RU2571883C2 - Laser emitter - Google Patents

Laser emitter Download PDF

Info

Publication number
RU2571883C2
RU2571883C2 RU2014112205/28A RU2014112205A RU2571883C2 RU 2571883 C2 RU2571883 C2 RU 2571883C2 RU 2014112205/28 A RU2014112205/28 A RU 2014112205/28A RU 2014112205 A RU2014112205 A RU 2014112205A RU 2571883 C2 RU2571883 C2 RU 2571883C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
active element
laser emitter
optical resonator
mirrors
emitter according
Prior art date
Application number
RU2014112205/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014112205A (en
Inventor
Евгений Васильевич Шинкарев
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Эрбитек"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Эрбитек" filed Critical Закрытое акционерное общество "Эрбитек"
Priority to RU2014112205/28A priority Critical patent/RU2571883C2/en
Publication of RU2014112205A publication Critical patent/RU2014112205A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2571883C2 publication Critical patent/RU2571883C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Lasers (AREA)

Abstract

FIELD: physics, optics.
SUBSTANCE: laser emitter comprises a reflector in which there is an active element and a pumping lamp for the active element. The optical resonator mirrors are deposited at the ends of the active element and ends of the optical resonator are at an angle relative to each other. The active element is oriented such that the vertex of the angle formed by ends of the active element lies in a plane formed by axes of the pumping lamp and the active element, and is situated on the opposite side of the pumping lamp. The angle between optical resonator mirrors ranges from 30 arcseconds to 2 arcminutes.
EFFECT: compensation for the thermoacoustic effect of the pumping lamp.
16 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к твердотельным лазерным излучателям и может быть использовано как миниатюрный лазерный излучатель в различных устройствах, в частности в медицинских лазерных устройствах бесконтактной перфорации биологических тканей, работающих в режиме одиночных импульсов.The invention relates to solid-state laser emitters and can be used as a miniature laser emitter in various devices, in particular in medical laser devices for contactless perforation of biological tissues operating in the mode of single pulses.

Как известно из уровня техники, соответствующего настоящему изобретению, например, из Н.Г. Рябцев "Материалы квантовой электроники", Москва, Советское радио, 1972 год, стр.34, активный элемент твердотельного лазерного излучателя размещается в оптическом резонаторе. Оптический резонатор представляет собой два зеркала, размещенных параллельно друг другу, при этом одно из зеркал является глухим с коэффициентом отражения более 99%, второе - полупрозрачным, в большинстве случаев с коэффициентом отражения от 20% до 98%.As is known from the prior art corresponding to the present invention, for example, from N.G. Ryabtsev "Materials of quantum electronics", Moscow, Soviet Radio, 1972, p. 34, the active element of a solid-state laser emitter is placed in an optical resonator. An optical resonator consists of two mirrors placed parallel to each other, with one of the mirrors being deaf with a reflection coefficient of more than 99%, the second is translucent, in most cases with a reflection coefficient of 20% to 98%.

Зеркала оптического резонатора могут быть нанесены непосредственно на торцы активного элемента. При такой конструкции лазерный излучатель имеет меньшее количество деталей, что упрощает процесс его сборки.Mirrors of the optical resonator can be applied directly to the ends of the active element. With this design, the laser emitter has fewer parts, which simplifies the assembly process.

В отличие от лазерных излучателей, в которых зеркала оптического резонатора выполнены в виде отдельных от активного элемента деталей, зеркала резонатора такого лазерного излучателя не могут быть разъюстированы в процессе эксплуатации лазерного излучателя, например, вследствие удара или ослабевания крепежа зеркал оптического резонатора, что повышает стабильность работы конечного прибора.Unlike laser emitters, in which the optical resonator mirrors are made in the form of parts separate from the active element, the resonator mirrors of such a laser emitter cannot be misaligned during the operation of the laser emitter, for example, due to the impact or weakening of the fasteners of the optical resonator mirrors, which increases the stability of operation end device.

Кроме того, такой лазерный излучатель может быть выполнен меньшего размера по сравнению с лазерным излучателем, в котором зеркала оптического резонатора выполнены в виде отдельных от активного элемента деталей.In addition, such a laser emitter can be made smaller in comparison with a laser emitter, in which the mirrors of the optical resonator are made in the form of parts separate from the active element.

К преимуществам известных из уровня техники твердотельных лазерных излучателей с зеркалами оптического резонатора, нанесенными на торцы активного элемента, можно отнести меньшее количество энергии, требуемой для накачки активного элемента, по сравнению с твердотельными лазерными излучателями, у которых оптический резонатор выполнен в виде отдельных от активного элемента деталей, так как их внутрирезонаторные потери ниже, чем у лазерных излучателей с отдельными зеркалами оптического резонатора. Уменьшение энергии, требуемой для накачки активного элемента, означает уменьшение мощности и количества энергии, подаваемой на лампу накачки, что означает уменьшение мощности системы электропитания лазерного излучателя. В случае с мобильным лазерным излучателем потребуется уменьшение емкости элементов электропитания, что означает уменьшение веса и размеров лазерного излучателя.The advantages of solid-state laser emitters known from the prior art with optical resonator mirrors deposited on the ends of the active element include the lower amount of energy required to pump the active element compared to solid-state laser emitters, in which the optical resonator is designed as separate from the active element parts, since their intracavity losses are lower than that of laser emitters with individual mirrors of the optical resonator. A decrease in the energy required to pump the active element means a decrease in the power and amount of energy supplied to the pump lamp, which means a decrease in the power of the laser emitter power supply system. In the case of a mobile laser emitter, a reduction in the capacity of the power supply elements will be required, which means a reduction in the weight and size of the laser emitter.

Кроме того, как известно из уровня техники, наибольшая эффективность лазерного излучателя достигается при сферической форме одного или обоих торцов активного элемента.In addition, as is known from the prior art, the highest efficiency of a laser emitter is achieved with the spherical shape of one or both ends of the active element.

В настоящее время твердотельные лазерные излучатели нашли применение в миниатюрных устройствах, например в медицинских лазерных устройствах для бесконтактной перфорации биологических тканей (кожи) пальца для забора крови на анализ, в том числе и для личного пользования, например, при проведении экспресс анализа на уровень сахара в крови при помощи персонального глюкометра. В случае интеграции лазерного устройства для прокалывания с персональным глюкометром в одном корпусе, размер лазерного излучателя и его вес должны быть как можно меньшими для обеспечения лучшей эргономики прибора.At present, solid-state laser emitters have found application in miniature devices, for example, in medical laser devices for non-contact perforation of biological tissues (skin) of a finger for blood sampling for analysis, including for personal use, for example, when performing an express analysis for sugar level in blood using a personal glucometer. In the case of integration of a laser piercing device with a personal meter in one housing, the size of the laser emitter and its weight should be as small as possible to ensure the best ergonomics of the device.

Таким образом, в основу настоящего изобретения положена задача повышения эффективности (КПД) твердотельного лазерного излучателя с зеркалами, нанесенными на торцы активного элемента, то есть повышение мощности излучения лазерного излучателя без повышения его энергопотребления или снижение размеров, массы и энергопотребления лазерного излучателя без снижения мощности его излучения и с сохранением простоты сборки лазерного излучателя, в особенности для лазерных излучателей с оптически плотным активным элементом, например активным элементом из монокристалла иттрий-алюминиевого граната, легированного ионами эрбия.Thus, the present invention is based on the task of increasing the efficiency (efficiency) of a solid-state laser emitter with mirrors deposited on the ends of the active element, that is, increasing the radiation power of a laser emitter without increasing its energy consumption or reducing the size, mass and energy consumption of a laser emitter without reducing its power radiation and while maintaining the simplicity of assembly of the laser emitter, especially for laser emitters with an optically dense active element, for example, an active electron with a single crystal of yttrium aluminum garnet doped with erbium ions.

Задача, положенная в основу настоящего изобретения, решается с помощью лазерного излучателя, содержащего отражатель с размещенными в нем активным элементом и лампу накачки активного элемента, при этом зеркала оптического резонатора нанесены на торцы активного элемента, при этом зеркала оптического резонатора выполнены под углом друг к другу и активный элемент сориентирован таким образом, что вершина угла, образованная плоскостями торцов активного элемента, лежит в плоскости, образованной осями лампы накачки и активного элемента, располагается с противоположной относительно лампы накачки активного элемента стороны.The problem underlying the present invention is solved using a laser emitter containing a reflector with an active element located therein and a pump lamp of the active element, while the mirrors of the optical resonator are deposited on the ends of the active element, while the mirrors of the optical resonator are made at an angle to each other and the active element is oriented in such a way that the vertex of the angle formed by the planes of the ends of the active element lies in the plane formed by the axes of the pump lamp and the active element, Laga opposite with respect to the active element side of the pump lamp.

Выполнение торцов активного элемента под углом друг к другу позволяет компенсировать термоакустическое воздействие лампы накачки и тем самым повысить кпд лазерного излучателя.The execution of the ends of the active element at an angle to each other allows you to compensate for the thermoacoustic effect of the pump lamp and thereby increase the efficiency of the laser emitter.

Один из торцов активного элемента может быть выполнен сферическим, при этом на этом торце наносится глухое зеркало оптического резонатора.One of the ends of the active element can be made spherical, while a blind mirror of the optical resonator is applied on this end.

Также оба торца активного элемента могут быть выполнены сферическими.Also, both ends of the active element can be made spherical.

Выполнение торцов активного элемента и соответственно зеркал оптического резонатора сферическими повышает эффективность устройства.The execution of the ends of the active element and, accordingly, the mirrors of the optical resonator spherical increases the efficiency of the device.

Наибольший эффект от предложенных нововведений достигается, когда активный элемент выполнен из оптически плотного материала с поглощением излучения лампы накачки близким к 100% за один проход на толщине активного элемента, например, из кристалла иттрий-алюминиевого граната, легированного ионами эрбия (ИАГ:Er). Предпочтительно, концентрация эрбия в кристалле иттрий-алюминиевого граната составляет 30% до 80% ат.The greatest effect of the proposed innovations is achieved when the active element is made of an optically dense material with absorption of the pump lamp radiation close to 100% in one pass on the thickness of the active element, for example, from a yttrium-aluminum garnet crystal doped with erbium ions (YAG: Er). Preferably, the erbium concentration in the yttrium-aluminum garnet crystal is 30% to 80% at.

Также наибольший положительный эффект достигается в случае, если угол между зеркалами оптического резонатора составляет от 30 угловых секунд до 2 угловых минут, предпочтительно, от 30 угловых секунд до 60 угловых секунд.Also, the greatest positive effect is achieved if the angle between the mirrors of the optical resonator is from 30 arc seconds to 2 arc minutes, preferably from 30 arc seconds to 60 arc seconds.

Кроме того, задача, положенная в основу настоящего изобретения, решается с помощью активного элемента лазерного излучателя, на торцах которого нанесены зеркала оптического резонатора, при этом зеркала оптического резонатора выполнены под углом друг к другу.In addition, the problem underlying the present invention is solved using the active element of the laser emitter, at the ends of which are deposited the mirrors of the optical resonator, while the mirrors of the optical resonator are made at an angle to each other.

Выполнение торцов активного элемента под углом друг к другу позволяет компенсировать термоакустическое воздействие лампы накачки и тем самым повысить кпд лазерного излучателя.The execution of the ends of the active element at an angle to each other allows you to compensate for the thermoacoustic effect of the pump lamp and thereby increase the efficiency of the laser emitter.

Один из торцов активного элемента может быть выполнен сферическим, при этом на этом торце наносится глухое зеркало оптического резонатора.One of the ends of the active element can be made spherical, while a blind mirror of the optical resonator is applied on this end.

Также оба торца активного элемента могут быть выполнены сферическими.Also, both ends of the active element can be made spherical.

Выполнение торцов активного элемента и соответственно зеркал оптического резонатора сферическими повышает эффективность устройства.The execution of the ends of the active element and, accordingly, the mirrors of the optical resonator spherical increases the efficiency of the device.

Наибольший эффект от предложенных нововведений достигается, когда активный элемент выполнен из оптически плотного материала с поглощением излучения лампы накачки близким к 100% за один проход на толщине активного элемента, например из кристалла иттрий-алюминиевого граната, легированного ионами эрбия (ИАГ:Er). Предпочтительно, концентрация эрбия в кристалле иттрий-алюминиевого граната составляет 30% до 80% ат.The greatest effect of the proposed innovations is achieved when the active element is made of an optically dense material with absorption of the pump lamp radiation close to 100% in one pass on the thickness of the active element, for example, a yttrium-aluminum garnet crystal doped with erbium ions (YAG: Er). Preferably, the erbium concentration in the yttrium-aluminum garnet crystal is 30% to 80% at.

Также наибольший положительный эффект достигается в случае, если угол между зеркалами оптического резонатора составляет от 30 угловых секунд до 2 угловых минут, предпочтительно, от 30 угловых секунд до 60 угловых секунд.Also, the greatest positive effect is achieved if the angle between the mirrors of the optical resonator is from 30 arc seconds to 2 arc minutes, preferably from 30 arc seconds to 60 arc seconds.

Далее приводится описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:The following is a description of preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings, in which:

фиг.1 изображает принципиальную схему расположения элементов лазерного излучателя;figure 1 depicts a schematic diagram of the location of the elements of the laser emitter;

фиг.2 изображает принципиальную схему элементов лазерного излучателя согласно одному из вариантов выполнения изобретения;figure 2 depicts a schematic diagram of the elements of a laser emitter according to one embodiment of the invention;

фиг.3 изображает принципиальную схему элементов лазерного излучателя согласно одному из вариантов выполнения изобретения.figure 3 depicts a schematic diagram of the elements of a laser emitter according to one embodiment of the invention.

Как показано на фиг.1 лазерный излучатель состоит из активного элемента 1, лампы 2 накачки и отражателя 3.As shown in figure 1, the laser emitter consists of an active element 1, a pump lamp 2 and a reflector 3.

Активный элемент имеет цилиндрическую форму. В случае лазерного излучателя, предназначенного для использования в медицинских лазерных устройствах бесконтактной перфорации биологических тканей, диаметр активного элемента составляет от 2 до 5 мм.The active element has a cylindrical shape. In the case of a laser emitter intended for use in medical laser devices for non-contact perforation of biological tissues, the diameter of the active element is from 2 to 5 mm.

Согласно предпочтительному варианту выполнения настоящего изобретения, в качестве активного элемента 1 используется монокристалл иттрий-алюминиевого граната, легированного ионами эрбия (ИАГ:Er).According to a preferred embodiment of the present invention, an yttrium aluminum garnet single crystal doped with erbium ions (YAG: Er) is used as the active element 1.

Активный элемент 1 и лампа 2 накачки установлены внутри отражателя 3.The active element 1 and the pump lamp 2 are installed inside the reflector 3.

Отражатель 3 имеет форму полого цилиндра. Внутренняя поверхность отражателя 3 имеет отражающие свойства. Предпочтительно отражатель 3 выполняется в виде кварцевой трубки, внешняя поверхность которой покрыта слоем серебра и дополнительными защитными слоями, предотвращающими серебряный слой от процесса окисления под воздействием внешней среды.The reflector 3 has the shape of a hollow cylinder. The inner surface of the reflector 3 has reflective properties. Preferably, the reflector 3 is in the form of a quartz tube, the outer surface of which is covered with a layer of silver and additional protective layers that prevent the silver layer from the oxidation process under the influence of the external environment.

Излучатель работает следующим образом.The emitter operates as follows.

На лампу 2 накачки подается питание, лампа инициируется и начинает работу, а именно, начинает излучать световое излучение.Power is supplied to the pump lamp 2, the lamp is initiated and starts to work, namely, it starts to emit light radiation.

Световое излучение от лампы 2 накачки попадает на активный элемент 1 и на отражающую поверхность отражателя 3. Световое излучение, отраженное и переотраженное от отражателя 3, также попадает на активный элемент 1.The light radiation from the pump lamp 2 falls on the active element 1 and on the reflective surface of the reflector 3. The light radiation reflected and reflected from the reflector 3 also falls on the active element 1.

В результате работы лампы 2 накачки на этапе накачки лазера световое излучение от лампы 2 накачки и отраженное, а также переотраженное световое излучение от отражателя 3 проходит через активный элемент 1. Другими словами, на активный элемент 1 подается энергия накачки лазера.As a result of the operation of the pump lamp 2 at the stage of pumping the laser, the light radiation from the pump lamp 2 and the reflected as well as reflected light from the reflector 3 passes through the active element 1. In other words, the laser pump energy is supplied to the active element 1.

Как известно, при прохождении определенного светового излучения через активный элемент 1, происходит индуцирование вынужденного излучения.As you know, with the passage of a certain light radiation through the active element 1, the induced radiation is induced.

Для накопления и соответственно усиления вынужденного излучения активный элемент 1 помещается в оптический резонатор.For the accumulation and, accordingly, amplification of stimulated emission, the active element 1 is placed in an optical resonator.

В традиционных конструкциях твердотельных лазеров активный элемент помещается между двумя зеркалами. Одно из зеркал является выходным с коэффициентом отражения от 20 до 98%, второе является глухим с коэффициентом отражения более 99%.In traditional solid-state laser designs, an active element is placed between two mirrors. One of the mirrors is output with a reflection coefficient of 20 to 98%, the second is deaf with a reflection coefficient of more than 99%.

В результате происходит многократное отражение индуцированного вынужденного излучения от зеркал оптического резонатора с прохождением этого излучения через активный элемент 1. При этом данное проходящее вынужденное излучение вызывает генерацию атомами активного элемента 1 новых фотонов. Таким образом происходит накопление и усиление лазерного излучения.As a result, the induced stimulated emission is reflected repeatedly from the mirrors of the optical resonator with the passage of this radiation through the active element 1. In this case, the transmitted stimulated radiation causes the generation of new photons by the atoms of the active element 1. Thus, the accumulation and amplification of laser radiation occurs.

После накопления энергии лазерного излучения до определенного уровня через выходное зеркало испускается энергия лазерного излучения высокой интенсивности.After the energy of laser radiation is accumulated to a certain level, high-intensity laser radiation is emitted through the output mirror.

Уровень энергии лазерного излучения определяется характеристиками выходного зеркала и параметрами накачки.The energy level of laser radiation is determined by the characteristics of the output mirror and pump parameters.

Очевидно, что для достижения максимальной эффективности, зеркала оптического резонатора должны быть расположены параллельно друг другу и перпендикулярно центральной оси активного элемента 1. Иначе происходит потеря накапливаемого лазерного излучения и снижается эффективность генерации лазерного излучения активным элементом.Obviously, to achieve maximum efficiency, the mirrors of the optical resonator should be parallel to each other and perpendicular to the central axis of the active element 1. Otherwise, the accumulated laser radiation is lost and the efficiency of laser radiation generation by the active element is reduced.

Согласно настоящему изобретению, для обеспечения небольших размеров лазерного излучателя, для упрощения конструкции и повышения надежности лазерного излучателя глухое зеркало 4 и выпускное зеркало 5 оптического резонатора нанесены непосредственно на торцевые грани активного элемента 1. Предпочтительно глухое зеркало 4 и выпускное зеркало 5 напылены на торцевые грани активного элемента 1.According to the present invention, to ensure the small size of the laser emitter, to simplify the design and improve the reliability of the laser emitter, a blind mirror 4 and an exhaust mirror 5 of the optical resonator are deposited directly on the end faces of the active element 1. Preferably, a blind mirror 4 and an exhaust mirror 5 are sprayed on the end faces of the active element 1.

В результате проведенных исследований было выявлено, что на этапе накачки в режиме работы одиночных импульсов активного элемента 1 в лазерном излучателе возникают следующие эффекты.As a result of the studies, it was revealed that at the stage of pumping in the mode of operation of single pulses of the active element 1 in the laser emitter, the following effects occur.

На активный элемент 1 воздействует ударная волна от лампы накачки 2. В результате происходит деформация активного элемента 1, а именно его механический прогиб.The active element 1 is affected by a shock wave from the pump lamp 2. As a result, the active element 1 is deformed, namely, its mechanical deflection.

Также имеет место неравномерный прогрев оптического элемента 1 в момент накачки, поскольку лампа 2 накачки расположена с одной стороны относительно активного элемента 1. Таким образом сторона активного элемента 1, обращенная к лампе 2 накачки, поглощает большее количество излучения от лампы 2 накачки, чем противоположная относительно лампы 2 накачки сторона активного элемента 1.There is also uneven heating of the optical element 1 at the time of pumping, since the pump lamp 2 is located on one side relative to the active element 1. Thus, the side of the active element 1 facing the pump lamp 2 absorbs more radiation from the pump lamp 2 than the opposite relative to lamp 2 pump side of the active element 1.

В результате указанного выше неравномерного нагрева также происходит деформация активного элемента 1, а именно, его механический прогиб.As a result of the above uneven heating, deformation of the active element 1 also occurs, namely, its mechanical deflection.

В случае, соответствующем настоящему изобретению, когда зеркала 4 и 5 нанесены непосредственно на торцевые грани активного элемента 1, при деформации активного элемента 1 происходит разъюстировка зеркал 4 и 5 оптического резонатора друг относительно друга. В результате зеркала 4 и 5 выходят из параллельного положения, то есть изменяются угловые характеристики оптического резонатора, происходит увеличение внутрирезонаторных потерь и снижается эффективность генерации лазерного излучателя.In the case corresponding to the present invention, when the mirrors 4 and 5 are applied directly to the end faces of the active element 1, when the active element 1 is deformed, the mirrors 4 and 5 of the optical resonator are misaligned relative to each other. As a result, mirrors 4 and 5 come out of a parallel position, that is, the angular characteristics of the optical resonator change, the intracavity losses increase, and the laser emitter generation efficiency decreases.

Как указано выше, в качестве активного элемента 1, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, используется кристалл иттрий-алюминиевого граната, легированного ионами эрбия (ИАГ:Er).As indicated above, as the active element 1, according to a preferred embodiment of the invention, a crystal of yttrium-aluminum garnet doped with erbium ions (YAG: Er) is used.

Материал ИАГ:Er с концентрацией эрбия 50% ат. является оптически плотной средой и свет от лампы накачки большей частью поглощается за один проход по сечению кристалла в отличие, от материала иттрий-алюминиевого граната, легированного ионами неодима (Nd:YAG) с концентрацией неодима 1% ат., где для полного поглощения излучение от лампы 2 накачки проходит через кристалл 4-6 раз, переотражаясь от поверхности отражателя 3.YAG material: Er with an erbium concentration of 50% at. is an optically dense medium and the light from the pump lamp is mostly absorbed in one pass over the crystal cross section, in contrast to the material of yttrium-aluminum garnet doped with neodymium ions (Nd: YAG) with a neodymium concentration of 1% at., where for complete absorption the radiation from The lamp 2 of the pump passes through the crystal 4-6 times, being reflected from the surface of the reflector 3.

Таким образом, термический эффект для оптически плотных сред, таких как кристалл ИАГ:Er, выражен более сильно по сравнению с оптически прозрачными средами.Thus, the thermal effect for optically dense media, such as a YAG: Er crystal, is more pronounced compared to optically transparent media.

Указанное выше воздействие лампы 2 накачки, оказываемое на активный элемент 1, называется термоакустическим воздействием.The above effect of the pump lamp 2 exerted on the active element 1 is called a thermoacoustic effect.

На фиг.1 позицией 1а обозначен активный элемент при термоакустическом воздействии (схематическое изображение).In figure 1, the position 1a denotes the active element during thermoacoustic exposure (schematic image).

Данный эффект обуславливает более существенное отрицательное воздействие на эффективность работы лазерного излучателя в режиме работы одиночных импульсов, т.к. при других режимах генерации, например, в частотном режиме или непрерывном режиме, активный элемент через некоторое время переходит в состояние равновесия термооптических процессов.This effect leads to a more significant negative impact on the efficiency of the laser emitter in the operation mode of single pulses, because in other modes of generation, for example, in the frequency mode or continuous mode, the active element after a while goes into the equilibrium state of thermo-optical processes.

Как показано на фиг.2, для повышения эффективности лазерного излучателя, согласно настоящему изобретению, применяется активный элемент 1, в котором зеркала 4 и 5 оптического резонатора нанесены непосредственно на торцы активного элемента 1, и торцы активного элемента изготовлены с обеспечением компенсации термоакустического воздействия, возникающего при запуске лампы 2 накачки.As shown in FIG. 2, to increase the efficiency of the laser emitter according to the present invention, an active element 1 is used, in which the mirrors 4 and 5 of the optical resonator are applied directly to the ends of the active element 1, and the ends of the active element are made to compensate for the thermoacoustic effect arising when starting the lamp 2 pumping.

Торцы активного элемента 1, согласно настоящему изобретению, выполняются не параллельно друг другу, а под определенным углом α1 друг относительно друга.The ends of the active element 1, according to the present invention, are not parallel to each other, but at a certain angle α 1 relative to each other.

Соответственно, зеркала 4 и 5 оптического резонатора, нанесенные на торцы активного элемента 1, также размещены не параллельно, а под углом α1 друг относительно друга.Accordingly, the mirrors 4 and 5 of the optical resonator deposited on the ends of the active element 1 are also not arranged in parallel, but at an angle α 1 relative to each other.

Данный угол α1 подбирается с обеспечением компенсации изменений характеристик оптического резонатора, возникающих в результате термоакустического воздействия на активный элемент 1 лазерного излучателя.This angle α 1 is selected to compensate for changes in the characteristics of the optical resonator that occur as a result of thermoacoustic action on the active element 1 of the laser emitter.

А именно, данный угол α1 выбирается таким образом, что зеркала 4 и 5 оптического резонатора при деформации активного элемента 1 при термоакустическом воздействии приводятся в параллельное или близкое к параллельному положение.Namely, this angle α 1 is selected in such a way that the mirrors 4 and 5 of the optical resonator are brought into parallel or close to parallel when the active element 1 is deformed by thermoacoustic action.

При этом активный элемент 1 размещается относительно лампы 2 накачки таким образом, что вершина угла α1, образованная плоскостями торцов активного элемента 1, лежит в плоскости, образованной осями лампы 2 накачки и активного элемента 1 и располагается с противоположной относительно лампы 2 накачки стороны.In this case, the active element 1 is placed relative to the pump lamp 2 in such a way that the apex of the angle α 1 formed by the end planes of the active element 1 lies in the plane formed by the axes of the pump lamp 2 and the active element 1 and is located on the opposite side to the pump lamp 2.

Данный аспект обеспечивает снижение внутрирезонаторных потерь. Соответственно, повышается эффективность процесса индуцирования вынужденного излучения в активном элементе 1. В результате излучение от лампы 2 накачки используется более эффективно, что позволяет повысить кпд лазерного излучателя.This aspect provides a reduction in intracavity losses. Accordingly, the efficiency of the induced radiation induction process in the active element 1 is increased. As a result, the radiation from the pump lamp 2 is used more efficiently, which makes it possible to increase the efficiency of the laser emitter.

Соответственно, имеется возможность повышения мощности излучения лазерного излучателя без повышения его энергопотребления или возможность снижения размеров, массы и энергопотребления лазерного излучателя без снижения мощности его излучения. При этом сохраняется простота сборки лазерного излучателя, так как данный лазерный излучатель не содержит каких-либо дополнительных деталей.Accordingly, there is the possibility of increasing the radiation power of the laser emitter without increasing its energy consumption or the possibility of reducing the size, mass and energy consumption of the laser emitter without reducing its radiation power. At the same time, the ease of assembly of the laser emitter is maintained, since this laser emitter does not contain any additional parts.

В результате выполнения торцов активного элемента 1 и соответственно зеркал 4 и 5 оптического резонатора под углом α1 друг относительно друга, торцы активного элемента 1 и соответственно зеркала 4 и 5 оптического резонатора также расположены под углами α2 и α3 относительно центральной оси активного элемента 1.As a result of the execution of the ends of the active element 1 and, respectively, of the mirrors 4 and 5 of the optical resonator at an angle α 1 relative to each other, the ends of the active element 1 and, respectively, of the mirrors 4 and 5 of the optical resonator are also located at angles α 2 and α 3 relative to the central axis of the active element 1 .

Конкретное значение углов α1, α2 и α3 выбирается с учетом размеров активного элемента 1, его плотности, его оптической плотности, параметров накачки активного элемента, в том числе характеристик лампы 2 накачки и ее расположения относительно активного элемента 1 и отражателя 3, а также характеристик отражателя 3. Указанные углы наклона выбираются с обеспечением максимальной компенсации термоакустического воздействия на активный элемент 1.The specific value of the angles α 1 , α 2 and α 3 is selected taking into account the dimensions of the active element 1, its density, its optical density, pump parameters of the active element, including the characteristics of the pump lamp 2 and its location relative to the active element 1 and reflector 3, and also the characteristics of the reflector 3. The indicated tilt angles are selected to ensure maximum compensation of the thermoacoustic effect on the active element 1.

Так, для активного элемента 1, выполненного из кристалла иттрий-алюминиевого граната, легированного ионами эрбия (ИАГ:Er), угол α1 составляет от 30 угловых секунд до 2 угловых минут.So, for the active element 1, made of a crystal of yttrium-aluminum garnet doped with erbium ions (YAG: Er), the angle α 1 is from 30 arc seconds to 2 arc minutes.

В некоторых случаях, при определенных характеристиках лазерного излучателя, один из торцов активного элемента 1 и соответственно одно из зеркал 4 и 5 оптического резонатора может быть выполнено перпендикулярно центральной оси активного элемента 1.In some cases, with certain characteristics of the laser emitter, one of the ends of the active element 1 and, accordingly, one of the mirrors 4 and 5 of the optical resonator can be perpendicular to the central axis of the active element 1.

Таким образом, углы α2 и α3 могут иметь значение от 90° до 90° - α1.Thus, the angles α 2 and α 3 can have a value from 90 ° to 90 ° - α 1 .

Как указывается выше, наибольшая эффективность лазерного излучателя достигается при сферической форме одного или обоих торцов активного элемента 1.As indicated above, the highest efficiency of the laser emitter is achieved with the spherical shape of one or both ends of the active element 1.

На фиг.3 показан вариант выполнения активного элемента 1 с обоими торцами сферической формы.Figure 3 shows an embodiment of the active element 1 with both ends of a spherical shape.

Для данного варианта выполнения присущи все признаки активного элемента с плоскими торцами и соответствующего лазерного излучателя.For this embodiment, all the features of the active element with flat ends and the corresponding laser emitter are inherent.

Однако сферическая поверхность одного или обоих торцов активного элемента 1 формируется с обеспечением наклона секущей плоскости образованного сегмента сферы. Углы α1, α2 и α3 задаются и определяются в отношении секущей плоскости образованного сегмента сферы.However, the spherical surface of one or both ends of the active element 1 is formed with the inclination of the secant plane of the formed segment of the sphere. The angles α 1 , α 2 and α 3 are set and determined in relation to the secant plane of the formed segment of the sphere.

Claims (16)

1. Лазерный излучатель, содержащий отражатель с размещенными в нем активным элементом и лампу накачки активного элемента, при этом зеркала оптического резонатора нанесены на торцы активного элемента, отличающийся тем, что зеркала оптического резонатора выполнены под углом друг к другу и активный элемент сориентирован таким образом, что вершина угла, образованная плоскостями торцов активного элемента, лежит в плоскости, образованной осями лампы накачки и активного элемента, располагается с противоположной относительно лампы накачки стороны, при этом угол между зеркалами оптического резонатора составляет от 30 угловых секунд до 2 угловых минут.1. A laser emitter comprising a reflector with an active element located therein and a pump lamp of the active element, wherein the mirrors of the optical resonator are deposited on the ends of the active element, characterized in that the mirrors of the optical resonator are angled to each other and the active element is oriented in such a way that the vertex of the angle formed by the planes of the ends of the active element lies in the plane formed by the axes of the pump lamp and the active element, is located opposite to the pump lamp st hand, the angle between the mirrors of the optical resonator the angular range from 30 seconds to 2 minutes of arc. 2. Лазерный излучатель по п. 1, отличающийся тем, что один из торцов активного элемента выполнен сферическим, при этом на этом торце нанесено глухое зеркало оптического резонатора.2. The laser emitter according to claim 1, characterized in that one of the ends of the active element is made spherical, while a blind mirror of the optical resonator is applied to this end. 3. Лазерный излучатель по п. 2, отличающийся тем, что оба торца активного элемента выполнены сферическими.3. The laser emitter according to claim 2, characterized in that both ends of the active element are made spherical. 4. Лазерный излучатель по любому из пп. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что активный элемент может быть выполнен из оптически плотного материала, с поглощением излучения лампы накачки близким к 100% за один проход на толщине активного элемента.4. The laser emitter according to any one of paragraphs. 1, 2 or 3, characterized in that the active element can be made of optically dense material, with the absorption of the radiation of the pump lamp close to 100% in one pass on the thickness of the active element. 5. Лазерный излучатель по п. 4, отличающийся тем, что активный элемент выполнен из кристалла иттрий-алюминиевого граната, легированного ионами эрбия (ИАГ:Er).5. The laser emitter according to claim 4, characterized in that the active element is made of a crystal of yttrium-aluminum garnet doped with erbium ions (YAG: Er). 6. Лазерный излучатель по п. 5, отличающийся тем, что концентрация эрбия в кристалле иттрий-алюминиевого граната составляет от 30% до 80% ат.6. The laser emitter according to claim 5, characterized in that the concentration of erbium in the crystal of yttrium-aluminum garnet is from 30% to 80% at. 7. Лазерный излучатель по любому из пп. 1, 2, 3, 5 или 6, отличающийся тем, что угол между зеркалами оптического резонатора составляет от 30 угловых секунд до 60 угловых секунд.7. The laser emitter according to any one of paragraphs. 1, 2, 3, 5 or 6, characterized in that the angle between the mirrors of the optical resonator is from 30 arc seconds to 60 arc seconds. 8. Лазерный излучатель по п. 4, отличающийся тем, что угол между зеркалами оптического резонатора составляет от 30 угловых секунд до 60 угловых секунд.8. The laser emitter according to claim 4, characterized in that the angle between the mirrors of the optical resonator is from 30 arc seconds to 60 arc seconds. 9. Активный элемент лазерного излучателя, на торцах которого нанесены зеркала оптического резонатора, отличающийся тем, что зеркала оптического резонатора выполнены под углом друг к другу, при этом угол между зеркалами оптического резонатора составляет от 30 угловых секунд до 2 угловых минут.9. The active element of the laser emitter, at the ends of which the mirrors of the optical resonator are applied, characterized in that the mirrors of the optical resonator are made at an angle to each other, while the angle between the mirrors of the optical resonator is from 30 arc seconds to 2 arc minutes. 10. Активный элемент лазерного излучателя по п. 9, отличающийся тем, что один из торцов активного элемента выполнен сферическим, при этом на этом торце нанесено глухое зеркало оптического резонатора.10. The active element of the laser emitter according to claim 9, characterized in that one of the ends of the active element is made spherical, while a blind mirror of the optical resonator is applied to this end. 11. Активный элемент лазерного излучателя по п. 10, отличающийся тем, что оба торца активного элемента выполнены сферическими.11. The active element of the laser emitter according to claim 10, characterized in that both ends of the active element are made spherical. 12. Активный элемент лазерного излучателя по любому из пп. 9, 10 или 11, отличающийся тем, что активный элемент может быть выполнен из оптически плотного материала с поглощением излучения лампы накачки близким к 100% за один проход на толщине активного элемента.12. The active element of the laser emitter according to any one of paragraphs. 9, 10 or 11, characterized in that the active element can be made of optically dense material with absorption of the radiation of the pump lamp close to 100% in one pass on the thickness of the active element. 13. Активный элемент лазерного излучателя по п. 12, отличающийся тем, что активный элемент выполнен из кристалла иттрий-алюминиевого граната, легированного ионами эрбия (ИАГ:Er).13. The active element of the laser emitter according to claim 12, characterized in that the active element is made of a yttrium-aluminum garnet crystal doped with erbium ions (YAG: Er). 14. Активный элемент лазерного излучателя по п. 13, отличающийся тем, что концентрация эрбия в кристалле иттрий-алюминиевого граната составляет от 30% до 80% ат.14. The active element of the laser emitter according to claim 13, characterized in that the concentration of erbium in the crystal of yttrium-aluminum garnet is from 30% to 80% at. 15. Активный элемент лазерного излучателя по любому из пп. 9, 10, 11, 13 или 14, отличающийся тем, что угол между зеркалами оптического резонатора составляет от 30 угловых секунд до 60 угловых секунд.15. The active element of the laser emitter according to any one of paragraphs. 9, 10, 11, 13 or 14, characterized in that the angle between the mirrors of the optical resonator is from 30 arc seconds to 60 arc seconds. 16. Активный элемент лазерного излучателя по п. 12, отличающийся тем, что угол между зеркалами оптического резонатора составляет от 30 угловых секунд до 60 угловых секунд. 16. The active element of the laser emitter according to claim 12, characterized in that the angle between the mirrors of the optical resonator is from 30 arc seconds to 60 arc seconds.
RU2014112205/28A 2014-03-31 2014-03-31 Laser emitter RU2571883C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014112205/28A RU2571883C2 (en) 2014-03-31 2014-03-31 Laser emitter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014112205/28A RU2571883C2 (en) 2014-03-31 2014-03-31 Laser emitter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014112205A RU2014112205A (en) 2015-10-10
RU2571883C2 true RU2571883C2 (en) 2015-12-27

Family

ID=54289303

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014112205/28A RU2571883C2 (en) 2014-03-31 2014-03-31 Laser emitter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2571883C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5341393A (en) * 1990-05-10 1994-08-23 Fuji Photo Film Co., Ltd. Laser-diode-pumped solid-state laser
US5978405A (en) * 1998-03-06 1999-11-02 Cymer, Inc. Laser chamber with minimized acoustic and shock wave disturbances
EP1063740A2 (en) * 1999-06-21 2000-12-27 Litton Systems, Inc. Side pumped, Q-switched microlaser
US20070237190A1 (en) * 2006-01-18 2007-10-11 Toei Industry, Co., Ltd. High-power Er: YAG laser

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5341393A (en) * 1990-05-10 1994-08-23 Fuji Photo Film Co., Ltd. Laser-diode-pumped solid-state laser
US5978405A (en) * 1998-03-06 1999-11-02 Cymer, Inc. Laser chamber with minimized acoustic and shock wave disturbances
EP1063740A2 (en) * 1999-06-21 2000-12-27 Litton Systems, Inc. Side pumped, Q-switched microlaser
US20070237190A1 (en) * 2006-01-18 2007-10-11 Toei Industry, Co., Ltd. High-power Er: YAG laser

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014112205A (en) 2015-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20020118718A1 (en) Parasitic oscillation suppression in solid state lasers using optical coatings
JP7396299B2 (en) laser equipment
US6160934A (en) Hollow lensing duct
RU2571883C2 (en) Laser emitter
US3238470A (en) Laser pumping using an ellipsoid reflector
US20070036195A1 (en) Active element for a laser source and laser source comprising such an active element
US7577179B2 (en) Laser irradiation apparatus
RU2593819C1 (en) Infrared solid-state laser
JP6551898B1 (en) Laser device, light source and measuring device
JPH0563263A (en) Semiconductor laser-pumped solid-state laser device
WO2017204358A1 (en) Solid-state laser device
CN114122885A (en) Light-gathering cavity of lamp-pumped laser and lamp-pumped laser
US20110134945A1 (en) Lengthening the path of a pump beam in a monolothic solid state laser apparatus
US3621457A (en) Unitary glass laser system with asymmetrical pumping
KR100269185B1 (en) Laser apparatus
JP2003086873A (en) Passive q switch laser
US3508165A (en) Claddings for lasers
JPWO2009072270A1 (en) Laser unit
US5724372A (en) Diode-pumped laser system using uranium-doped Q-switch
EP0407194B1 (en) Input/output ports for a lasing medium
RU2623688C1 (en) Laser with longitudinal pumping
US5005182A (en) Laser pumping apparatus
RU2638078C1 (en) Compact infrared solid-state laser
JP5015701B2 (en) Laser irradiation device
US20200244033A1 (en) Device for cooling locally

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170401