Твърди лазер преобразуване

H01S3 / 0941 - полупроводников лазер, например лазерен диод

Собствениците на патента RU 2497249:

Kiyko Вадим Veniaminovich (RU)

Изобретението се отнася до лазери и може да се използва за създаване на късо последователни радиационни източници твърдо лазер преобразуване включва лазерна среда на преобразуване подредени в оптичен резонатор и помпено устройство, съдържащ два полупроводникови радиационен източник при дължини на вълните λ1 и λ2 и фибри модул разположена така, че оптичните изходите на двата източника на радиация помпа са свързани с модул влакно, система фокусиране се формира на ахроматични дължини х вълни λ1 и λ2 и разположена така, че на изхода на влакна модул свързан през тях с лазерна среда на преобразуване. Техническият резултат е да се даде възможност за хомогенизиране и висока териториална концентрация на помпа радиация. 3 ZP е LY-3-ил.

Изобретението се отнася до лазери и може да се използва за създаване на късо последователни радиационни източници.

Известен твърдо състояние upconversion лазер (RM Макфарлейн, F. Tong, AJ Silversmith и W. Дължина "Виолет кр неодим upconversion лазер" Appl. Phys. Lett. V.52, p.1300, 1988), съдържащ upconversion лазерна среда на под формата на кристал Nd: LaF3. поставен в оптичния резонатор и изпомпване на устройство, включващо две лазерни източници на базата на лазери непрекъснати боядисване, генериране на светлина с дължина на вълната λ1 = 788 нм и λ2 = 591 нм.

Основният недостатък на прототипа е ниската ефективност на преобразуването на радиация на помпата.

Задачата на изобретението е да се повиши ефективността на преобразуване на излъчване на помпата.

Техническият резултат се състои в хомогенизиране и висока пространствена концентрация на светлинния лъч на помпата с помощта на устройството за помпа в два полупроводникови лазери с различни дължини на вълните.

Ефективност на преобразуване на лъчението на помпата е пряко свързано със степента на хомогенизиране на снопа лъчи взаимодействат с лазер средата на преобразуване. Колкото по-висока степента на тяхната пространствена и времева припокриване, толкова по-висока ефективност на лазера. В твърдо състояние съгласно лазер, на преобразуване на определен технически резултат се постига поради информация помпа греди на два полупроводникови лазери в оптично влакно комбинатор и да използва последващото им среда на преобразуване, като се използва система ахроматично фокусиране.

Резюме на изобретението се състои в това в твърдо състояние на преобразуване лазер съдържащ лазерна среда на преобразуване подредени в оптичен резонатор, и устройство изпомпване съдържащ два полупроводникови радиационен източник при дължини на вълните λ1 и λ2 и фокусиране система, апарат помпа допълнително съдържа влакна модул, разположен така, че оптичните изходите на двата източника на радиация помпа са свързани с модул влакно, система фокусиране се формира на ахроматични дължини на вълните λ1 и λ2 място с жена по такъв начин, че на изхода на модула влакна свързан през него с преобразуване лазерна среда.

Освен това, съгласно изобретението влакна лазер модул може да се направи като Y-образна влакна комбинатор а.

Освен това, съгласно изобретението влакна лазер модул може да се направи под формата на последователно разположени на спектрално селективно въвеждане система емисии във влакното и съставният оптично влакно, включващ сърцевина, вътрешна и външна обвивка. В този случай, съотношението на коефициентите на пречупване на материала на ядрото и вътрешната облицовка на съставния оптично влакно трябва да е със стойност, по-малка стойност на числена апертура влакна за радиация с по-малко от дължини на вълните λ1 и λ2, и съотношението на коефициентите на пречупване на вътрешната облицовка материал и външната обвивка на съставния оптично влакно е до малки количества влакна числена апертура за радиация с по-голяма дължина на вълната λ1 и λ2.

Освен това, съотношението на диаметрите на оптични влакна многослойните мембрани могат да бъдат избрани равен на съотношението на дължините на вълните помпа радиация.

Механизъм на преобразуване твърди лазери с оптично изпомпване изисква прилагането на процес на два етапа на възбуждане на лазерна среда, съдържаща помпа радиация абсорбция от основното състояние с уреждането междинно възбудено състояние и усвояването на излъчване на помпата от междинно съединение възбудено състояние с населението на ограничен възбудено състояние релаксация се придружава от емисиите на кратък фотони дължина на вълната , Избор на преобразуването твърди медиите, че признават използването на монохромни радиация помпа е изключително ограничено, ефективността на преобразуване в такива среди значително по-ниски, отколкото в среди, изискващи bichromatic възбуждане. Известни очила и кристали, активирани от редкоземни йони, в които оптични преходи между електронни състояния на система квантовата способен да осигури ефективно популация на високи нива на енергия в резултат на две честоти два етапа абсорбцията на оптични лъчения. Очевидно е, че изборът на честотата на помпата радиация определя от стойностите на енергиите на прехода между квантови състояния на лазерна среда. Най-лесният начин за изграждане на система за изпомпване на преобразуване лазер - използва две настройващи лазери (например боядисване лазери). В този случай, точно подбор на необходимата честота на помпата не е проблем, тъй като, наистина, и греди пространствени смесване помпа в активната среда. Въпреки това, за боядисване на лазери трудно да се използва като източник на помпена за индустриални приложения, до реализация лазери поради сложността на тяхното проектиране и управление, както и поради високите оперативни разходи.

Най-обещаващ за съставяне на две честоти оптична система за изпомпване на преобразуване в твърдо състояние лазер е използването на два полупроводникови лазери. Фина настройка честоти на излъчване от тези източници могат да бъдат постигнати чрез промяна на температурите на лазер преход. Въпреки това, успехът на практическото прилагане на схемата е неразривно свързано с преодоляването на проблемите на пространствени греди несъответствие помпа на два полупроводникови лазери, излъчващи радиация на две съществено различни честоти.

Пространствена съвпадение на помпа радиационни лъчи в претендираното изобретение е постигната чрез комбинираното използване на помпено устройство влакно модул за пространствена информация на помпа радиационни лъчи при различни дължини на вълните и ахроматично фокусиране система радиация в преобразуване среда (по ахроматично система фокусиране в този случай ще означава система, фокусно разстояние, което е не повече от 5%) при различни дължини на вълните, избрани λ1 и λ2.

Кратко описание на чертежите, на които е показана оптичната схема на лазера от изобретението. 1 илюстрира оптично трасе преобразуване твърдо състояние лазер с изпомпване устройство, съдържащо единица влакно под формата на Y-образна влакна комбинатор. 2 е диаграма на оптичен помпено устройство с модул от влакна под формата на последователно разположени на спектрално селективно въвеждане система емисии във влакното и композитни влакна, съдържаща ядро, вътрешна и външна обвивка. Фигура 3 показва оптичен диаграма на помпата светлина изход от съставните оптични влакна илюстрация доставка помпа лъчи на различни дължини на вълните в средата на преобразуване.

1 показва твърдо състояние преобразуване среда 1 се намира във вътрешността на оптичния резонатор, образуван от огледала 2 и 3, полупроводникови светлинен източник помпа 4 генериране на радиация в λ1 дължина на вълната, източник на светлина полупроводникови помпа 5, който генерира лъчение при дължина на вълната λ2 А, влакна 6 блок под формата на Y-образна оптични входове за комбиниране 7 и 8 и 9 и оптичната добивът ахроматично фокусиране система 10. Фигура 2 показва блок влакна 6, съдържащо спектрално селективен система 1 1 вход радиация във влакното, състояща се, например, огледало дихроично 12 и лещата 13 и композитен оптично влакно 14. Фигура 3 показва композитен оптично влакно 14 със сърцевина 15, вътрешна обвивка 16 и външна обвивка 17. В допълнение, 3 илюстрира инсулт помпени греди чрез ахроматично система фокусиране 10, като се предполага, че λ1> λ2.

В заявеното устройство работи по следния начин. Излъчването на полупроводникови лазерни източници помпа 4 и 5 са ​​едновременно се подава към устройството за влакна 6, при който хомогенизирането на гредите на помпата. В случай на използване на влакно на модула 6, съдържащ спектрално селективен система 11 вход помпа светлина в композитен оптично влакно 14, лещата 13, къса дължина на вълната изпомпване светлина компонент фокусира споменатата леща 13 в централната област 15, и в дългосрочен вълна - във вътрешната облицовка региона 16 на съставния оптично влакно 14. условия на пълно вътрешно отражение спектрални компоненти запазват помпа радиация в режим на вълна размножаване. На изхода на оптичното влакно 14, съставният лъч, образуван от две идентични дифракция отклонение. Горното уравнение се осигурява от избора на съотношението диаметър вътрешната 16 и външната 17 черупки композитен оптично влакно 14, което е съотношението на дължини на вълните на помпа радиация. Точна пространствен смесване греди помпата и тяхната максимална концентрация в средата на преобразуване 1 осигурява ахроматично система фокусиране 10. В резултат на абсорбцията две честота на помпата излъчване в средата на преобразуване 1 възниква възбуждане на високи нива на енергия, последвано от излъчващ релаксация. Спонтанната емисията се амплифицира в преобразуване среда 1 и след многократно преминаване през него от отражение от резонатор огледала 2, 3 в преобразуване твърдо състояние лазер генерира лъч съгласуван късовълнова радиация.

При оценката на значението на изобретението за промишлено приложение следва да се отбележи, че съгласно устройството дава възможност за генериране на късовълнова радиация чрез използване на две дълга дължина на вълната изпомпване източник на радиация с висока ефективност на преобразуване постига благодарение на висока пространствена концентрация на помпа радиация. Такива преобразуване твърди лазери могат да се използват като източници на радиация в лазерния прожекционни системи и информационни системи за запис.

1. Твърд лазер преобразуване съдържащ лазерна среда на преобразуване подредени в оптичен резонатор, и устройство изпомпване съдържащ два полупроводникови радиационен източник при дължини на вълните λ1 и λ2 и фокусиране система, характеризиращ се с това, че устройството на помпата допълнително включва модул влакно, разположена така, че оптичните изходите на двата източника на радиация помпа са свързани с модул влакно, система фокусиране се формира на ахроматични дължини на вълните λ1 и λ2 и следователно че на изхода на модула влакна свързан през него с преобразуване лазерна среда.

2. Твърди лазер преобразуване, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че устройството за влакно е конфигуриран като Y-образна влакна комбинатор а.

3. Твърд лазер преобразуване, съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че устройството за влакно се конфигурира под формата на последователно разположени на спектрално селективно въвеждане система емисии във влакното и композитни влакна, съдържаща ядро, вътрешна и външна обвивка, при което съотношението на коефициентите на пречупване на материала на ядрото и вътрешната обвивка на композитни възлиза на оптични влакна за не по-малко от цифровата стойност на отвора на влакна за излъчване с дължина на вълната в λ1 и λ2, и съотношението на пречупване индекси Леня вътрешна обвивка и външна обвивка материали на съставното влакно е стойност, не по-малко от цифровата стойност на отворите на влакна за отделяне на по-голяма дължина на вълната и λ1 λ2.

4. твърдо състояние преобразуване лазер съгласно претенция 3, характеризиращ се с това, че съотношението на диаметрите на черупките на съставния оптично влакно се избира равен на съотношението на дължините на вълните помпа радиация.