микролазер с внутрирезонаторным удвоением частоты излучения
Классы МПК: | H01S3/00 Лазеры, те устройства для генерирования, усиления, модуляции, демодуляции или преобразования частоты, использующие стимулированное излучение электромагнитных волн с длиной волны большей, чем длина волны в ультрафиолетовом диапазоне |
Автор(ы): | Сычугов В.А., Михайлов В.А., Лындин Н.М. |
Патентообладатель(и): | Сычугов Владимир Александрович, Михайлов Виктор Алексеевич, Лындин Николай Михайлович |
Приоритеты: |
подача заявки:
2000-03-28 публикация патента:
27.12.2001 |
Изобретение относится к области лазерной техники, в частности к твердотельным лазерам с диодной накачкой, и промышленно применимо в медицине, информатике, оргтехнике, а также в индустрии развлечений. Микролазер содержит источник продольной диодной накачки, объектив, прозрачную теплопроводящую пластину, активный элемент, отрицательную линзу и нелинейный элемент. Активный элемент, отрицательная линза и нелинейный элемент установлены внутри корпуса резонатора. На его входном торце установлена прозрачная теплопроводящая пластина. Отрицательная линза и нелинейный элемент закреплены внутри корпуса с помощью втулки. Входное зеркало выполнено в виде первого многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на входную поверхность активного элемента. Выходное зеркало выполнено в виде второго многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на выходную поверхность нелинейного элемента. На входную поверхность нелинейного элемента нанесено третье многослойное диэлектрическое покрытие. Между выходом источника продольной диодной накачки и объективом установлен оптический разъем. Технический результат изобретения: повышение эффективности генерации и улучшение спектральных и пространственных характеристик излучения второй гармоники. 22 з.п.ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. Микролазер с внутрирезонаторным удвоением частоты излучения, содержащий оптически связанные и последовательно установленные вдоль оптической оси источник продольной диодной накачки, объектив, прозрачную теплоотводящую пластину, входное зеркало, активный элемент, дополнительное зеркало, выполненное пропускающим основное излучение и отражающим излучение второй гармоники, нелинейный элемент и выходное зеркало, при этом входное зеркало выполнено пропускающим излучение накачки и отражающим основное излучение, причем входное зеркало выполнено в виде первого многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на входную поверхность активного элемента, дополнительное зеркало выполнено в виде второго многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на входную поверхность нелинейного элемента, а выходное зеркало выполнено в виде третьего многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на выходную поверхность нелинейного элемента, отличающийся тем, что он дополнительно содержит отрицательную линзу, расположенную на оптической оси между активным и нелинейным элементами. 2. Микролазер по п.1, отличающийся тем, что входная поверхность активного элемента выполнена сферической. 3. Микролазер по п.1, отличающийся тем, что отрицательная линза выполнена плосковогнутой. 4. Микролазер по п.3, отличающийся тем, что плосковогнутая отрицательная линза имеет асферическую вогнутую поверхность. 5. Микролазер по п.3, отличающийся тем, что плосковогнутая отрицательная линза имеет эллиптическую вогнутую поверхность. 6. Микролазер по п.1, отличающийся тем, что отрицательная линза выполнена в виде плоской градиентной линзы. 7. Микролазер по п.1, отличающийся тем, что отрицательная линза выполнена из материала с насыщающимся поглощением. 8. Микролазер по п.1, отличающийся тем, что входная поверхность нелинейного элемента выполнена вогнутой. 9. Микролазер по п.1, отличающийся тем, что плоская поверхность отрицательной линзы и входная плоская поверхность нелинейного элемента образуют интерферометр Фабри-Перо. 10. Микролазер по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кварцевую плоскопараллельную пластину, расположенную между отрицательной линзой и нелинейным элементом. 11. Микролазер по п.10, отличающийся тем, что толщина кварцевой плоскопараллельной пластины составляет от 0,2 до 0,4 мм. 12. Микролазер по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит корпус резонатора. 13. Микролазер по п.12, отличающийся тем, что корпус резонатора выполнен из теплопроводящего материала. 14. Микролазер по п.12, отличающийся тем, что внутри корпуса резонатора установлены активный элемент, отрицательная линза и нелинейный элемент. 15. Микролазер по п.12, отличающийся тем, что на входном торце корпуса резонатора установлена прозрачная теплопроводящая пластина. 16. Микролазер по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит радиатор. 17. Микролазер по п.16, отличающийся тем, что он дополнительно содержит Пельтье-элемент, который расположен между теплопроводящей прозрачной пластиной и радиатором. 18. Микролазер по п.16, отличающийся тем, что он дополнительно содержит оптический разъем, расположенный между источником продольной диодной накачки и объективом, причем источник продольной диодной накачки, оптический разъем, объектив и прозрачная теплопроводящая пластина жестко закреплены на радиаторе. 19. Микролазер по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит устройство контроля температуры, соединенное с нелинейным элементом. 20. Микролазер по п. 1, отличающийся тем, что на поверхности отрицательной линзы нанесено просветляющее покрытие для длины волны основного излучения. 21. Микролазер по п.1, отличающийся тем, что активный элемент выполнен в виде одного из монокристаллов из группы 3Al5O12, Gd3Ga5O12, YVO4, GdVO4, YAlO3, LiYF4 и LaSC3(BO)4, активированных ионами Nd3+. 22. Микролазер по п.1, отличающийся тем, что активный элемент выполнен в виде монокристалла NdP5O12. 23. Микролазер по п.1, отличающийся тем, что нелинейный элемент выполнен в виде одного из монокристаллов из группы KTiOPO4, KNbO3, LiNbO3, LiIO3,![микролазер с внутрирезонаторным удвоением частоты излучения, патент № 2177665](/images/patents/294/2177001/946.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области лазерной техники, в частности к твердотельным лазерам с диодной накачкой, и промышленно применимо в медицине, информатике, оргтехнике, а также в индустрии развлечений. Известен микролазер с внутрирезонаторным удвоением частоты излучения, содержащий оптически связанные и последовательно установленные вдоль оптической оси источник продольной диодной накачки, объектив, входное зеркало, активный элемент, дополнительное зеркало, выполненное пропускающим основное излучение и отражающим излучение второй гармоники, нелинейный элемент и выходное зеркало, при этом входное зеркало выполнено пропускающим излучение накачки и отражающим основное излучение, причем входное зеркало выполнено в виде первого многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на входную поверхность активного элемента, дополнительное зеркало выполнено в виде второго многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на входную поверхность нелинейного элемента [Сычугов В.А., Михайлов В.А., Кондратюк В.А., Лындин Н.М., Фрам Ю, Загуменный А.И., Заварцев Ю.Д., Студениким П. А. Коротковолновый![микролазер с внутрирезонаторным удвоением частоты излучения, патент № 2177665](/images/patents/294/2177113/955.gif)
Наиболее близким к заявляемому является известный микролазер с внутрирезонаторным удвоением частоты излучения, содержащий оптически связанные и последовательно установленные вдоль оптической оси источник продольной диодной накачки, объектив, прозрачную теплоотводящую пластину, входное зеркало, активный элемент, дополнительное зеркало, выполненное пропускающим основное излучение и отражающим излучение второй гармоники, нелинейный элемент и выходное зеркало, при этом входное зеркало выполнено пропускающим излучение накачки и отражающим основное излучение, причем входное зеркало выполнено в виде первого многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на входную поверхность активного элемента, дополнительное зеркало выполнено в виде второго многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на входную поверхность нелинейного элемента, а выходное зеркало выполнено в виде третьего многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на выходную поверхность нелинейного элемента [Патент США N 5796766, МПК H 01 S 3/04] . В этом микролазере продольная накачка активного элемента осуществляется излучением диодных лазеров, которое доставляется к активному элементу с помощью волоконного световода или же путем расположения диодного лазера в непосредственной близости к активному элементу. Выход диодного излучателя системы накачки оптически согласуется с активным элементом с помощью микрообъектива. Торцевое охлаждение активного элемента реализуется за счет плотного термического контакта входного торца активного элемента с прозрачной термопроводящей пластиной, термически соединенной с радиатором. Охлаждение активного элемента через входной торец значительно понижает температуру его вблизи входного торца и выравнивает распределение температуры вдоль оси активного элемента. Использование торцевого охлаждения активного элемента повышает стойкость зеркального покрытия на торце активного элемента. Нелинейный элемент микролазера располагается внутри резонатора для основного излучения, в непосредственной близости от активного элемента. Выход излучения второй гармоники осуществляется в направлении распространения излучения накачки. Недостатком ближайшего аналога является то, что он эффективно работает лишь при условии совпадения размеров области накачки внутри активного элемента с размерами моды основного излучения, генерируемой в резонаторе микролазера. Нагрев активного элемента излучением накачки создает в нем положительную термолинзу и превращает плоский резонатор Фабри-Перо в резонатор, одно из зеркал которого приобретает кривизну, определяемую диаметром области накачки и ее мощностью. Понижение диаметра области накачки и/или увеличение ее мощности увеличивает кривизну эквивалентного сферического зеркала резонатора и существенно сокращает диаметр моды внутри резонатора. В случае доставки излучения накачки с помощью волоконного световода диаметр области накачки фиксирован и определяется диаметром световода, поэтому монотонное увеличение мощности накачки монотонно сокращает размер генерируемой моды. Для ближайшего аналога существует оптимальная мощность накачки, выше которой выходная мощность второй гармоники падает. Например, для микролазеров зеленого излучения выходная мощность не превышает 400 мВт при мощности накачки 2 Вт. С помощью предлагаемого изобретения решается техническая задача повышения эффективности генерации и улучшения спектральных и пространственных характеристик излучения второй гармоники. Поставленная техническая задача решается тем, что известный микролазер с внутрирезонаторным удвоением частоты излучения, содержащий оптически связанные и последовательно установленные вдоль оптической оси источник продольной диодной накачки, объектив, прозрачную теплоотводящую пластину, входное зеркало, активный элемент, дополнительное зеркало, выполненное пропускающим основное излучение и отражающим излучение второй гармоники, нелинейный элемент и выходное зеркало, при этом входное зеркало выполнено пропускающим излучение накачки и отражающим основное излучение, причем входное зеркало выполнено в виде первого многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на входную поверхность активного элемента, дополнительное зеркало выполнено в виде второго многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на входную поверхность нелинейного элемента, а выходное зеркало выполнено в виде третьего многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на выходную поверхность нелинейного элемента, дополнительно содержит отрицательную линзу, расположенную на оптической оси между активным и нелинейным элементами. В частности, что входная поверхность активного элемента может быть выполнена сферической. В частности, что отрицательная линза может быть выполнена плосковогнутой. При этом плосковогнутая отрицательная линза может иметь асферическую или эллиптическую вогнутую поверхность
В частности, отрицательная линза может быть выполнена в виде плоской градиентной линзы. В частности, отрицательная линза может быть выполнена из материала с насыщающимся поглощением. В частности, входная поверхность нелинейного элемента может быть выполнена вогнутой. В частности, плоская поверхность отрицательной линзы и входная плоская поверхность нелинейного элемента могут образовывать интерферометр Фабри-Перо. В частности, микролазер может дополнительно содержать кварцевую плоскопараллельную пластину, расположенную между отрицательной линзой и нелинейным элементом. При этом толщина кварцевой плоско-параллельной пластины может составлять от 0,2 до 0,4 мм. В частности, микролазер может дополнительно содержать корпус резонатора. При этом корпус резонатора может быть выполнен из теплопроводящего материала При этом внутри корпуса резонатора могут быть установлены активный элемент, отрицательная линза и нелинейный элемент. При этом на входном торце корпуса резонатора может быть установлена прозрачная теплопроводящая пластина. В частности, микролазер может дополнительно содержать радиатор. При этом он может дополнительно содержать Пельтье-элемент, который расположен между теплопроводящей прозрачной пластиной и радиатором. При этом микролазер может дополнительно содержать оптический разъем, расположенный между источником продольной диодной накачки и объективом, причем источник продольной диодной накачки, оптический разъем, объектив и прозрачная теплопроводящая пластина могут быть жестко закреплены на радиаторе. В частности, микролазер может дополнительно содержать устройство контроля температуры, соединенное с нелинейным элементом. В частности, на поверхности отрицательной линзы может быть нанесено просветляющее покрытие для длины волны основного излучения. В частности, активный элемент может быть выполнен в виде одного из монокристаллов из группы Y3Al5O12, Gd3Ga5O12, YVO4, GdVO4, YAlO3, LiYF4 и LaSC3(ВО)4, активированных ионами Nd+3. В частности, активный элемент может быть выполнен в виде монокристалла NdP5O12. В частности, нелинейный элемент может быть выполнен в виде одного из монокристаллов из группы KTiOPO4, KNbO3, LiNbO3, LiIO3,
![микролазер с внутрирезонаторным удвоением частоты излучения, патент № 2177665](/images/patents/294/2177001/946.gif)
![микролазер с внутрирезонаторным удвоением частоты излучения, патент № 2177665](/images/patents/294/2177113/955.gif)
![микролазер с внутрирезонаторным удвоением частоты излучения, патент № 2177665](/images/patents/294/2177113/955.gif)
![микролазер с внутрирезонаторным удвоением частоты излучения, патент № 2177665](/images/patents/294/2177113/955.gif)
![микролазер с внутрирезонаторным удвоением частоты излучения, патент № 2177665](/images/patents/294/2177113/955.gif)
![микролазер с внутрирезонаторным удвоением частоты излучения, патент № 2177665](/images/patents/294/2177113/955.gif)
![микролазер с внутрирезонаторным удвоением частоты излучения, патент № 2177665](/images/patents/294/2177113/955.gif)
![микролазер с внутрирезонаторным удвоением частоты излучения, патент № 2177665](/images/patents/294/2177113/955.gif)
![микролазер с внутрирезонаторным удвоением частоты излучения, патент № 2177665](/images/patents/294/2177113/955.gif)
![микролазер с внутрирезонаторным удвоением частоты излучения, патент № 2177665](/images/patents/294/2177113/955.gif)
Класс H01S3/00 Лазеры, те устройства для генерирования, усиления, модуляции, демодуляции или преобразования частоты, использующие стимулированное излучение электромагнитных волн с длиной волны большей, чем длина волны в ультрафиолетовом диапазоне