SU1469528A1 - Solid-state laser with pumping by solar radiation - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к лазерной технике, более конкретно к твердотельным лазерам с накачкой солнечным излучением, и может быть использовано в энергетических лазерных установках, лазерной химии, металлургии и других лазерных технологических процессах. Цель - повьшение КПД и выходной мощности лазера за счет возможности обеспечени  его автономным радиационным охлаждением и без- резонаторным световодным активным злементом. Вьшолнение гелиоконцент- ратора лазера в виде двух оптически сопр женных вогнутых зеркала 1 и 2, в большем из которых имеетс  центральное отверстие 3 позвол ет сконцентрировать солнечное излучение на конический рефлектор 4 с зеркальной внешней поверхностью, который обеспечивает накачку активного элемента 5, выполненного в виде твердотельных световодов и расположенного по внутренней noBepxHocTjf отражающей оболочки 6. Эффективности лазера способствует автономное - охлаждение активного элемента радиатором 7, установленным во внешней поверхности отражающей оболочки. 1 ил. «ч ё (Л сThe invention relates to laser technology, more specifically to solid-state lasers pumped by solar radiation, and can be used in power laser systems, laser chemistry, metallurgy, and other laser technological processes. The goal is to increase the efficiency and output power of the laser due to the possibility of providing it with autonomous radiation cooling and non-resonant light-guiding active element. The implementation of the laser helio-concentrator in the form of two optically conjugated concave mirrors 1 and 2, the larger of which has a central opening 3, allows solar radiation to be concentrated on the conical reflector 4 with a mirror outer surface, which provides pumping of the active element 5 made in the form of light guides and a reflective sheath located along the inner noBepxHocTjf 6. The laser efficiency is assisted by an autonomous - the cooling of the active element by the radiator 7 installed in the outer shell the reflecting surface of the shell. 1 il. “H ё (L s

Description

Изобретение относится к лазерной технике, более конкретно к твердотельным лазерам с накачкой солнечным излучением, и может быть использова- j но в энергетических лазерных установках, лазерной химии, металлургии и других лазерных технологических процессах.The invention relates to laser technology, and more particularly to solid-state lasers pumped by solar radiation, and can be used in laser power plants, laser chemistry, metallurgy, and other laser technological processes.

Целью изобретения является повы- Ю шение КПД и выходной мощности лазера.The aim of the invention is to increase the efficiency and output power of the laser.

На чертеже схематически изображен лазер.The drawing schematically shows a laser.

Лазер содержит гелиоконцентратор, состоящий из двух оптически сопряжен-15 ных вогнутых зерк'ап 1 и 2, имеющих форму тел вращения, с центральным круговым отверстием 3 в большем зеркале 1, конический рефлектор 4с внешней зеркальной поверхностью, рас-20 положенной на общей с зеркалами оси с теневой стороны большего зеркала, активный элеме/нт 5, выполненный в виде световодной спирали или цилиндрического набора световодов, распо- 25 ложенный по внутренней отражающей поверхности цилиндрической оболочки 6, соосной с зеркалами и коническим рефлектором, и радиатор 7 охлаждения, соединенный с внешней поверхностью 30 отражающей оболочки.The laser contains a helioconcentrator, consisting of two optically conjugated 15 concave mirrors 1 and 2, having the form of bodies of revolution, with a central circular hole 3 in the larger mirror 1, a conical reflector 4 with an external mirror surface, located on a common mirror axis from the shadow side of the larger mirror, active element / NT 5, made in the form of a fiber guide or a cylindrical set of fibers, 25 located on the internal reflective surface of the cylindrical shell 6, coaxial with the mirrors and a conical reflector, and a cooling radiator 7 connected to the outer surface 30 of the reflective shell.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Большее вогнутое зеркало 1 фокусирует падающее на него солнечное 35 излучение на меньшее вогнутое зеркало 2. Благодаря со.фокусности и оптическому сопряжению этих зеркал зеркало 2 формирует практически параллельный пучок лучей, падающий через до отверстие 3 в зеркале 1 на зеркальную поверхность конического рефлектора 4. Конический рефлектор 4 отражает падающий на него поток солнечного излучения на боковую поверхность ла- 45 зерных световодов активного элемента. Поглощаясь в лазерных световодах, солнечное излучение инвертирует в них населенность активных центров (например, ионов Nd⁺³) и индуцирует в них jq лазерное излучение. Распротраняясь в обе стороны вдоль световодов, лазерное излучение либо выходит из Свободного от зеркал выходного жгу та световодов, либо проходит в них двойной путь, отражаясь от торцовых Аеркал на другом конце световода. При этом охлаждение активного элемента осуществляется с помощью стационарного радиатора 7.The larger concave mirror 1 focuses the solar radiation incident on it 35 onto the smaller concave mirror 2. Owing to the focus and optical conjugation of these mirrors, mirror 2 forms an almost parallel beam of rays incident through the hole 3 in mirror 1 onto the mirror surface of the conical reflector 4. Conical reflector 4 reflects the incident solar flux onto the lateral surface of the laser optical fibers of the active element. Absorbed in laser fibers, solar radiation inverts the population of active centers (for example, Nd ⁺³ ions) in them and induces laser radiation in them jq. Spreading in both directions along the optical fibers, the laser radiation either leaves the output fiber-free optical fiber bundle or passes through them in a double path, reflected from the end Merkals at the other end of the optical fiber. In this case, the cooling of the active element is carried out using a stationary radiator 7.

Для более полного использования энергии накачки активной средой лазера излучение накачки, не поглощенное в лазерных световодах, после однократного поперечного прохода световодов отражается оболочкой 6 и опять попадает в световоды Для повторного прохода в них.For a more complete use of the pump energy by the active medium of the laser, pump radiation that is not absorbed in the laser fibers, after a single transverse passage of the fibers, is reflected by the cladding 6 and again enters the fibers For repeated passage into them.

Предлагаемый!';’лазер с накачкой солнечным излучением позволяет преобразовывать солнечную энергию в лазерное излучение заданной модности с общим КПД близким к предельному КПД используемой среды, и с автономной · системой охлаждения активного элемента.The proposed! '; ’A laser pumped by solar radiation allows you to convert solar energy into laser radiation of a given modality with an overall efficiency close to the maximum efficiency of the medium used, and with an autonomous · active element cooling system.

Claims (1)

Формула изобретенияClaim Твердотельный лазер с накачкой солнечным излучением, содержащий гелиоконцентратор, включающий два оптически сопряженных, имеющих форму ‘ тел вращения вогнутых зеркала, в большем из которых имеется центральное круговое отверстие, конический рефлектор, расположенный на общей с зеркалами оптической оси с теневой стороны большего вогнутого зеркала, активный элемент и систему охлаждения, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и выходной мощности лазера, активный элемент выполнен в виде твердотельных световодов, конический рефлектор выполнен с зеркальным покрытием на его внешней поверхности и расположен так, что его вершина обращена к меньшему вогнутому зеркалу, в зоне его отражения соосно с конусом размещена отражающая оболочка, с внутренней отражающей стороны которой размещены световоды _t активного элемента, а система охлаждения выполнена в виде радиатора, установленного на внешней поверхности отражающей оболочки.A solid-state laser pumped by solar radiation, containing a helioconcentrator, including two optically conjugated concave mirrors having the shape of rotation bodies, the larger of which has a central circular hole, a conical reflector located on the shadow axis of the larger concave mirror, common with the mirrors, element and cooling system, characterized in that, in order to increase the efficiency and output power of the laser, the active element is made in the form of solid-state optical fibers, a conical reflector in It is made with a mirror coating on its outer surface and is positioned so that its apex faces a smaller concave mirror, a reflective cladding is placed coaxially with the cone in the reflection zone, from the active reflective side of which there are optical fibers _{t of the} active element, and the cooling system is made in the form of a radiator mounted on the outer surface of the reflective shell.