Импульсный твердотельный лазер

ОВЕТСК ЛИСТИЧ союз СОЦИА ИХ РЕСПУБЛИКЕ ПАТЕНТНОЕГОСПАТЕНТ СССР)САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННО ВЕДОМСТВО СССР а) ОП В мторскому свидет(56) Зсой ЧЧ.С, де МИ М. Вге 1 пщепсе Согпрепсабоп апд ТЕМоо Моде Еппапсегпеп 1 па йд; УАО авег. Арф. Раув. четв, 1971, чоП 8, й 1, р.З.Алпатьев А.Н. и др. Лазеры на основе редкоземельных скандиевых гранатов с хромом. Труды ИОФАН, 1990. - М.: Наука, т 26, с 125-160.(54) ИМПУЛЬСНЫЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР (57) Область применения: импульсные твердотельные лазеры, нелинейная оптика, дапьнометрия, оптическая локация. Сущность изобретения: дпя повышения КПД лазера и предельно допустимой частоты повторения импульсов и улучшения равномерности пространственной структуры моноимпупьсного излучения в импульсном твердотельном лазере с(51) 5 Н 018 3 02,электрооптической модуляцией полезных потерь резонатора содержащем активный элемент цилиндрической формы, призму-крышку, поляризатор, осветитель, включающий пампу накачки и отражатель, эпектрооптический элемент и глухое зеркало, поляризатор установлен между призмой - крышей, ребро которой ориентировано параллельно или перпендикулярно ппбскости пропускания поляризатора, и торцом активного элемента, а между другим торцом активного элемента и эпектрооптическим элементом дополнительно установлен вращатепь плоскости поляризации на 90, причем осветитель расположен так что плоскость сечения, проходящая через ось активного элемента, в которой усредненное по диаметру и длине элемента значение коэф - фициента усиления максимально, составляет с плоскостью пропускания поляризатора угол 45. 1 ил.Изобретение может быть использованов импульсных твердотельных лазерах сэлектрооптической модуляцией добротности резонатора.Цель изобретения - повышение КПД лазера и предельно допустимой частотыповторения импульсов и улучшение равномерности пространственной структуры моноимпульсного излучения.Изобретение относится к импульснымтвердотельным лазерам, работающим в режимах электрооптической модуляции добротности, и может быть использовано дляполучения мощных импульсов излучения счастотами повторения импульсов до сотенгерц в наносекундном диапазоне длительностей импульсов в нелинейной оптике,дальнометрии, оптической локации и т,д.При частотах повторения импульсовсотни герц наведенное излучением лампынакачки двулучепреломление в активномэлементе и наведенное вследствие нагревалазерным излучением двулучепреломлениев электрооптическом элементе приводят кснижению КПД лазера и ухудшению равномерности распределения плотности энергии моноимпульсов излучения в сечениилуча,На чертеже представлена оптическаясхема устройства предлагаемого лазера,где 1 - призма-крышка; 2 - глухое зеркало,3 - поляризатор-пластина с диэлектрическими покрытиями; 4 - активный элементцилиндрической формы; 5 - 90-градусныйвращатель плоскости поляризации, б - электрооптический элемент, 7 - лампа накачки,8 - отражател ь.Оптическая ось электрооптическогоэлемента б(из кристаллов ДКДР или ОМЬОз)разъюстирована на небольшой угол 1-2(эпределах первого кольца коноскопическойкартины) относительно оси резонатора длявнесения начального урозня электрооптических потерь в резонатор, что соответствует прозрачному "электрооптическому"зеркалу в начале импульса накачки. Активный элемент цилиндрической формы из кристаллов с кубической решеткой 4 (АИГ:Мб,ГСГГ;Сг, йб, ИСГГ;Сг,йб и т.д,), выращенный вдоль направления (001), ориентировантак, что кристаллические оси Х и У составляют угол + 45 относительно плоскости пропускания поляризатора 3.Осветитель лазера содержит цилиндрический отражатель 8 и размещенные параллельно его оси активный элемент 4 и лампунакачки 7,Во время импульса накачки в активномэлементе создается инверсная населенность, пропорциональная коэффициенту 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 усиления, усредненному по длине активного элемента К, Коэффициент К достигает своего максимального значения в момент то, причем его распределение по сечению элемента отличается неоднородностью и может быть описано средним по диаметру сечения элемента коэффициентом усиления К (то) в любой плоскости, проходящей через ось активного элемента, В конкретном случае зеркального отражателя К(го) достигает своего наибольшего значения в плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящей через оси лампы и активного элемента, Осветитель ориентирован таким образом, что указанная плоскость наибольшего значения Кто)составляет с плоскостью пропускания поляризатора и ребром и ризмы-крыши угол 45 О,Зависимости величины двулучепреломления в активном и злектрооптическом элементах от радиальной и угловой координат имеют аналогичный характер в радиальных зонах поперечного сечения резонатора, близких к направлениям, составляющим углы 45 с плоскостью пропускания поляризатора,В этих зонах 90-градусный вращатель 5 обеспечивает взаимную компенсацию наведенного двулучепреломления в активном и электрооптическом элементах. При неполной компенсации эффектов в указанных вы ше зонах возникают суммарные наведенные потери, среднее значение которых за 2 полных обхода резонатора, благодаря повороту на 90" при отражении от призмы-крыши 1, существенно уменьшено и одинаково в обоих направлениях. В радиальных зонах поперечного сечения резонатора, близких к направлениям, составляющим углы 0 и 90 с плоскостью пропускания поляризатора, наведенное двулучепреломление в элементах резонатора не вносит наведенных потерь в резонатор. Поворот пятна излучения на 90 при отражении от призмы-крыши резонатора обеспечивает также повышенную равномерность коэффициента К (то) при усреднении за 2 полных обхода резонатора.Предлагаемый лазер работает следующим образом,В импульсно-периодическом режиме при условии повышенной равномерности распределения коэффициента усиления и распределения наведенных потерь в сечении резонатора в начале каждого импульса накачки осуществляется накопление инверсной населенности в активном элементе.По достижении максимума коэффициента усиления во времени на электрооптический элемент подается импульс1829827 ь - ууиеэх Составитель А.ЛяшенкоТехред М.моргентал Корректор Н, Корол Редактор Т. Коляда Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж, Рауыская наб., 4/5 Зак иэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 управляющего напряжения, амплитуда которого обеспечивает формирование оптимального (по выходной энергии моно- импульса излучения) коэффициента отражения "электооптического" зеркала в процессе генерации моноимпульса излучения,При этом пространственная структура моноимпульсного излучения отличается высокой степенью равномерности распределения плотности энергии в сечении луча где е - средняя по сечению активного элемента плотность энергии моноимпульса,атах - максимальная в сечении плотность энергии.При увеличении частоты повторения импульсов эффекты наведенного двулучепреломления возрастают как в активном, так и в электрооптическом элементах, однако Формула изобретенияИМПУЛЬСНЫЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР, содержащий активный элемент цилиндрической формы, призму-крышку, поляризатор, осветитель, включающий лампу накачки и отражатель, электрооптический элемент и. глухое зеркало, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД лазера и предельно допустимой частоты повторения импульсов и улучшения равномерности пространственной структуры моноимпульсного излучения, поляризатор установлен между призмой-крышей, ребро которой вследствие взаимной частичной компенсации эффектов, а также усреднению наведенных потерь за 2 обхода резонатора величина суммарных наведенных потерь 5 элементов резонатора изменяется незначительно.Результаты испытаний лазера наАИГ:Мб подтверждают эффективность предложенной схемы, Энергия импульсов 10 излучения составила 60 мДж при частотеповторения 300 Гц. КПД лазера -1, Степень равномерности пространственной структуры излучениянаходилась в пределах 0,5 - О,б при изменении частоты повторе ния импульсов в диапазоне 50 - 300 Гц,Таким образом, предлагаемый лазерпозволяет получать моноимпульсы излучения с высокой степенью равномерности 20 пространственной структуры излучения причастотах повторения импульсов сотни герц с КПД, близким с 1%. 25 ориентировано параллельно или перпендикулярно плоскости пропускания поляризатора и торцом активного элемента, а между другим торцом активного элемента и электрооптическим элементом дополни тельно установлен вращатель плоскостиполяризации на 90, причем осветитель расположен так, что плоскость сечения, проходящая через ось активного элемента, в которой усредненное по диаметру и дли не элемента значение коэффициента усиления максимально, составляет с плоскостью пропускания поляризатора угол 45.