RU2367072C1 - Device for stabilising laser radiation parametres of longitudinally pumped solid-state laser - Google Patents
Device for stabilising laser radiation parametres of longitudinally pumped solid-state laser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2367072C1 RU2367072C1 RU2008112446/28A RU2008112446A RU2367072C1 RU 2367072 C1 RU2367072 C1 RU 2367072C1 RU 2008112446/28 A RU2008112446/28 A RU 2008112446/28A RU 2008112446 A RU2008112446 A RU 2008112446A RU 2367072 C1 RU2367072 C1 RU 2367072C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- active element
- optical
- photosensor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в машиностроении, оптической связи и медицине.The invention relates to laser technology and can be used in mechanical engineering, optical communications and medicine.
Из уровня техники известен твердотельный лазер с продольной накачкой (Патент на изобретение RU №2172544, опубл. 2001.08.20, МПК Н01S 3/02), обеспечивающий угловую стабилизацию лазерного излучения в широком температурном диапазоне. Твердотельный лазер включает последовательно соединенные оптический модуль накачки и резонатор лазера с выходным зеркалом и активным элементом, вклеенным теплопроводящим компаундом в калиброванный ложемент. Ложемент выполнен со стороны оптического модуля накачки в цилиндрической оправе резонатора, закрепленной в корпусе лазера соосно с оптической осью модуля накачки.A longitudinally pumped solid-state laser is known from the prior art (Patent for invention RU No. 2172544, publ. 2001.08.20, IPC H01S 3/02), which provides angular stabilization of laser radiation in a wide temperature range. A solid state laser includes a series-connected optical pump module and a laser cavity with an output mirror and an active element glued by a heat-conducting compound into a calibrated lodgement. The lodgement is made on the side of the optical pump module in a cylindrical cavity of the resonator mounted in the laser housing coaxially with the optical axis of the pump module.
К недостаткам данного твердотельного лазера с продольной накачкой можно отнести недостаточную стабилизацию углового положения лазерного пучка и падение мощности лазерного излучения при переходе температуры окружающей среды в отрицательную область.The disadvantages of this longitudinally pumped solid-state laser include insufficient stabilization of the angular position of the laser beam and a drop in the laser radiation power when the ambient temperature goes into the negative region.
Известно устройство (А.А.Каминский. Лазерные кристаллы - М., Наука, 1975 г., стр.199-207), отражающее изменение генерационных характеристик в широком интервале температур. Для устранения возбуждения «побочной» генерации на длине волны 1061 нм в активном элементе последний должен находится при температуре +30°.A device is known (A.A. Kaminsky. Laser crystals - M., Nauka, 1975, pp. 199-207), which reflects a change in the generation characteristics in a wide temperature range. To eliminate the excitation of "side" generation at a wavelength of 1061 nm in the active element, the latter should be at a temperature of + 30 °.
Известно устройство стабилизации расходимости лазерного излучения за счет уменьшения термических искажений активного элемента путем использования специальных стекол (Ю.А.Ананьев. Оптические резонаторы и проблема расходимости лазерного излучения. - М., Наука, Физматлит, 1979 г., стр.268-285). Недостатком данного устройства является сложность конструкции лазера.A device is known for stabilizing the divergence of laser radiation by reducing thermal distortions of the active element by using special glasses (Yu.A. Ananiev. Optical resonators and the problem of divergence of laser radiation. - M., Nauka, Fizmatlit, 1979, pp. 268-285) . The disadvantage of this device is the complexity of the design of the laser.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является твердотельный лазер с продольной накачкой (Патент на изобретение RU №2266594, опубл. 2005.12.20, МПК: H01S 3/02). Данный лазер содержит корпус с последовательно установленными и оптически сопряженными оптическим модулем накачки и резонатором лазера, состоящим из цилиндрической оправы с выходным зеркалом и активным элементом, выполненным со стороны оптического модуля накачки. На торце корпуса резонатора со стороны калиброванного ложемента с активным элементом установлен термоэлектрический модуль. При этом лазер снабжен контроллером температуры и термодатчиком, входы управления контроллера температуры соединены с выходами термодатчика, а выходы - с входами термоэлектрического модуля. Данное решение позволяет снизить влияние температуры окружающей среды на температуру резонатора лазера и тем самым обеспечить стабилизацию мощности лазерного излучения в широком температурном диапазоне.Closest to the claimed technical solution is a longitudinally pumped solid-state laser (Patent for invention RU No. 2266594, publ. 2005.12.20, IPC:
Недостатком данного устройства, как и других выше изложенных, является то, что они позволяют осуществлять стабилизацию только одного из параметров твердотельного лазера с продольной накачкой.The disadvantage of this device, as well as the others described above, is that they allow stabilization of only one of the parameters of a longitudinally pumped solid-state laser.
Технический результат предлагаемого технического решения заключается в расширении функциональных возможностей, а именно в обеспечении единовременной стабилизации нескольких параметров лазерного излучения твердотельного лазера с продольной накачкой.The technical result of the proposed technical solution is to expand the functionality, namely, to provide simultaneous stabilization of several parameters of the laser radiation of a longitudinally pumped solid-state laser.
Технический результат достигается тем, что устройство стабилизации лазерного излучения твердотельного лазера с продольной накачкой содержит оптический модуль накачки, активный элемент, термоэлектрический модуль, драйвер термоэлектрического модуля, управляющий микроконтроллер, первый термодатчик. При этом оно отличается от прототипа тем, что в него введены второй термодатчик, фотодатчик, усилитель сигнала фотодатчика. Причем оптический выход оптического модуля накачки связан с оптическим входом активного элемента и оптическим входом фотодатчика, первый выход которого термически связан с входом второго термодатчика, а второй выход соединен с входом усилителя сигнала фотодатчика, выход которого соединен с первым входом управляющего микроконтроллера, второй вход которого соединен с выходом второго термодатчика, а третий вход соединен с выходом первого термодатчика, вход которого термически связан с выходом активного элемента. Выход управляющего микроконтроллера соединен с входом драйвера термоэлектрического модуля, выход которого соединен с входом термоэлектрического модуля, выход которого связан термически с входом активного элемента.The technical result is achieved by the fact that the device for stabilizing the laser radiation of a longitudinally pumped solid-state laser contains an optical pump module, an active element, a thermoelectric module, a thermoelectric module driver, a control microcontroller, and a first temperature sensor. Moreover, it differs from the prototype in that a second thermal sensor, a photosensor, an amplifier for the photosensor signal are introduced into it. Moreover, the optical output of the optical pump module is connected to the optical input of the active element and the optical input of the photosensor, the first output of which is thermally connected to the input of the second temperature sensor, and the second output is connected to the input of the signal amplifier of the photosensor, the output of which is connected to the first input of the control microcontroller, the second input of which is connected with the output of the second temperature sensor, and the third input is connected to the output of the first temperature sensor, the input of which is thermally connected with the output of the active element. The output of the control microcontroller is connected to the driver input of the thermoelectric module, the output of which is connected to the input of the thermoelectric module, the output of which is thermally connected to the input of the active element.
На Фиг.1 изображена структурная схема устройства стабилизации параметров лазерного излучения твердотельного лазера с продольной накачкой, где:Figure 1 shows a structural diagram of a device for stabilizing the parameters of the laser radiation of a solid-state laser with longitudinal pumping, where:
1 - оптический модуль накачки,1 - optical pumping module,
2 - активный элемент,2 - active element,
3 - термоэлектрический модуль,3 - thermoelectric module,
4 - драйвер термоэлектрического модуля,4 - driver thermoelectric module,
5 - управляющий микроконтроллер,5 - control microcontroller,
6 - первый термодатчик,6 - the first temperature sensor,
7 - второй термодатчик,7 - second temperature sensor,
8 - фотодатчик,8 - photosensor,
9 - усилитель сигнала фотодатчика.9 - signal amplifier of the photosensor.
Устройство стабилизации параметров лазерного излучения твердотельного лазера с продольной накачкой содержит оптический модуль накачки 1, оптический выход которого связан с оптическим входом активного элемента 2 и оптическим входом фотодатчика 8. Первый выход фотодатчика 8 термически связан с входом второго термодатчика 7. Второй выход фотодатчика 8 соединен с входом усилителя сигнала фотодатчика, выход которого соединен с первым входом управляющего микроконтроллера 5. Выход второго термодатчика 7 соединен с вторым входом управляющего микроконтроллера 5, третий вход которого соединен с выходом первого термодатчика 6, вход которого термически соединен с выходом активного элемента 2. Выход управляющего микроконтроллера 5 соединен с входом драйвера термоэлектрического модуля 4, выход которого соединен с входом термоэлектрического модуля 3. Выход термоэлектрического модуля 3 связан термически с активным элементом 2.The device for stabilizing the parameters of laser radiation of a longitudinally pumped solid-state laser contains an
Устройство стабилизации параметров лазерного излучения твердотельного лазера с продольной накачкой работает следующим образом. Лазерное излучение с оптического модуля накачки 1 подают на фотодатчик 8, где оно преобразуется в электрический сигнал и поступает на вход усилителя фотодатчика 9, а затем сигнал фотодатчика усиливается и поступает на вход управляющего микроконтроллера 5. На основании полученных данных управляющий микроконтроллер 5 вычисляет требуемую температуру термоэлектрического модуля 3. При этом температуру активного элемента 2 измеряют первым термодатчиком 6. Далее сигнал с первого термодатчика 6 поступает на вход АЦП управляющего микроконтроллера 5, где происходит сравнение с требуемой температурой, и, в зависимости от результата, управляющий микроконтроллер 5 выдает сигнал управляющего воздействия на схему драйвера термоэлектрического модуля 4. Драйвер термоэлектрического модуля 4, в зависимости от управляющего воздействия, изменяет уровень и полярность напряжения на термоэлектрическом модуле 3, поддерживая тем самым температуру активного элемента 2 на заданном уровне в широком температурном диапазоне. Для компенсации температурного дрейфа сигнала фотодатчика 8 используют сигнал со второго термодатчика 7, который измеряет температуру фотодатчика 8, коррекция которой производится программным методом.The device stabilizes the parameters of the laser radiation of a solid-state laser with longitudinal pumping works as follows. Laser radiation from the
Особенность стабилизация параметров лазерного излучения твердотельного лазера с продольной накачкой заключается в том, что производят непрерывное измерение оптической мощности накачки и синхронное управление теплообменом активного элемента резонатора с окружающей средой. При этом управление теплообменом осуществляют посредством введения ветви обратной связи между оптическим модулем накачки и активным элементом, за счет чего разница между поглощаемой активным элементом световой энергией (преобразованной в объеме активной среды в тепловую) и энергией, отводимой от активного элемента, поддерживается на заданном уровне, вне зависимости от температуры окружающей среды.A feature of stabilization of the parameters of laser radiation from a longitudinally pumped solid-state laser is that they continuously measure the optical pump power and synchronously control the heat exchange of the active element of the resonator with the environment. In this case, the heat transfer is controlled by introducing a feedback branch between the optical pump module and the active element, due to which the difference between the light energy absorbed by the active element (converted into thermal energy in the volume of the active medium) and the energy removed from the active element is maintained at a given level, regardless of the ambient temperature.
Примером практического применения может служить устройство стабилизации параметров лазерного излучения твердотельного лазера с накачкой лазерными диодами с активным элементом из иттро-алюминиевого граната с неодимомAn example of a practical application is the stabilization of laser radiation parameters of a solid-state laser pumped by laser diodes with an active element from yttro-aluminum garnet with neodymium
(YAG: Nd3+). Оно включает оптический модуль накачки лазерными диодами 1, оптический выход которого связан с оптическим входом активного элемента 2 (YAG: Nd3+) и оптическим входом фотодатчика 8, выполненного на фотодиоде типа ФД19КК. Первый выход фотодатчика 8 термически связан с входом второго термодатчика 7, выполненного на терморезисторе ТР2 15 кОм. Второй выход фотодатчика 8 соединен с входом усилителя сигнала фотодатчика 9 типа ОР291, выход которого соединен с первым входом управляющего микроконтроллера 5 типа Atmega6-16P1. Выход второго термодатчика 7 соединен со вторым входом управляющего микроконтроллера 5, третий вход которого соединен с выходом первого термодатчика 6 (терморезистор ТР2 15 кОм), вход которого термически соединен с выходом активного элемента 2. Выход управляющего микроконтроллера 5 соединен с входом драйвера термоэлектрического модуля 4 (мост из двух n-канальных и двух р-канальных транзисторов), выход которого соединен с входом термоэлектрического модуля 3 типа ТВ-38-1,0-1,5-CHR. Выход термоэлектрического модуля 3 связан термически с активным элементом 2.(YAG: Nd 3+ ). It includes an optical pump module with
Экспериментальные данные приведены на чертежах (Фиг. 2 - Фиг. 6), где:The experimental data are shown in the drawings (Fig. 2 - Fig. 6), where:
1 - параметры лазерного излучения без подогрева активного элемента;1 - parameters of laser radiation without heating the active element;
2 - параметры лазерного излучения твердотельного лазера прототипа;2 - parameters of laser radiation of a solid-state laser of the prototype;
3 - параметры лазерного излучения с использованием предлагаемого устройства.3 - parameters of laser radiation using the proposed device.
На Фиг.2 показана зависимость мощности лазерного излучения от температуры окружающей среды. Видно, что падение мощности с использованием предлагаемого устройства составляет значение не более 10% от значения мощности в нормальных климатических условиях, в прототипе - 30%, без подогрева активного элемента - 60%.Figure 2 shows the dependence of the laser radiation power on the ambient temperature. It is seen that the power drop using the proposed device is not more than 10% of the power value in normal climatic conditions, in the prototype - 30%, without heating the active element - 60%.
Изменение расходимости лазерного излучения от температуры окружающей среды относительно значения расходимости в нормальных климатических условиях показано на Фиг.3. Такой разброс значения расходимости с использованием предлагаемого устройства составляет не более 20%, в прототипе - 30%, без подогрева активного элемента - 45%.The change in the divergence of the laser radiation from the ambient temperature relative to the divergence value under normal climatic conditions is shown in FIG. 3. This variation in the divergence value using the proposed device is not more than 20%, in the prototype - 30%, without heating the active element - 45%.
Возникновение «побочной» генерации на длине волны 1061 нм показано на Фиг.4. Значения по оси ординат представлены в процентном соотношении интенсивности лазерного излучения на длине волны 1061 нм к интенсивности лазерного излучения на длине волны 1064 нм. С использованием предлагаемого устройства значение составляет 0%, что говорит об отсутствии «побочной» генерации с изменением окружающей температуры, в прототипе - значение составляет (20±3)%, без подогрева активного элемента - значение изменяется от 5% до 50% с понижением температуры окружающей среды.The occurrence of "side" generation at a wavelength of 1061 nm is shown in Figure 4. Values along the ordinate axis are presented as a percentage of the intensity of laser radiation at a wavelength of 1061 nm to the intensity of laser radiation at a wavelength of 1064 nm. Using the proposed device value is 0%, which indicates the absence of "side" generation with a change in ambient temperature, in the prototype - value is (20 ± 3)%, without heating the active element - the value varies from 5% to 50% with decreasing ambient temperature.
На чертежах (Фиг.5 - Фиг.6) показана угловая стабильность лазерного излучения в пространстве в вертикальном и горизонтальном направлениях. Фиг.5 - угловая стабильность в вертикальном направлении, Фиг.6 - угловая стабильность в горизонтальном направлении. Измерение угловой стабильности проводилось в течение пяти минут. Использование предлагаемого устройства позволяет получить угловую стабильность порядка 20 угловых секунд как в горизонтальном направлении, так и вертикальном. Прототип позволяет получить угловую стабильность порядка 80 и 40 угловых секунд в вертикальном и горизонтальном направлениях соответственно. Без подогрева активного элемента - 120 и 60 угловых секунд в вертикальном и горизонтальном направлениях соответственно.In the drawings (Fig. 5 - Fig. 6), the angular stability of the laser radiation in space is shown in the vertical and horizontal directions. Figure 5 - angular stability in the vertical direction, Figure 6 - angular stability in the horizontal direction. The measurement of angular stability was carried out for five minutes. Using the proposed device allows to obtain angular stability of the order of 20 arc seconds in both the horizontal and vertical directions. The prototype allows to obtain angular stability of the order of 80 and 40 arc seconds in the vertical and horizontal directions, respectively. Without heating the active element - 120 and 60 arc seconds in the vertical and horizontal directions, respectively.
Таким образом, учет параметров накачки при компенсации термооптических искажений в активном элементе позволяет производить единовременную стабилизацию параметров лазерного излучения в широком температурном диапазоне.Thus, taking the pump parameters into account when compensating for thermo-optical distortions in the active element allows one-time stabilization of the parameters of laser radiation in a wide temperature range.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008112446/28A RU2367072C1 (en) | 2008-04-02 | 2008-04-02 | Device for stabilising laser radiation parametres of longitudinally pumped solid-state laser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008112446/28A RU2367072C1 (en) | 2008-04-02 | 2008-04-02 | Device for stabilising laser radiation parametres of longitudinally pumped solid-state laser |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2367072C1 true RU2367072C1 (en) | 2009-09-10 |
Family
ID=41166753
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008112446/28A RU2367072C1 (en) | 2008-04-02 | 2008-04-02 | Device for stabilising laser radiation parametres of longitudinally pumped solid-state laser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2367072C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2448746C2 (en) * | 2010-06-07 | 2012-04-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" | Multiwave laser system with bactericidal and therapeutic action for treatment of infectious diseases |
RU2592057C1 (en) * | 2015-01-23 | 2016-07-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Universal radiator of solid-state laser |
RU2786619C1 (en) * | 2021-12-17 | 2022-12-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Single-mode solid-state laser with thermal stabilization of the diode pump and passive q-switch and its control device |
-
2008
- 2008-04-02 RU RU2008112446/28A patent/RU2367072C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2448746C2 (en) * | 2010-06-07 | 2012-04-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" | Multiwave laser system with bactericidal and therapeutic action for treatment of infectious diseases |
RU2592057C1 (en) * | 2015-01-23 | 2016-07-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Universal radiator of solid-state laser |
RU2786619C1 (en) * | 2021-12-17 | 2022-12-22 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Single-mode solid-state laser with thermal stabilization of the diode pump and passive q-switch and its control device |
RU218788U1 (en) * | 2023-04-17 | 2023-06-13 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | SOLID-STATE LASER EMITTER |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7648290B2 (en) | Modular solid-state laser platform based on coaxial package and corresponding assembly process | |
US7711014B2 (en) | Apparatus and method for generating short optical pulses | |
US20210218218A1 (en) | Amplitude-modulated laser | |
EP2901531B1 (en) | Microchip laser with single solid etalon | |
CN105048271B (en) | A kind of all solid state laser of high stability | |
JP2010045147A (en) | Mode synchronous laser device, pulse laser light source device, and microscope device | |
Moselund et al. | Highly stable, all-fiber, high power ZBLAN supercontinuum source reaching 4.75 µm used for nanosecond mid-IR spectroscopy | |
RU2367072C1 (en) | Device for stabilising laser radiation parametres of longitudinally pumped solid-state laser | |
JP5557956B2 (en) | Passive Q-switched solid-state laser device | |
Wang et al. | Stable polarization short pulse passively Q-switched monolithic microchip laser with [110] cut Cr4+: YAG | |
Fan et al. | Diode pumped passively Q-switched Nd: YAG/Cr: YAG solid-state lasers with a stable output of millijoules at 1064 nm over a wide temperature range | |
US9356420B1 (en) | Solid state laser with multiple cores coupled by fold optics | |
JP2008130848A (en) | Laser frequency stabilizing apparatus, and laser frequency stabilizing method | |
JP2007095995A (en) | Laser device | |
Doroshenko et al. | Comparative study of the lasing properties of self-Raman capable Nd3+ doped tungstates and molybdates under diode pumping | |
Tarabrin et al. | Tunable CW solid-state Mid-IR Cr2+: CdSe single crystal laser with diode laser array pumping | |
JP2008135491A (en) | Solid-state laser device | |
CN118099918A (en) | Light source and measuring device | |
Roth et al. | End-pumped Nd: YAG laser with self-adaptive compensation of the thermal lens | |
JP2011158869A (en) | Wavelength conversion device | |
JP4114260B2 (en) | Solid state laser equipment | |
JP4470480B2 (en) | Wavelength conversion laser device | |
JP4968149B2 (en) | Solid state laser equipment | |
RU2786619C1 (en) | Single-mode solid-state laser with thermal stabilization of the diode pump and passive q-switch and its control device | |
Sousa et al. | Breadboard of microchip and avalanche photodiode in linear and Geiger mode for LiDAR applications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20120628 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180403 |