучения. Технический результат: обеспечение оперативного переключения длин волн излучения импульсного твердотельного лазера с параметрическим генератором света, попадающих в безопасный или опасный для зрения спектральный диапазон.
Description
Полезная модель относится к импульсным твердотельным лазерам в режиме электрооптической модуляции добротности резонатора с параметрическими генераторами света (ПГС) и может быть использована для генерации мощных импульсов лазерного излучения в наносекундном диапазоне длительностей в ближней инфракрасной области спектра для целей нелинейной оптики, фотометрии, оптической локации и дальнометрии.
В качестве лазера, генерирующего излучение накачки λн для ПГС, часто используются лазеры на неодимосодержащих кристаллах, в т.ч. лазеры на алюмоиттриевом гранате, активированные ионами неодима (АИГ:Nd3+).
Оптическая схема ПГС состоит из резонатора с двумя параметрическими зеркалами, между которыми установлен нелинейный элемент из кристаллов КТР, КТА, ВВО [1]. Наиболее эффективное преобразование излучения лазера накачки в излучение с сигнальной длиной волны λс для однорезонаторного ПГС реализуется при помещении резонатора ПГС в резонатор лазера накачки [1]. Для двухрезонаторного ПГС эффективное преобразование реализуется в резонаторе лазера накачки и для излучения с холостой длиной волны λx [2].
Однако при увеличении частоты повторения импульсов излучения в оптических схемах этих лазеров с ПГС из-за наведенного двулучепреломления в активном и электрооптическом элементах появляются отраженные от поляризатора пучки излучения с λн, выходящие из резонатора, что приводит к ухудшению однородности пространственной структуры излучения ПГС и к падению энергии импульсов излучения ПГС. Указанные недостатки частично устранены в оптической схеме лазера с ПГС из [3] за счет взаимной компенсации эффектов наведенного двулучепреломления в активном и электрооптическом элементах с помощью установки между ними 90-градусного вращателя плоскости поляризации излучения с λн. Применение в резонаторе лазера из [3] в качестве концевого отражателя призмы-крыши позволяет повысить однородность пространственной структуры излучений с λн и с λс, если распределение инверсной населенности в поперечном сечении активного элемента неоднородно, но при этом имеет плоскость симметрии, составляющую 45 градусов с плоскостью максимального пропускания пластины-поляризатора.
В лазере с ПГС из [3] при изменении амплитуды высоковольтного импульса на электроды электрооптического элемента из кристалла DKDP можно обеспечить работу в следующих режимах:
из выходного параметрического зеркала ПГС выходит излучение с λс=1570 нм, а отраженное от пластины-поляризатора излучение с λн=1064 нм почти отсутствует;
излучение с λс отсутствует, так как накачка ПГС становится ниже пороговой, а отраженное от пластины-поляризатора излучение с λн становится максимальным по мощности.
Для изменения амплитуды высоковольтного импульса с блока управления электрооптическим элементом и установки амплитуды с высокой точностью требуется некоторое время. Однако для ряда применений лазера, например в системах мониторинга атмосферы в условиях городской застройки, требуется оперативное переключение лазера из режима генерации импульсов излучения с опасной для зрения длиной волны λн в режим генерации импульсов излучения с безопасной для зрения длиной волны λс.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является известный импульсный твердотельный лазер с параметрическим генератором света с резонатором, образованным призмой-крышей и параметрическим зеркалом, полностью отражающим излучение накачки и частично пропускающим излучение на сигнальной длине волны, содержащим расположенные на оптической оси резонатора по ходу от призмы-крыши электрооптический элемент, 90-градусный вращатель плоскости поляризации излучения, оптически изотропный твердотельный активный элемент, пластину-поляризатор, параметрическое зеркало, полностью пропускающее излучение накачки и полностью отражающее излучение на сигнальной длине волны, нелинейный элемент параметрического генератора [3] (прототип).
Задачей настоящей полезной модели является обеспечение оперативного переключения длин волн излучения импульсного твердотельного лазера с параметрическим генератором света, попадающих в безопасный или в опасный для зрения спектральный диапазон.
Для решения поставленной задачи в известном импульсном твердотельном лазере с параметрическим генератором света с резонатором, образованным призмой-крышей и параметрическим зеркалом, полностью отражающим излучение накачки и частично пропускающим излучение на сигнальной длине волны, содержащим расположенные на оптической оси резонатора по ходу от призмы-крыши электрооптический элемент, 90-градусный вращатель плоскости поляризации излучения накачки, оптически изотропный твердотельный активный элемент в осветителе, содержащим также импульсную лампу и отражатель, пластину-поляризатор, параметрическое зеркало, полностью отражающее излучение на сигнальной длине волны, нелинейный элемент параметрического генератора света, призма-крыша установлена таким образом, что ее ребро при вершине составляет угол 45 градусов с плоскостью пропускания пластины-поляризатора и ортогонально оси резонатора, оптическая ось электрооптического элемента отклонена от оси резонатора на угол в пределах первого кольца коноскопической картины и лежит в плоскости, проходящей через ось резонатора и составляющей угол 45 градусов с плоскостью пропускания пластины-поляризатора, между электрооптическим элементом и 90-градусным вращателем установлен второй электрооптический элемент, оптическая ось которого совпадает с осью резонатора, осветитель азимутально ориентирован таким образом, что плоскость симметрии распределения инверсной населенности в поперечном сечении активного элемента совпадает с плоскостью пропускания пластины-поляризатора.
Существенными отличиями полезной модели от прототипа являются
ребро при вершине призмы-крыши, эквивалентной по своим деполяризующим свойствам глухому зеркалу и близкой к четвертьволновой пластине двулучепреломляющей пластине с осями под углами 0 и 90 градусов к ребру, установлено под углом 45 градусов к плоскости пропускания пластины-поляризатора, что приводит к частичному «запиранию» резонатора электрооптическим затвором;
оптическая ось электрооптического элемента отклонена от оси резонатора таким образом, что обеспечивает вместе с призмой-крышей максимальное «запирание» резонатора. При этом электрооптический затвор может полностью «открывать» резонатор, т.е. повышать добротность резонатора до максимальной величины при подаче на электроды электрооптического элемента четвертьволнового напряжения Uλ/4, где λ-λн;
установка второго электрооптического элемента с оптической осью, совпадающей с осью резонатора, позволяет «открывать» резонатор не полностью при подаче на электроды второго электрооптического элемента напряжения U, где U<Uλ/4, и, тем самым, обеспечивать формирование в резонаторе т.н. «поляризационного» зеркала.
Таким образом, в предлагаемом лазере реализуется возможность управлять добротностью резонатора при подаче напряжения либо на один электрооптический элемент, либо на другой. При подключении к каждому электрооптическому элементу соответствующих блоков управления затвором БУЗ-1 и БУЗ-2, способных формировать импульсы напряжения с амплитудой Uλ/4 на первый электрооптический элемент и с амплитудой U на второй электрооптический элемент, появляется возможность оперативного переключения режимов работы лазера: режим выхода из резонатора только излучения с λс через зеркало или режим выхода из лазера только излучения с λн, отражающегося от пластины-поляризатора.
Поскольку генерация импульсов напряжения БУЗ-1 и БУЗ-2 осуществляется при их запуске синхроимпульсами TTL уровня, которые легко коммутируются от ПК, переключение длин волн выходного излучения может осуществляться оперативно вплоть до временного интервала между импульсами излучения в импульсно-периодическом режиме работы лазера.
Оптическая схема полезной модели представлена на чертеже.
Резонатор импульсного лазера с ПГС образован призмой-крышей 1 с ребром при вершине под 45 градусов к плоскости чертежа и под 90 градусов к оси резонатора и параметрическим зеркалом 2, полностью отражающим излучение накачки с λн и частично пропускающим излучение на сигнальной длине волны ПГС λс. На оптической оси резонатора по ходу от призмы-крыши 1 расположены электрооптический элемент 3 из кристалла DKDP, дополнительно установленный второй электрооптический элемент 4 из кристалла DKDP с оптической осью, совпадающей с осью резонатора, 90-градусный вращатель поляризации 5, осветитель 6 с оптически изотропным активным элементом из АИГ:Nd3+ 7, содержащим также импульсную лампу 8 и отражатель 9, пластина-поляризатор 10 с плоскостью пропускания в плоскости чертежа, параметрическое зеркало 11, полностью пропускающее излучение накачки с λн и полностью отражающее излучение с λс, нелинейный элемент ПГС из кристалла КТР 12. Оптическая ось электрооптического элемента 3 отклонена от оси резонатора на небольшой (~1 градус) угол ϕ в пределах первого кольца коноскопической картины в плоскости, проходящей через ось резонатора и составляющей 45 градусов с плоскостью чертежа. При этом величину угла ϕ устанавливают по максимальному коэффициенту начальных потерь, вносимых в резонатор электрооптическим затвором, состоящим из призмы-крыши 1, электрооптического элемента 3, электрооптического элемента 4 и пластины-поляризатора 10. Осветитель 6 азимутально ориентирован таким образом, что плоскость симметрии распределения инверсной населенности в поперечном сечении активного элемента совпадает с плоскостью чертежа.
Импульсный твердотельный лазер с параметрическим генератором света работает следующим образом.
В момент времени, в который под воздействием импульса излучения лампы инверсная населенность в активном элементе достигает своего максимального значения, на электроды электрооптического элемента 3 подается импульс высоковольтного напряжения с амплитудой Uλ/4=4 кВ с БУЗ-1, который срабатывает при подаче на него синхроимпульса запуска. После полного «открытия» электрооптическим затвором резонатора в резонаторе генерируется короткий во времени (~10 нс) импульс излучения с λн и одновременно в резонаторе ПГС генерируется импульс излучения с λс (~5 нс). Причем излучение с λн практически не выходит из общего резонатора. Излучение с λс выходит из резонатора через частично прозрачное зеркало 2. При этом на БУЗ-2 синхроимпульс запуска не подается. В этом случае из резонатора лазера выходит излучение на безопасной для зрения длине волны λс=1,57 мкм.
Если синхроимпульс запуска в момент достижения инверсной населенности в активном элементе своего максимального значения подается на БУЗ-2, который в свою очередь подает на электроды электрооптического элемента 4 импульс высоковольтного напряжения U~1,5 кВ, то общий резонатор лазера открывается не полностью и становится эквивалентным резонатору, в котором выход излучения с λн из резонатора осуществляется при отражении части излучения, идущего в сторону резонатора ПГС от пластины-поляризатора 10. При этом часть излучения с λн, прошедшая пластину-поляризатор 10, оказывается ниже по мощности пороговой мощности ПГС, который, вследствие этого, становится эквивалентным глухому зеркалу для излучения с λн. В этом случае из резонатора лазера выходит излучение на опасной для зрения длине волны λн. Коммутируя синхроимпульсы запуска либо БУЗ-1, либо БУЗ-2, можно оперативно переключать длины волн излучения, выходящего из резонатора лазера.
Таким образом, поставленную перед полезной моделью задачу по обеспечению оперативного переключения длин волн излучения импульсного твердотельного лазера с параметрическим генератором света, попадающих в безопасный или опасный для зрения спектральный диапазон.
Источник информации:
1. Дмитриев В.Г., Тарасов Л.В. Прикладная нелинейная оптика. М.: Физматлит, 2004, с. 321.
2. Geng Y., Tan X., Li X., Yao J. Compact and widely tunable terahertz source based on dual-wavelength intracavity optical parametric oscillation / Applied Physics В., April 2010, vol. 99, issue 1-2, pp. 181-185.
3. Алампиев M.B., Ляшенко А.И. Импульсные лазеры на АИГ:Nd3+ с параметрическим генератором света. Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С. Попова. Серия: Акустооптические и радиолокационные методы измерений и обработки информации. Выпуск: 10, Москва-Суздаль, 2017, с. 184-186.7
Claims (1)
- Импульсный твердотельный лазер с параметрическим генератором света с резонатором, образованным призмой-крышей и параметрическим зеркалом, полностью отражающим излучение накачки и частично пропускающим излучение на сигнальной длине волны, содержащим расположенные на оптической оси резонатора по ходу от призмы-крыши электрооптический элемент, 90-градусный вращатель плоскости поляризации излучения накачки, квантрон с оптически изотропным твердотельным активным элементом в осветителе, содержащим также импульсную лампу и отражатель, пластину-поляризатор, параметрическое зеркало, полностью пропускающее излучение накачки и полностью отражающее излучение на сигнальной длине волны, нелинейный элемент параметрического генератора света, отличающийся тем, что призма-крыша установлена таким образом, что ее ребро при вершине составляет угол 45 градусов с плоскостью пропускания пластины-поляризатора и ортогонально оси резонатора, оптическая ось электрооптического элемента отклонена от оси резонатора на угол в пределах первого кольца коноскопической картины и лежит в плоскости, проходящей через ось резонатора и составляющей угол 45 градусов с плоскостью пропускания пластины-поляризатора, между электрооптическим элементом и 90-градусным вращателем установлен второй электрооптический элемент, оптическая ось которого совпадает с осью резонатора, осветитель азимутально ориентирован таким образом, что плоскость симметрии распределения инверсной населенности в поперечном сечении активного элемента совпадает с плоскостью пропускания пластины-поляризатора.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021109720U RU205393U1 (ru) | 2021-04-08 | 2021-04-08 | Импульсный твердотельный лазер с параметрическим генератором света |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021109720U RU205393U1 (ru) | 2021-04-08 | 2021-04-08 | Импульсный твердотельный лазер с параметрическим генератором света |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU205393U1 true RU205393U1 (ru) | 2021-07-13 |
Family
ID=77020173
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021109720U RU205393U1 (ru) | 2021-04-08 | 2021-04-08 | Импульсный твердотельный лазер с параметрическим генератором света |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU205393U1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2101817C1 (ru) * | 1996-05-13 | 1998-01-10 | Государственное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" | Импульсный твердотельный лазер с перестройкой длины волны излучения |
RU106990U1 (ru) * | 2011-03-03 | 2011-07-27 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | Лазер с оптическим параметрическим генератором |
US20120002687A1 (en) * | 2005-11-01 | 2012-01-05 | Cymer, Inc. | Laser System |
RU203286U1 (ru) * | 2020-10-21 | 2021-03-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) | Моноимпульсный твердотельный лазер с параметрическим генератором света |
-
2021
- 2021-04-08 RU RU2021109720U patent/RU205393U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2101817C1 (ru) * | 1996-05-13 | 1998-01-10 | Государственное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" | Импульсный твердотельный лазер с перестройкой длины волны излучения |
US20120002687A1 (en) * | 2005-11-01 | 2012-01-05 | Cymer, Inc. | Laser System |
RU106990U1 (ru) * | 2011-03-03 | 2011-07-27 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | Лазер с оптическим параметрическим генератором |
RU203286U1 (ru) * | 2020-10-21 | 2021-03-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) | Моноимпульсный твердотельный лазер с параметрическим генератором света |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4879722A (en) | Generation of coherent optical radiation by optical mixing | |
Zavadilová et al. | Picosecond optical parametric oscillator pumped synchronously, intracavity, by a mode-locked Nd: YVO4 laser | |
CN106711745A (zh) | 宽调谐、窄线宽纳秒脉冲双共振中红外参量振荡器 | |
US5675596A (en) | Passively Q-switched laser with a dual-cavity configuration | |
CN110943366B (zh) | 双波长交替调q输出群脉冲激光器及激光输出方法 | |
RU203286U1 (ru) | Моноимпульсный твердотельный лазер с параметрическим генератором света | |
Rines et al. | Efficient, high-energy, KTP optical parametric oscillators pumped with 1 micron Nd-lasers | |
US4233569A (en) | High power laser with tuning and line narrowing capability | |
RU205393U1 (ru) | Импульсный твердотельный лазер с параметрическим генератором света | |
Mellish et al. | All-solid-state diode-pumped Cr: LiSAF femtosecond oscillator and regenerative amplifier. | |
Zhu et al. | Generation of 2-$\mu {\rm m} $ Light Based on a Noncritical Phase Matching OPO Technique | |
Donin et al. | New method of Q-switching with mode locking in solid-state lasers | |
RU106990U1 (ru) | Лазер с оптическим параметрическим генератором | |
WO2005053119A1 (en) | An injection-seeded self-adaptive optical resonant cavity and a method of generating coherent light | |
Wang et al. | Comparison of electrooptically Q-switched Er: Cr: YSGG lasers by two polarizers: Glan-Taylor prism and Brewster angle structure | |
Moulton et al. | Recent advances in solid state lasers and nonlinear optics for remote sensing | |
Cotter et al. | Picosecond pulse generation and detection in the wavelength range 1200–1600 nm | |
RU2101817C1 (ru) | Импульсный твердотельный лазер с перестройкой длины волны излучения | |
Tashiro et al. | Tunable infrared difference-frequency generation with a high-repetition pulsed dye laser | |
Noach et al. | Electrooptic active Q switching at the 2 μm wavelength range using KLTN: Cu crystals | |
Lyashenko et al. | Parametric-light-generator-based laser system for pulsed three-wavelength illumination | |
RU2603336C1 (ru) | Гольмиевый лазер для накачки параметрического генератора света | |
RU210987U1 (ru) | Многофункциональная лазерная система | |
RU2390891C1 (ru) | Импульсный твердотельный лазер | |
Temel et al. | Power Scaling of a Narrowband-Seeded PPLN Non-Resonant Optical Parametric Oscillator |