×
16.08.2019
219.017.c0c1

Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ОПТИЧЕСКОЙ НАКАЧКИ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ЛАЗЕРНО-АКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА ДЛЯ УСИЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к лазерной технике. Устройство оптической накачки твердотельного лазерно-активного элемента для усиления оптического излучения осуществляет введение энергии накачки в лазерно-активную среду с боковых сторон активного элемента. Последовательное поперечно-продольное введение энергии накачки с двух сторон обеспечивается путем расположения двух отражателей, выполненных в виде равнобедренных прямоугольных призм разного размера, по боковым сторонам прямоугольного оптического элемента с противоположных сторон. Отношение размеров длины лазерно-активного элемента к размеру поперечного сечения накачивающего излучения равно целому числу, начиная с двух. Равнобедренные прямоугольные призмы смещены друг относительно друга на размер поперечного сечения накачки и примыкают к одной из торцевых граней оптического элемента. Технический результат заключается в обеспечении возможности получения больших мощностей и энергий, при относительной простоте устройства. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности, к технике лазеров и оптических квантовых усилителей.

Усилители лазерного излучения играют важную роль в области лазерной техники и фотоники, если требуется получить высокие уровни плотности мощности и энергии. Особенно это важно, когда создаются перестраиваемые лазерные системы с хорошим качеством выходного излучения. Известно, что при использовании мощных оптических накачек возникают неоднородности показателя преломления по различным причинам, и поэтому такие системы строятся по схеме генератор-усилитель. В генераторе формируется высококачественное когерентное излучение, но небольшой мощности. Далее оно усиливается в одной или нескольких ступенях оптических квантовых усилителей до необходимого уровня. В этом случае особую роль играет качественная накачка ячеек самих усилителей. Активные элементы таких усилителей часто имеют достаточно большие размеры по сравнению с небольшими размерами выходной апертуры источника накачки и при этом необходимо однородно накачать их от источника излучения накачки. В некоторых случаях требуется получить просто большие мощности лазерного излучения, а источник накачки имеет относительно небольшую выходную апертуру излучения. Часто такая ситуация возникает при использовании твердотельных YAG-Nd3+ лазеров и их гармоник (типичные апертуры составляют 4-10 мм).

Известна конструкция для накачки активной среды [1], в которой использовался YAG-Nd3+ лазер (вторая гармоника). Схема возбуждения квазипродольная используется для улучшения однородности выходного излучения по поперечному сечению пучка. В качестве подающего излучение накачки элемента на лазерно-активную среду используется вспомогательная призма полного внутреннего отражения. Этой схеме свойственны следующие недостатки: невозможность накачки значительных объемов активной среды из-за возникновения разрушения материала матрицы при фокусировке больших плотностей мощности накачки; появление искажений в показателе преломления на грани элемента, которые приводят в расстройке резонатора и ухудшению качества излучения, поскольку поглощение излучения накачки происходит вдоль оптической оси по экспоненциальному закону Ламберта-Бера.

Известна конструкция для накачки активной среды [2], где осуществляется накачка значительных объемов лазерно-активной среды, находящейся в аксиконовом отражателе со всех сторон. В этой конструкции возможно получить однородную накачку в протяженном элементе, однако для этого требуется, чтобы апертура выходного излучения источника накачки значительно превосходила по поперечному сечению апертуру лазерно-активного элемента, что и является недостатком данной конструкции.

Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является работа [3]. В ней предлагается использовать твердотельный активный элемент, выполненный в виде плоскопараллельной пластины из полимера, активированного красителем. В данной конструкции апертуры входного и выходного излучения могут быть равны. Отражатели накачки выполнены в виде оптически согласованных между собой элементов, расположенных под некоторым углом к падению накачки, и отражают ее на активный элемент по всей его длине. Недостатком данной конструкции является односторонняя накачка активного элемента, что приводит к неравномерности поглощения накачки и, в результате, к неоднородности распределения излучения генерации по поперечному сечению.

Задачей изобретения является создание устройства для усиления оптического сигнала (или получение лазерного излучения при обеспечении положительной обратной связи), в котором оптическая накачка активного элемента осуществляется от источника накачки с небольшой выходной апертурой при значительных длинах самой лазерно-активной среды. При этом с целью получения выходного излучения большой мощности и энергии, необходимо накачать лазерно-активный элемент по всей длине с обеспечением однородности накачки. Устройство должно быть простым, не требующим сложной настройки по части оптической системы накачки.

Поставленная задача решается в предлагаемом устройстве, состоящем из прямоугольного лазерно-активного элемента и двух отражателей (в отличие от прототипа), выполненных в виде прямоугольных равнобедренных призм, расположенных по боковым граням оптического элемента с противоположных сторон и смещенных друг относительно друга на размер поперечного сечения накачки с примыканием к одной из торцевых граней оптического элемента. Такое расположение равнобедренных прямоугольных призм обеспечивает двухстороннюю накачку лазерно-активного элемента, что обеспечивает ее однородность и благодаря явлению полного внутреннего отражения позволяет однородно накачать оптический элемент по всей длине.

Призмы имеют одинаковые высоты равные поперечному сечению твердотельного активного элемента, а гипотенузные грани различаются размером на длину величины поперечного сечения накачки, равного поперечному сечению активного элемента. При этом размер гипотенузной грани бóльшей равнобедренной прямоугольной призмы равен длине активного элемента. Для обеспечения оптимальности накачки необходимо соблюдение обязательного условия – отношение размеров длины активной среды к поперечному сечению накачивающего излучения, должно быть целым числом, начиная с двух и более. Максимальное значение этого соотношения определяется коэффициентом поглощения излучения накачки активной средой.

Концентрация активных центров лазерной среды выбирается таким образом, чтобы интенсивность накачки спадала до нуля при обратном ходе по оптическому пути луча накачки на выходе входной апертуры.

Призмы полного внутреннего отражения изготовлены из материала идентичного лазерно-активной среде без активных центров, имеют одинаковый коэффициент преломления и монолитизированы с лазерно-активной средой. Поскольку конструкция является монолитной, то не требуется сложной настройки, необходимое условие – нормальное падение излучения накачки на входную апертуру элемента. Отсутствие градиента показателя преломления между лазерно-активным элементом и призмами позволяет избежать потерь на паразитные отражения от гипотенузных граней, что повышает эффективность накачки.

Предлагаемое изобретение позволяет получить следующий технический результат:

упрощение процедуры настройки оптической системы накачки лазерно-активного элемента; обеспечение однородности накачки источником с малой апертурой излучения при больших размерах активной среды; улучшение однородности выходного усиленного излучения или лазерного излучения, по поперечному сечению в случае обеспечения положительной обратной связи и работы усилителя в лазерном режиме; увеличение эффективности преобразования, за счет полного использования энергии накачки.

Для пояснения предполагаемого изобретения предложены чертежи:

Фигура 1 – Внешний вид устройства накачки (1 - лазерно-активный элемент, 2 – большая равнобедренная прямоугольная призма, 3 – малая равнобедренная прямоугольная призма, 4 – излучение накачки, 5 – входная апертура накачки, где А и B размеры поперечного сечения излучения)

Фигура 2 – Оптическая схема хода лучей накачки при различных соотношениях длины лазерно-активного элемента к размеру поперечного сечения накачивающего излучения (вид сбоку), где 1 – Луч накачки, 2 – Поперечное сечение накачки, 3 – Лазерно-активная среда, 4 – Малая призма, 5 – Большая призма, 6 – Длина активного элемента. а) отношение равно 2; б) отношение равно 3; в) отношение равно 4.

Устройство состоит из источника накачки 1, твердотельного прямоугольного лазерно-активного элемента 3, двух равнобедренных прямоугольных призм 4 и 5, расположенных по боковым сторонам прямоугольного оптического элемента с противоположных сторон. При этом отношение размеров длины лазерно-активного элемента к размеру поперечного сечения накачивающего излучения равно целому числу, начиная с двух, а равнобедренные прямоугольные призмы смещены друг относительно друга на размер А (Фиг. 1) поперечного сечения накачки и примыкают к одной из торцевых граней оптического элемента. Длина гипотенузной грани призмы 5 равна длине лазерно-активного элемента 6. Высота призм равна размеру B (Фиг. 1) поперечного сечения накачки.

Устройство работает следующим образом, излучение накачки 1 направляется на входную апертуру 2 (Фиг. 2), накачивая поперечно часть лазерно-активного элемента. После двойного ПВО от граней бóльшей призмы 5 оно накачивает противоположный конец лазерно-активного элемента и затем после двойного полного внутреннего отражения от меньшей призмы 4 накачивает следующий отрезок лазерно-активного элемента и т.д. Для обеспечения оптимальности накачки, т.е. обеспечения обратного геометрического пути накачки необходимо соблюдение обязательного условия – отношение размеров длины активной среды 6 к поперечному сечению накачивающего излучения 2 должно быть равным целому числу, начиная с двух.

Обратный ход лучей начинается от вершины прямого угла одной из равнобедренных прямоугольных призм (4 или 5 в зависимости от отношения длины лазерно-активного элемента к входной апертуре) и после ряда полных внутренних отражений и повторной прокачке вышеназванных участков возвращается по обратному геометрическому пути, попадая на входную апертуру с обратной стороны. Как указывалось, концентрация активных центров выбирается таким образом, чтобы при обратном ходе излучения накачки на выходе из входной апертуры интенсивность накачки уменьшалась до нуля.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить накачку лазерно-активного элемента по всей длине с обеспечением ее однородности от источников накачки с апертурами меньшими по сравнению с размерами активной среды, получить большие мощности и энергии усиленного или лазерного излучения, при относительной простоте конструкции устройства, при этом не требуется сложная настройка по части оптической системы накачки.

Источники информации:

1. Безродный В. И., Деревянко Н. А., Ищенко А. А., Карабанова Л. В. Лазер на красителях на основе полиуретановой матрицы // Журнал технической физики. – 2001. – Т. 71. – №. 7. – С. 72-78.]

2. G. Kuhnle, G. Marowsky, G.A. Reider Laser amplification using axicon reflectors // Applied optics. – Vol. 27, Is. 13. – 1988. – P. 2666-2670.

3. Патент № 2091941 РФ МПК H01S3/10 Твердотельный мини-лазер на красителе / Кытина И.Г. (RU), Кытин В.Г. (RU), Константинов Б.А. (RU), Денисов Л.К. (RU), Цогоева С.А. (RU), Чистяков А.А. (RU); Патентообладатель: Акционерное общество открытого типа НИИ "Зенит" (RU). – № 95113840/25; заявл. 01.08.1995; опубл. 27.09.1997.


УСТРОЙСТВО ОПТИЧЕСКОЙ НАКАЧКИ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ЛАЗЕРНО-АКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА ДЛЯ УСИЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
УСТРОЙСТВО ОПТИЧЕСКОЙ НАКАЧКИ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ЛАЗЕРНО-АКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА ДЛЯ УСИЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
УСТРОЙСТВО ОПТИЧЕСКОЙ НАКАЧКИ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ЛАЗЕРНО-АКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА ДЛЯ УСИЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 151-160 из 173.
19.11.2019
№219.017.e3ae

Способ получения адсорбента для осушки содержащих влагу газов

Изобретение относится к способу получения адсорбента для осушки содержащих влагу газов. Для получения адсорбента продукт центробежной термической активации гидраргиллита (ЦТА ГГ) в щелочном растворе, сушат, размалывают, пептизируют и пластифицируют в растворе азотной кислоты, формуют полученную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002706304
Дата охранного документа: 15.11.2019
21.11.2019
№219.017.e492

Способ хирургического устранения дефектов свода черепа

Изобретение относится к медицине, а именно к нейрохирургии, и может быть использовано для хирургического лечения больных с костными дефектами свода черепа. Сверхэластичный четырехслойный сетчатый вязаный имплантат, повторяющий конфигурацию костного дефекта, выполненный из никелид-титановой нити...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002706501
Дата охранного документа: 19.11.2019
22.11.2019
№219.017.e525

Способ получения кристаллической глиоксалевой кислоты

Изобретение относится к способу получения кристаллической глиоксалевой кислоты. Способ осуществляют путем концентрирования водного раствора глиоксалевой кислоты с массовой концентрацией 50% на ротационном испарителе при остаточном давлении 15 мбар и температуре 40°С до массовой концентрации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002706701
Дата охранного документа: 20.11.2019
29.11.2019
№219.017.e804

Способ изготовления высокочастотного транзистора с дополнительным активным полевым электродом

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для создания мощных полевых транзисторов с затвором Шоттки и дополнительным активным полевым («Field plate» - FP) электродом. Может быть использовано в мощных СВЧ транзисторах на основе нитридных (GaN) гетероэпитаксиальных структур для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002707402
Дата охранного документа: 26.11.2019
01.12.2019
№219.017.e94d

Трубопроводный диагностический робот

Изобретение относится к устройствам автоматической и автоматизированной диагностики объектов, например газо- и нефтепроводов. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей. Робот имеет в своем составе движимую материнскую платформу с боковыми колесами, связанную через...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002707644
Дата охранного документа: 28.11.2019
12.12.2019
№219.017.ec0c

Способ очистки гликолурила от примеси гидантоина

Изобретение относится к способам очистки веществ от родственных трудноотделимых примесей методом кристаллизации, а именно к способу очистки гликолурила (2,4,6,8-тетраазабицикло[3.3.0]октан-3,7-диона) от трудноотделимой примеси гидантоина (2,4-имидазолидиндиона), при котором гидантоин образуется...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002708590
Дата охранного документа: 09.12.2019
13.12.2019
№219.017.ecdf

Способ обессеривания тяжелого нефтепродукта с применением микроволнового излучения

Изобретение относится к обессериванию тяжелого нефтепродукта путём каталитического окисления серосодержащих соединений с использованием микроволнового облучения. Способ обессеривания мазута включает каталитическое окисление содержащихся в нефтепродукте органических серосодержащих соединений...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002708629
Дата охранного документа: 10.12.2019
13.12.2019
№219.017.ed20

Способ металлизации сквозных отверстий в полуизолирующих полупроводниковых подложках

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для создания дискретных полупроводниковых приборов и интегральных схем с использованием трехмерной 3D-интеграции посредством электрического соединения их металлических конструктивных элементов сквозными металлизированными отверстиями с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002708677
Дата охранного документа: 11.12.2019
21.12.2019
№219.017.efff

Апоптозиндуцирующие средства и способ их получения

Изобретение относится к способу получения аддуктов пиколиновой либо никотиновой кислоты с аскорбиновой кислотой, характеризующийся тем, что к водному раствору аскорбиновой кислоты добавляют пиколиновую кислоту либо никотиновую кислоту (предварительно обработанную микроволновым излучением) в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002709498
Дата охранного документа: 18.12.2019
22.12.2019
№219.017.f0d2

Способ измерения параметров магнитного поля

Изобретение относится к измерению направления или напряженности магнитных полей. Способ измерения постоянного магнитного поля путем измерения параметра, возникающего на обкладках конденсатора из диэлектрического материала, снабженного двумя токопроводящими пластинами с выводами, установленными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002709703
Дата охранного документа: 19.12.2019
Показаны записи 1-9 из 9.
10.10.2014
№216.012.fb21

Способ изготовления георешетки неограниченной длины из отдельных секций

Изобретение относится к авто- и железнодорожному строительству, строительству аэродромов, объектов и сооружений различного назначения, ландшафтному строительству и может быть использовано для изготовления объемных георешеток, применяемых при обустройстве основания дорожной одежды, например, при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530135
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.10.2014
№216.012.fb22

Способ подготовки к хранению и использованию объемной георешетки

Изобретение относится к авто- и железнодорожному строительству, строительству аэродромов, объектов и сооружений различного назначения, ландшафтному строительству и может быть использовано для организации хранения и применения объемной георешетки при обустройстве основания дорожной одежды....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530136
Дата охранного документа: 10.10.2014
20.11.2015
№216.013.918d

Лазерное вещество

Изобретение относится к лазерным веществам на основе органических красителей и может найти применение в лазерной технике при изготовлении твердотельных активных элементов. Предложено лазерное вещество, содержащее (мас.%):...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568877
Дата охранного документа: 20.11.2015
23.08.2018
№218.016.7e69

Заготовка для ячеистой объемной несварной бесшовной георешетки

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям георешеток, и может найти применение в строительстве дорог, в частности для укрепления земляных откосов, особенно имеющих достаточно большой угол наклона, а также для укрепления береговых линий и русел водоемов, и некоторых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664555
Дата охранного документа: 21.08.2018
23.08.2018
№218.016.7e72

Заготовка для ячеистой объемной несварной бесшовной георешетки

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям георешеток, и может найти применение в строительстве дорог, в частности для укрепления земляных откосов, особенно имеющих достаточно большой угол наклона, а также для укрепления береговых линий и русел водоемов, и некоторых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664556
Дата охранного документа: 21.08.2018
07.09.2018
№218.016.8385

Тонкопленочный фотовозбуждаемый органический лазер на основе полиметилметакрилата

Изобретение относится к лазерной технике. Тонкопленочный фотовозбуждаемый органический лазер на основе полиметилметакриалата содержит оптический источник накачки, органическую лазерно-активную среду из полиметилметакрилата и органического люминофора, растворенного в нем и нанесенного на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666181
Дата охранного документа: 06.09.2018
06.07.2019
№219.017.a8f3

Установка для получения блочного пеностекла непрерывным способом

Изобретение относится к устройствам для получения вспененных силикатных материалов. Технический результат изобретения заключается в повышении прочности пеностекла, возможности утилизации отходов пеностекла в рамках одного технологического процесса. Установка для получения блочного пеностекла...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002431612
Дата охранного документа: 20.10.2011
16.08.2019
№219.017.c062

Фотовозбуждаемый лазерный интегрально-оптический сенсор

Изобретение относится к области измерительной техники и касается фотовозбуждаемого лазерного интегрально-оптического сенсора. Сенсор состоит из источника возбуждения, прозрачной подложки, тонкопленочной лазерно-активной среды, чувствительного слоя, оптических элементов вывода излучения. При...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002697435
Дата охранного документа: 14.08.2019
22.05.2020
№220.018.1fd1

Многоволновый фотовозбуждаемый тонкопленочный органический лазер

Изобретение относится к лазерной технике. Многоволновый фотовозбуждаемый тонкопленочный органический лазер содержит источник оптической накачки, лазерно-активный элемент в виде подложки, на которую нанесен дополнительный слой, обеспечивающий условия полного внутреннего отражения для длины волны...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002721584
Дата охранного документа: 20.05.2020
+ добавить свой РИД