Лазер

Полезная модель относится к области лазерной техники и может быть использована при создании лазерных источников, например, для дальнометрии.
Известен лазер [1], содержащий блок питания, источник оптического излучения накачки, электрически связанный с блоком питания, отражатель и резонатор, образованный выходным и глухим зеркалами, внутри которого расположен активный элемент, при этом источник оптического излучения накачки и активный элемент расположены внутри отражателя.
В таком устройстве при подаче электрического импульса в источник оптического излучения накачки возникает световой импульс, переводящий активный элемент в состояние усиления света, вследствие чего в направлении оптической оси резонатора развивается световой импульс лазерной генерации.
Недостатком известного лазера является значительная длительность импульса лазерной генерации, сопоставимая с длительностью импульса накачки и составляющая десятки и сотни микросекунд. Такие длительности импульсов не позволяют использовать лазер в дальнометрии.
Лучшими временными характеристиками излучения обладает лазер [2], являющийся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбранный в качестве прототипа.
Известный лазер [2] содержит блок питания, источник оптического излучения накачки, электрически связанный с блоком питания, отражатель и резонатор, образованный выходным и глухим зеркалами, внутри которого расположены активный элемент и пассивный затвор, при этом источник оптического излучения накачки и активный элемент расположены внутри отражателя.
Пассивный затвор лазера выполнен на основе насыщающегося поглотителя, который в нормальном состоянии поглощает излучение на длине волны генерации. При достижении пороговой интенсивности спонтанного излучения в резонаторе, образованном активным элементом и зеркалами, происходит насыщение затвора, поглощение резко падает и возникает «гигантский» импульс (моноимпульс) лазерной генерации. Интенсивность такого моноимпульса значительно выше, а длительность его значительно короче импульса накачки и составляет единицы или десятки наносекунд. Это позволяет использовать лазер в устройствах импульсной дальнометрии.
Известное устройство обладает недостатком. После генерации лазерного импульса затвор возвращается в исходное состояние и, поскольку излучение источника оптической накачки не прекращается мгновенно, а уменьшается плавно, интенсивность спонтанного излучения снова возрастает и процесс генерации гигантского импульса может повториться. Так происходит, например, при уменьшении плотности затвора с изменением температуры окружающей среды или при его старении, при температурном увеличении коэффициента усиления в активном элементе, а также при отклонениях в большую сторону энергии накачки.
Указанный недостаток ограничивает применение лазера и не позволяет использовать его, например, в лазерных дальномерах, которые должны работать в широком температурном диапазоне и иметь продолжительный срок службы. Кроме того, стабильность генерации зависит от свойств активного элемента, пассивного затвора и зеркал резонатора, что приводит к необходимости подбора этих элементов и увеличивает трудоемкость сборки и наладки лазера.
Задачей полезной модели является обеспечение генерации одиночного моноимпульса лазерного излучения в широком диапазоне рабочих температур и при изменениях свойств активного элемента, затвора и энергии накачки в процессе эксплуатации лазера, а также снижение трудоемкости процесса сборки и наладки лазера.
Решение поставленной задачи достигается тем, что лазер, содержащий блок питания, источник оптического излучения накачки, электрически связанный с блоком питания, отражатель и резонатор, образованный выходным и глухим зеркалами, внутри которого расположены активный элемент и пассивный затвор, при этом источник оптического излучения накачки и активный элемент расположены внутри отражателя, в отличие от прототипа, дополнительно содержит фотоприемник, усилитель электрического сигнала и управляемый ключ, при этом фотоприемник оптически связан с одним из зеркал резонатора и электрически связан с входом усилителя электрического сигнала, выход которого электрически связан с управляющим электродом управляемого ключа, а управляемый ключ подключен параллельно источнику оптического излучения накачки.
При использовании предлагаемой конструкции лазера оптическое излучение моноимпульса лазера преобразуется фотоприемником в электрический сигнал, который через усилитель подается на управляющий вход управляемого ключа, вызывает его срабатывание и шунтирование источника оптического излучения накачки, в результате чего повторная генерация моноимпульса становится невозможной независимо от изменений свойств элементов лазера. Это позволяет обеспечить стабильную генерацию одиночного моноимпульса лазера при изменении свойств его элементов в процессе эксплуатации в широком диапазоне температур окружающей среды, а также исключить необходимость подбора элементов и тем самым снизить трудоемкость сборки и наладки лазера.
На фиг. 1 представлена заявляемая схема лазера.
На фиг. 2 изображена диаграмма интенсивности излучения в прототипе.
На фиг. 3 изображена диаграмма интенсивности излучения в заявляемом лазере.
Заявляемый лазер содержит блок 1 питания лазера, электрически связанный с источником 2 оптического излучения накачки, отражатель 3 и резонатор, образованный выходным зеркалом 4 и глухим зеркалом 5, внутри которого расположены активный элемент 6 и пассивный затвор 7, при этом источник 2 оптического излучения накачки и активный элемент 6 расположены внутри отражателя, а также фотоприемник 8, усилитель 9 электрического сигнала и управляемый ключ 10. Фотоприемник оптически связан с глухим зеркалом 5 резонатора и электрически связан с входом усилителя 9 электрического сигнала, а выход последнего электрически связан с управляющим электродом управляемого ключа 10, который подключен параллельно источнику 2 оптического излучения накачки.
Фотоприемник 8 может быть установлен также со стороны выходного зеркала 4 и оптически связан с последним посредством дополнительного оптического элемента: призмы, плоскопараллельной пластинки и т.п.
В качестве управляемого ключа может быть использован тиристор или высоковольтный сильноточный транзистор.
Лазер работает следующим образом.
Блок 1 питания лазера формирует электрический импульс накачки и подает его на электроды источника 2 оптической накачки (например, газоразрядной лампы), расположенного в отражателе 3.
Под действием излучения накачки происходит изменение оптических свойств активного элемента 6, который вследствие этого начинает усиливать оптическое излучение на определенной длине волны. При достижении некоторой пороговой интенсивности этого излучения в резонаторе, образованном оптически связанными выходным зеркалом 4 и глухим зеркалом 5, происходит насыщение поглощения («просветление») затвора 7 и возникает короткий импульс оптического излучения (моноимпульс).
При генерации моноимпульса часть световой энергии за счет остаточного пропускания глухого зеркала 5 попадает на оптически связанный с зеркалом фотоприемник 8 и преобразовывается в электрический импульс, который усиливается электрически связанным с фотоприемником 8 усилителем 9 электрического сигнала и подается на управляющий электрод управляемого ключа 10. Управляемый ключ 10 переходит в проводящее состояние и шунтирует источник 2 оптического излучения накачки, пропуская через себя ток накачки и уменьшая тем самым электрическую мощность источника 2 оптического излучения накачки. За счет снижения мощности источника 2 оптического излучения накачки уменьшается интенсивность излучения накачки. В силу снижения интенсивности излучения накачки генерация повторного моноимпульса становится невозможной.
При работе лазера в составе дальномера в качестве электрического сигнала для усиления и управления ключом может быть использован импульс «Старт» самого дальномера, получаемый от встроенного в дальномер фотоприемника.
Диаграммы интенсивностей излучения в прототипе и в предлагаемой конструкции лазера проиллюстрированы на фиг. 2, 3, где интенсивности импульсов лазерной генерации показаны условно. Фактически их значения превосходят значения интенсивности накачки на несколько порядков величины.
Из сопоставления диаграмм видно, что применение заявляемого устройства позволяет снизить интенсивность оптической накачки после генерации первого лазерного импульса, обеспечивая быстрое снижение («провал») интенсивности импульса накачки и тем самым исключая возможность повторной лазерной генерации, что обеспечивает стабильную работу лазера в широком диапазоне температур. При этом результат достигается независимо от свойств элементов лазера, что исключает необходимость подбора этих элементов и обеспечивает снижение трудоемкости сборки и наладки лазера.
Источники информации
1. Зверев Г.М., Голяев Ю.Д., Шалаев Е.А., Шокин А.А. Лазеры на алюмоиттриевом гранате с неодимом. М.: Радио и связь, 1985. С. 64.
2. Импульсный твердотельный лазер ИТЛ-1001-(У). Комплект технической документации. М.: ООО «Латиком», 2012, С. 15. Режим доступа: http://www.laticom.ru/files/dis/to_itl_1001-u.pdf. - прототип.