ИМПУЛЬСНЫЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР

Полезная модель относится к лазерной технике, в частности к твердотельным импульсным лазерам.
Импульсные твердотельные лазеры с модуляцией добротности резонатора, как генераторы мощных импульсов излучения (моноимпульсов) в наносекундном диапазоне длительностей импульсов, широко применяются в научно-прикладных исследованиях, в медицинских аппаратах, в системах экологического мониторинга окружающей среды, в технологических установках.
3+
3
В качестве лазеров ИК спектрального диапазона часто используются лазеры на кристаллах, содержащих ионы Nd (АИГ: Nd, ГСГГ: Cr, Nd, ИСГГ: Сг, Nd) Для модуляции добротности резонатора используются затворы на основе электрооптических элементов из кристаллов DKDP, LiNbO, RTP, КТР.
Известен твердотельный лазер, содержащий резонатор, образованный частично прозрачным и глухим зеркалами, внутри которого установлены активный элемент, поляризатор и электрооптический элемент[1].
Пространственная структура многомодового излучения данного лазера в режиме модуляции добротности резонатора является неоднородной, что снижает КПД лазера и эффективность процессов преобразования в другие спектральные диапазоны методами нелинейной оптики.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является импульсный твердотельный лазер, содержащий в резонаторе два зеркала, два поляризатора, оптически изотропный активный элемент, 90-градусный вращатель плоскости поляризации излучения, два поворотных зеркала, обеспечивающие дополнительные проходы излучением активного элемента[2].
Из резонатора лазера-прототипа [2] излучение выводится из частично прозрачного зеркала по одному каналу.
Для использования в многоканальных лазерных системах часто требуются многоканальные лазеры. В этом случае устройство лазерной системы значительно упрощается, так как отпадает необходимость установки специального многоканального делителя после одноканального лазера.
Задачей полезной модели является повышение числа выходных каналов излучения импульсного твердотельного лазера.
Поставленная задача решается за счет того, что в импульсном твердотельном лазере, содержащим в резонаторе два зеркала, два поляризатора, оптически изотропный активный элемент, 90-градусный вращатель плоскости поляризации излучения, два поворотных зеркала, обеспечивающие дополнительные проходы излучением активного элемента, между поворотными зеркалами дополнительно установлены 90-градусный вращатель плоскости поляризации излучения и электрооптический элемент в форме прямоугольного параллелепипеда, при этом два зеркала резонатора выполнены полупрозрачными.
Применение в импульсном твердотельном лазере второго 90-градусного вращателя плоскости поляризации излучения, электрооптического элемента в форме прямоугольного параллелепипеда и полупрозрачных зеркал резонатора позволило реализовать четырехканальный азер с одинаковой энергией моноимпульсов излучения в каждом канале.
На чертеже представлена оптическая схема полезной модели.
Резонатор лазера образован полупрозрачными зеркалами 1 и 2, имеющие коэффициент отражения 0,5. По направлению от зеркала 1 к зеркалу 2 по ходу излучения расположены пластина-поляризатор 3, активный элемент 4 из оптически изотропного кристалла, 90-градусный вращатель из оптически активного кристаллического кварца 5, пластина-поляризатор 6, поворотное зеркало 7, электрооптический элемент 8 в форме прямоугольного параллелепипеда, второй 90-градусный вращатель плоскости поляризации излучения 9, поворотное зеркало 10, направляющее излучение при отражении от пластины-поляризатора 3 через активный элемент 4,  вращатель 5 и пластину-поляризатор 6 к зеркалу 2.
В качестве активного элемента 4 могут быть использованы элементы из оптически изотропных кристаллов АИГ: Nd, ГСГГ: Cr, Nd, ИСГГ: Cr, Nd.
3
В качестве электрооптического элемента 8 могут быть использованы элементы в форме прямоугольного параллелепипеда из кристаллов DKDP, LiNbO, RTP, КТР и др.
Предлагаемый лазер работает следующим образом:
В импульсно-периодическом режиме за время каждого импульса накачки при «закрытом» электрооптическом затворе, образованном двумя поляризаторами 3 и 6, 90-градусном вращателем плоскости поляризации излучения 9 и электрооптическим элементом 8, в случае отсутствия напряжения на электродах элемента 8 происходит накопление инверсной населенности или рост коэффициента усиления в активном элементе 4. Когда коэффициент усиления достигает максимального значения, на электроды электрооптического элемента подается импульс высоковольтного напряжения, формирующий в элементе двулучепреломляющую «пластинку», эквивалентную пластинке λ/4, преобразующую состояние поляризации излучения с длиной волны λ из линейного в циркулярное.
Таким образом, попадая на поляризатор 3, излучение с циркулярной поляризацией разделяется на два одинаковых пучка: выходной с линейной поляризацией в плоскости чертежа и отраженный в активный элемент 4 с линейной поляризацией в вертикальной плоскости.
Аналогичным образом разделяется на пластине-поляризаторе 6 излучение, распространяющее от зеркала 2 к зеркалу 1.
Вследствие симметрии расположения зеркал и поляризаторов относительно активного элемента и значения коэффициентов отражения полупрозрачных зеркал 1 и 2, равных 0,5 при разделении пучков в равных по энергии моноимпульсов долях на поляризаторах, во всех четырех выходных каналах из резонатора энергии моноимпульсов излучения будут одинаковыми по величине.
Предлагаемый импульсный твердотельный лазер является четырехканальным с одинаковой энергией моноимпульсов излучения в каждом канале и, таким образом, превосходит лазер-прототип по числу выходных каналов в 4 раза.
Таким образом, задача по повышению числа выходных каналов излучения импульсного твердотельного лазера в предлагаемой полезной модели является выполненной.
Источники информации:
1. Г.М.Зверев, Ю.Д. Голяев. Лазеры на кристаллах и их применение. М. «Радио и связь», «Рикел», 1994, с. 237.
3+
2. В.М. Гармаш, А.И. Ляшенко, Е.А.Исаева. Эффективные моноимпульсные лазеры на АИГ: Nd с резонаторами на основе оптических схем двухпроходных усилителей, Физические основы приборостроения, 2016, т. 5, №3, с. 50. - прототип.