RU2703934C1 - Лазер с поперечной диодной накачкой - Google Patents
Лазер с поперечной диодной накачкой Download PDFInfo
- Publication number
- RU2703934C1 RU2703934C1 RU2017105156A RU2017105156A RU2703934C1 RU 2703934 C1 RU2703934 C1 RU 2703934C1 RU 2017105156 A RU2017105156 A RU 2017105156A RU 2017105156 A RU2017105156 A RU 2017105156A RU 2703934 C1 RU2703934 C1 RU 2703934C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- active element
- laser
- reflectors
- radiation
- pumping
- 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
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/094049—Guiding of the pump light
-
- 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
- H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
- H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
- H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
- H01S3/0941—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light of a laser diode
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к импульсным твердотельным лазерам. Лазер с поперечной диодной накачкой содержит активный элемент и параллельно расположенный источник накачки в виде линейки лазерных диодов. В состав введены два отражателя, установленных вдоль продольной оси активного элемента на всем протяжении источника накачки и расположенных по разную сторону от поперечной оси, соединяющей центр активного элемента и линейку лазерных диодов, под углами к этой оси, при которых энергия выходного лазерного излучения максимальна. Отражатели одной своей стороной примыкают к активному элементу на минимально возможном расстоянии от него и перекрывают своей поверхностью излучение накачки, включая крайние лучи с углами, близкими к ϕmax. Расстояние L от линейки лазерных диодов до оси активного элемента диаметром 2r удовлетворяет условию, где αmax - половина угла расходимости излучения накачки. Отражатели могут иметь кривизну в плоскости поперечного сечения активного элемента. Также могут быть введены несколько источников накачки с отражателями по периферии активного элемента. Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения КПД накачки. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к лазерной технике, а именно, к импульсным твердотельным лазерам.
Известны твердотельные лазеры, содержащие активный элемент и параллельно расположенный источник оптической накачки в виде газорязрядной лампы [1]. Такие лазеры имеют значительные энергетические потери ввиду несовпадения спектра излучения ламп со спектром поглощения активного элемента.
Этот недостаток устранен в лазерах с полупроводниковой накачкой. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является лазерный излучатель, описанный в [2].
Указанный лазерный излучатель содержит активный элемент с параллельно расположенным источником накачки в виде линейки лазерных диодов. Такая конфигурация устройства характеризуется неравномерным освещением активного элемента - во-первых, из-за высокой расходимости излучения лазерных диодов в поперечном сечении устройства, во-вторых, вследствие колоколообразого характера распределения интенсивности излучения лазерных диодов в этом сечении. Вследствие этого неизбежны апертурные потери энергии излучения накачки и неравномерное распределение энергии накачки в объеме активного элемента. Все это приводит к снижению эффективности накачки и уменьшению выходной энергии лазера.
Задачей изобретения является повышение КПД и увеличение выходной энергии лазера.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном лазере с поперечной диодной накачкой, содержащем активный элемент и параллельно расположенный источник накачки в виде линейки лазерных диодов, введены два отражателя, установленных вдоль продольной оси активного элемента на всем протяжении источника накачки и расположенных по разную сторону от поперечной оси, соединяющей центр активного элемента и линейку лазерных диодов, под углами к этой оси, при которых энергия выходного лазерного излучения максимальна, причем отражатели одной своей стороной примыкают к активному элементу на минимально возможном расстоянии от него и перекрывают своей поверхностью излучение накачки, включая крайние лучи с углами, близкими к ϕmax, а расстояние L от линейки лазерных диодов до оси активного элемента диаметром 2r удовлетворяет условию , где ϕmax - половина угла расходимости излучения накачки.
Отражатели могут иметь кривизну в плоскости поперечного сечения активного элемента, при которой энергия выходного лазерного излучения максимальна
По периферии активного элемента могут быть введены несколько источников накачки с отражателями.
На фиг. 1 представлена конструкция лазера. Фиг. 2 иллюстрирует принцип действия устройства. На фиг. 3 показано распределение энергии излучения накачки в поперечном сечении активного элемента - исходное и откорректированное зеркалами при разном угле наклона.
Лазер (фиг. 1, 2) включает источник накачки 1, с линейкой лазерных диодов 2, активный элемент 3 и отражатели 4, 5.
Устройство работает следующим образом.
Часть излучения накачки от источника 1, распространяющаяся в пределах угла 2ϕ≤2ϕr, непосредственно попадает на активный элемент 3. В обозначениях фиг. 2, 3 tgϕr=r/L, где r - половина диаметра активного элемента, a L - расстояние от линейки лазерных диодов 2 до оси активного элемента 3. Лучи с углами ϕ>ϕr отклоняются в сторону активного элемента отражателями 4, 5. При этом происходит зеркальное оборачивание боковых ветвей углового распределения накачки на его центральную часть (фиг. 3) - так, что максимальные значения энергетической плотности отраженных в сторону активного элемента боковых ветвей излучения оказываются у краев активного элемента, а минимальные - в его центральной части. Тем самым, во-первых, устраняются апертурные потери излучения накачки, а, во-вторых, выравнивается колоколообразный характер углового распределения [3], и его вершина становится более прямоугольной или даже вогнутой. Оптимальный выбор расстояния L и угла α позволяет сформировать такое распределение излучения накачки, при котором происходит наиболее равномерное возбуждение активного элемента во всем его объеме. При этом обеспечивается максимальная эффективность накачки, благодаря чему реализуются максимальный КПД и максимальная энергия выходного излучения лазера. На фиг. 3 показан характер распределения энергии в сечении активного элемента при разных значениях углов α для левой ветви распределения (α1) и правой ветви (α2). Видно (фиг. 3), что при меньшем значении α=α2 формируется более пологая вершина распределения излучения накачки. Если источник накачки расположен вплотную к активному элементу, т.е. ϕmax<ϕr, то коррекция формы распределения энергии невозможна. Этим обусловлено ограничение на расстояние .
При необходимости, если первичное угловое распределение излучения не позволяет сформировать оптимальное распределение с помощью прямых отражателей, то отражатели могут быть выполнены с кривизной R в поперечном сечении, как отражатель 5 на фиг 2 (на фиг. 1 этот отражатель условно не показан). При указанном направлении изгиба отражателя расходимость излучения после отражателя увеличивается, а при противоположном направлении изгиба - уменьшается. Благодаря этому обеспечивается возможность более эффективного использования боковых ветвей излучения накачки при больших значениях угла ϕmax-ϕr.
Для ускорения процесса накачки и выравнивания распределения накачки в объеме активного элемента могут быть введены несколько источников накачки с отражателями по периферии активного элемента - два источника с противоположных сторон активного элемента или три источника, центральносимметрично расположенные вокруг активного элемента под углами 120° один относительно другого.
Пример 1.
Нормированное распределение плотности энергии Е в поперечном сечении излучения накачки имеет колоколообразную синусквадратную форму [3]
при условии
где ϕmax - половина полного угла расходимости излучения накачки;
w - масштабный коэффициент.
Если ϕmax=20°, то из (2) следует w=90/20=4,5.
Если уровень плотности Е(ϕ) на краю активного элемента равен Е(ϕr)=0,5, то
Поскольку tgϕr=r/L, то при r=2 мм расстояние L=2/tg(10°)=11,3 мм.
Пример 2.
Пусть L1 - расстояние от линейки лазерных диодов до точки касания отражателя лучом, падающим под углом ϕ (фиг. 2). В обозначениях фиг. 2 выполняется соотношение
Откуда
Пусть L=11 мм, L1=2 мм, r=2 мм, ϕ=20° (крайний луч).
На фиг. 3 показан характер влияния угла α на форму отраженных в сторону активного элемента ветвей исходного распределения 6. Отраженные ветви показаны пунктиром на фоне суммарного распределения 7.
Фиг 2 иллюстрирует форму отражателя в зависимости от положения его края со стороны активного элемента. Видно, что при минимально возможном расстоянии между ними отражатель 5 располагается более компактно, а при увеличении этого расстояния увеличивается необходимый угол α и появляется необходимость искривления отражателя 4 радиусом R для обеспечения оптимального угла расходимости отраженного излучения.
Оптимальные значения параметров L, R и α определяются экспериментально в зависимости от распределения интенсивности на выходе источника накачки и формы активного элемента, а также в зависимости от ограничений на габариты лазера.
Предлагаемый лазер имеет следующие преимущества.
- Благодаря введению отражателей с предлагаемыми параметрами излучение накачки фокусируется на активном элементе более узким пучком.
- Распределение излучения накачки в сечении активного элемента обеспечивает равномерную прокачку активного элемента и, соответственно, оптимальное использование энергии накачки для возбуждения активного элемента во всем его объеме.
Указанные преимущества обеспечивают решение поставленной задачи: повышение КПД и увеличение выходной энергии лазера
Данный вывод подтвержден положительными результатами изготовления и испытаний макетного образца лазера. После корректировки документации по результатам испытаний лазер будет запущен в производство.
Источники информации
1. Справочник по лазерной технике. Киев, «Технiка», 1978 г., - с. 60.
2. В.Н. Быков и др. Излучатель на эрбиевом стекле с поперечной полупроводниковой накачкой и пассивной модуляцией добротности. «Квантовая электроника», 38, №3 (2008), с. 209-212 - прототип.
3. В.Г. Вильнер и др. Новые методы повышения энергии зондирующего излучения импульсных дальномеров на основе полупроводниковых лазеров. «Проблемы энергетики», №11-12, 2013 г., с. 33.
Claims (3)
1. Лазер с поперечной диодной накачкой, содержащий активный элемент и параллельно расположенный источник накачки в виде линейки лазерных диодов, отличающийся тем, что введены два отражателя, установленных вдоль продольной оси активного элемента на всем протяжении источника накачки и расположенных по разную сторону от поперечной оси, соединяющей центр активного элемента и линейку лазерных диодов, под углами к этой оси, при которых энергия выходного лазерного излучения максимальна, причем отражатели одной своей стороной примыкают к активному элементу на минимально возможном расстоянии от него и перекрывают своей поверхностью излучение накачки, включая крайние лучи с углами, близкими к ϕmax, а расстояние L от линейки лазерных диодов до оси активного элемента диаметром 2r удовлетворяет условию , где ϕmax - половина угла расходимости излучения накачки.
2. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что отражатели имеют кривизну в плоскости поперечного сечения активного элемента, при которой энергия выходного лазерного излучения максимальна..
3. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что введены несколько источников накачки с отражателями по периферии активного элемента.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017105156A RU2703934C1 (ru) | 2017-02-17 | 2017-02-17 | Лазер с поперечной диодной накачкой |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017105156A RU2703934C1 (ru) | 2017-02-17 | 2017-02-17 | Лазер с поперечной диодной накачкой |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2703934C1 true RU2703934C1 (ru) | 2019-10-22 |
Family
ID=68318244
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017105156A RU2703934C1 (ru) | 2017-02-17 | 2017-02-17 | Лазер с поперечной диодной накачкой |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2703934C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2346367C2 (ru) * | 2006-10-18 | 2009-02-10 | ЗАО "Лазеры и оптические системы" | Твердотельный моноимпульсный лазер и двухволновый лазерный генератор |
WO2010145855A1 (en) * | 2009-06-15 | 2010-12-23 | Pantec Biosolutions Ag | Monolithic, side pumped solid-state laser and method for operating the same |
RU124447U1 (ru) * | 2012-06-13 | 2013-01-20 | Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" | МОНОИМПУЛЬСНЫЙ Nd:YAG ЛАЗЕР С ПОПЕРЕЧНОЙ ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ |
US9478941B2 (en) * | 2012-04-26 | 2016-10-25 | Koninklijke Philips N.V. | Optically pumped solid state laser device with self-aligning pump optics |
-
2017
- 2017-02-17 RU RU2017105156A patent/RU2703934C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2346367C2 (ru) * | 2006-10-18 | 2009-02-10 | ЗАО "Лазеры и оптические системы" | Твердотельный моноимпульсный лазер и двухволновый лазерный генератор |
WO2010145855A1 (en) * | 2009-06-15 | 2010-12-23 | Pantec Biosolutions Ag | Monolithic, side pumped solid-state laser and method for operating the same |
US9478941B2 (en) * | 2012-04-26 | 2016-10-25 | Koninklijke Philips N.V. | Optically pumped solid state laser device with self-aligning pump optics |
RU124447U1 (ru) * | 2012-06-13 | 2013-01-20 | Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" | МОНОИМПУЛЬСНЫЙ Nd:YAG ЛАЗЕР С ПОПЕРЕЧНОЙ ДИОДНОЙ НАКАЧКОЙ |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100640127B1 (ko) | 반도체 레이저 장치 및 이를 이용한 고체 레이저 장치 | |
US8576885B2 (en) | Optical pump for high power laser | |
CN103890913A (zh) | 用于激光处理设备的多重光束组合器 | |
KR101033759B1 (ko) | 반도체 레이저 장치 | |
CN107787426B (zh) | 用于车辆前照灯的发光模块 | |
RU2703934C1 (ru) | Лазер с поперечной диодной накачкой | |
US7408972B2 (en) | Optically pumped semiconductor laser device | |
CN111258163B (zh) | 光源装置、光路结构设计方法及投影*** | |
TW200925511A (en) | TIR collimator with improved uniformity | |
US20220190551A1 (en) | Fiber-coupled diode laser module and method of its assembling | |
RU2013146435A (ru) | Дисковый лазер | |
RU2664768C1 (ru) | Лазерный излучатель | |
US3868590A (en) | Narrow bandwidth dye laser | |
JP2007102121A (ja) | 像変換装置 | |
CN108884978A (zh) | 用于照明装置的光源以及具有这样的光源的照明装置 | |
US20110042119A1 (en) | Pump chamber integrated lamps | |
JP5347127B2 (ja) | 異方性レーザー結晶を利用したダイオードポンピングされたレーザー装置 | |
EP2589857A1 (en) | Light source apparatus and pseudo-sunlight irradiating apparatus provided with same | |
RU2623688C1 (ru) | Лазер с продольной накачкой | |
RU2714781C1 (ru) | Способ поперечной накачки рабочей среды лазера | |
RU2361342C1 (ru) | Твердотельный лазер с диодной накачкой | |
RU165706U1 (ru) | Твердотельный лазер на основе аксиконового отражателя | |
JP2015530756A (ja) | 集束光学部材を使用しない長尺固体レーザのレーザダイオードサイドポンピング | |
US11177635B2 (en) | Light source device | |
RU188812U1 (ru) | Излучающий сумматор |