МОНОЛИТНЫЙ ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР С БОКОВОЙ НАКАЧКОЙ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

1. Монолитный твердотельный лазер (1) с боковой накачкой, содержащий структуру (3) лазерного резонатора, содержащую лазерную активную среду (2), имеющую продольную ось (L), в котором структура (3) лазерного резонатора содержит торцевые поверхности (4), формирующие резонансную полость с линейной оптической траекторией между ними, причем торцевые поверхности (4) содержат, по меньшей мере, частично отражающие лазерные зеркала (4а, 4b), один рефлектор (4а) с высоким отражением и выходное устройство (4b) связи, нанесенные на торцевые поверхности (4), и лазерная активная среда (2) содержит боковую поверхность (2а) для приема светового пучка (5а) накачки от источника (5) накачки, в котором световой пучок (5а) накачки создается диодным лазером (5), и содержащий кондуктивный охладитель (6) и рефлектор (7), расположенный напротив боковой поверхности (2а) относительно продольной оси (L), отличающийся тем, что лазерная активная среда (2) является материалом с малой активностью,
и кондуктивный охладитель (61 содержит контактные поверхности (6с) для контакта с лазерной активной средой (2).
2
2. Твердотельный лазер (1) по п.1, в котором лазерная активная среда (2) имеет площадь поперечного сечения меньше 7,5 мм.
3. Твердотельный лазер (1) по п.2, в котором контактные поверхности (6с) располагаются симметрично относительно продольной оси (L) лазерной активной среды (2).
4. Твердотельный лазер (1) по п.3, в котором кондуктивный охладитель (6) содержит полость (6d) охладителя, расположенную около лазерной активной среды (2) и расположенную напротив боковой поверхности (2а), в котором рефлектор (7) света накачки располагается в полости (6d) охладителя.
5. Твердотельный лазер (1) по п.4, в котором диодный лазер (5) и рефлектор (7) располагаются таким образом относительно продольной оси (L), что существует равное расстояние (D1, D2) между продольной осью (L) и каждым из диодных лазеров (5) и рефлектором (7), так чтобы длина оптической траектории между источником (5) накачки и продольной осью (L) была той же самой или почти той же самой, что и длина оптической траектории между продольной осью (L) и рефлектором (7).
6. Твердотельный лазер (1) по п.1, в котором обе торцевые поверхности (4) содержат лазерное зеркало (4а, 4b), в котором одно из лазерных зеркал является лазерным зеркалом (4а) с высоким коэффициентом отражения, в частности, имеет коэффициент отражения от 99% до 100%, и в котором другое лазерное зеркало (4b) является выходным устройством связи.
7. Твердотельный лазер (1) по п.1, в котором структура (3) лазерного резонатора излучает на длине волны в диапазоне от 1700 нм до 3200 нм.
8. Твердотельный лазер (1) по п.7, в котором выходное устройство (4b) связи имеет коэффициент отражения в диапазоне между 92,5% и 99%.
9. Твердотельный лазер (1) по п.1, в котором лазерная активная среда (2) имеет свободные концы (2d), которые располагаются не внутри охладителя (6), за счет чего длина свободных концов (2d) в направлении продольной оси L предпочтительно равна приблизительно 2 мм и, наиболее предпочтительно, приблизительно равна 1 мм.
10. Твердотельный лазер (1) по п.1, в котором лазерная активная среда (2) содержит легированнный редкоземельными металлами базового кристалла YAG или YSGG или YLF с легированием неодимом, иттербием, эрбием, тулием, хромом и/или гольмием.
11. Твердотельный лазер (1) по п.1, в котором длина волны диодного лазера (5) выбирается такой, что основная длина волны диодного лазера (5) смещается относительно области пика поглощения лазерной активной среды (2).
12. Твердотельный лазер (1) по п.11, в котором длина волны светового пучка (5а) накачки выбирается соответствующей низкому коэффициенту поглощения лазерной активной среды (2).
13. Твердотельный лазер (1) по п.1, в котором кондуктивный охладитель (6) содержит контактные поверхности (6 с), контактирующие с лазерной активной средой (2) и также поддерживающие лазерную активную среду (2), причем кондуктивный охладитель (6) состоит из металлического, керамического или кристаллического материала.
14. Твердотельный лазер (1) по п.13, содержащий две контактные поверхности (6), в котором контактные поверхности (6с) располагаются симметрично продольной оси (L) лазерной активной среды (2), напротив друг друга.
15. Твердотельный лазер (1) по п.1, в котором кондуктивный охладитель (6) содержит внешний трубчатый элемент (6b), расположенный концентрически относительно продольной оси (L), а наружная поверхность (2с) лазерной активной среды (2) и внешний трубчатый элемент (6b) определяют внутреннее пространство (6а) для охлаждающей текучей среды.
16. Твердотельный лазер (1) по п.1, содержащий, по меньшей мере, два источника (5) накачки, пространственно разнесенных относительно друг друга в круговом направлении относительно продольной оси (L), и дополнительно содержащий соответствующий рефлектор (7) света накачки, расположенный напротив боковой поверхности (2а) относительно продольной оси (L).
17. Твердотельный лазер (1) по п.1, содержащий линзу (8а, 8b) и содержащий оптоволокно (9), имеющее диаметра между 100 мкм и 250 мкм, в котором линза (8а, 8b) выполнена с возможностью фокусировки лазерного пучка (В) твердотельного лазера (1) в оптоволокно (9).
18. Твердотельный лазер (1) по п.1, в котором лазерная активная среда (2) имеет цилиндрическую форму или эллиптическо-цилиндрическую форму.
19. Твердотельный лазер (1) по п.1, в котором, по меньшей мере, частично отражающее лазерное зеркало (4а, 4b) осаждается на торцевой поверхности (4) лазерной активной среды (3), в котором слой, нанесенный на нее, имеет плотность упаковки больше 0,9, предпочтительно больше 0,95, и наиболее предпочтительно больше 0,99.
20. Твердотельный лазер (1) по п.1, в котором источник (5) накачки имеет длину волны между 955 нм и 985 нм.
21. Твердотельный лазер (1) по п.1, в котором источник (5) накачки имеет длину волны между 760 нм и 815 нм.
22. Твердотельный лазер (1) по п.1, в котором источник (5) накачки имеет длины волны между 1600 нм и 2050 нм.
23. Твердотельный лазер (1) по п.1, в котором световой пучок (5а) накачки подается через боковую поверхность (2а) в лазерную активную среду (2), в которой приблизительно 30-70% и, предпочтительно, 30-50% светового пучка (5а) накачки выходит из лазерной активной среды (2) к противоположной боковой поверхности (2b) в качестве выходного светового пучка (5b) накачки, и в котором выходной световой пучок (5b) накачки отражается рефлектором (7), так что отраженный световой пучок (5с) накачки повторно входит в лазерную активную среду (2) у противоположной боковой поверхности (2b).
24. Твердотельный лазер (1) по п.1, в котором источник (5) накачки осуществляется как лазерная диодная матрица, расположенная параллельно продольной оси (L).
-20
2
25. Твердотельный лазер (1) по п.1, в котором материалом с низкой активностью усиления является лазерная активная среда с поперечным сечением стимулированной эмиссии, равным или меньшим, чем для Er:YAG, а именно ≤3,0·10 см.
26. Твердотельный лазер (1) по п.1, в котором, благодаря монолитной конструкции лазеров, лазерный рефлектор (4а) с высоким коэффициентом отражения осаждается непосредственно на активную среду (2), и выходное устройство (4b) связи осаждается непосредственно на противоположный конец активной среды (2).
27. Способ работы монолитного твердотельного лазера (1) с боковой накачкой по одному из пп.1-26, содержащий структуру (3) лазерного резонатора, содержащую лазерную активную среду (2), имеющую продольную ось (L), в котором световой пучок (5а) накачки подается через боковую поверхность (2а) в лазерную активную среду (2), отличающийся тем, что часть светового пучка (5а) накачки выходит из лазерной активной среды (2) на противоположной боковой поверхности (2b) в качестве выходного светового пучка (5b) накачки, и в котором выходной световой пучок (5b) накачки отражается рефлектором (7) в качестве отраженного светового пучка (5с) накачки, так что отраженный световой пучок (5с) накачки повторно входит в лазерную активную среду (2) у противоположной боковой поверхности (2b).
28. Способ работы твердотельного лазера (1) по п.27, в котором лазерная активная среда (2) охлаждается симметрично относительно продольной оси (L) лазерной активной среды (2), так что в лазерной активной среде (2) относительно продольной оси (L) имеет место симметричное тепловое распределение.
29. Способ работы твердотельного лазера (1) по одному из пп.27 и 28, в котором основная длина волны светового пучка (5а) накачки смещается относительно области пика поглощения лазерной активной среды (2).
30. Устройство обработки, содержащее:
твердотельный лазер (1), расположенный в корпусе (44) и излучающий лазерный пучок (21),
оптическое устройство (46) связи, направляющее падающий лазерный пучок в световодный элемент (45), гибкий шланг (49), соединяющий твердотельный лазер (1) с переносным устройством (50) и содержащий световодный элемент (45), причем переносное устройство (50) содержит выходной порт (53) в качестве конца световодного элемента (45) для направления лазерного пучка на целевую поверхность, отличающееся тем, что твердотельный лазер (1) осуществляется по одному из пп.1-26.
31. Устройство обработки по п.30, в котором корпус (44) содержит источник электропитания с высокоточным буфером накопителя большой емкости.
32. Устройство обработки по п.30 или 31, в котором корпус (44) содержит устройство создания газа (47) под давлением, в частности, с положительным и/или отрицательным относительным давлением.
33. Устройство обработки по п.30, в котором корпус (44) содержит устройство создания жидкости под давлением.
34. Устройство обработки по п.30, в котором гибкий шланг (49) содержит, по меньшей мере, один канал (51) для передачи жидкого или газообразного носителя к переносному устройству (50) и/или от него.
35. Устройство обработки по п.30, в котором корпус (44) содержит съемное средство (57) соединителя.
36. Устройство обработки по п.30, в котором переносное устройство (50) содержит съемное средство (57) соединителя.
37. Устройство обработки по п.30, в котором переносное устройство (50) содержит блок формирования и/или отклонения пучка.
38. Устройство обработки по п.30, в котором переносное устройство (50) содержит электроакустический преобразователь, в частности, ультразвуковой электроакустический преобразователь.
39. Устройство по п.30, в котором переносное устройство (50) содержит световодный расщепляющий блок.
40. Устройство обработки по п.30, в котором переносное устройство (50) содержит оптическое средство (65) получения изображения.
41. Устройство обработки по п.30, в котором переносное устройство (50) содержит радиочастотный передатчик.
42. Устройство обработки по п.30, в котором гибкий шланг (49) содержит кабель источника электропитания.
43. Устройство обработки по п.30, в котором гибкий шланг (50) содержит, по меньшей мере, одну линию передачи данных.
44. Устройство обработки по п.30, в котором световодный элемент (45) осуществляется как однооптоволоконный световодный элемент.
45. Устройство обработки по п.30, в котором световодный элемент (45) осуществляется как многооптоволоконный световодный элемент.
46. Устройство обработки по п.34, в котором выходной порт (53) содержит выходное отверстие (62, 63), соединяющееся с каналом (51).
47. Устройство обработки по п.30, в котором конец (45) световодного элемента располагается, по меньшей мере, частично вокруг выходного отверстия (53).
48. Устройство обработки по п.30, в котором выходное отверстие (53) располагается, по меньшей мере, частично вокруг конца () световодного элемента(45).
49. Устройство обработки, содержащее переносное устройство (20) с твердотельным лазером (1), излучающим лазерный пучок (21), лазер (1), дополнительно содержащий блок (29) охлаждения, блок (32) управления, электрически возбуждаемый источник (5) накачки твердотельного лазера (1), блок (24) формирования и отклонения лазерного пучка, контактное окно (25) для излучения сформированного лазерного пучка (26) из переносного устройства (20) на целевую поверхность (23), причем контактное окно (25) содержит прозрачное покрытие (27), причем оптическая траектория (22) содержит твердотельный лазер (1), блок (24) формирования и отклонения лазерного пучка и контактное окно (25), и стендовый блок, содержащий источник электропитания, гибкий шланг (37), соединяющий стендовый блок с переносным устройством (20), причем гибкий шланг (37) дополнительно содержит соединение для подключения электропитания, отличающееся тем, что твердотельный лазер (1) осуществляется по одному из пп.1-26,
блок (29) охлаждения содержит полость (30), гибкий шланг (37) содержит, по меньшей мере, две трубки (31) подачи охлаждающей жидкости, соединяющих полость (30) охлаждения с системой циркуляции охлаждающей жидкости стендового блока, и блок (32) управления содержит один высокоточный буферный накопитель (33) большой емкости.
50. Устройство обработки, содержащее переносное устройство (39) с твердотельным лазером (1), излучающее лазерный пучок (1), причем лазер (1) дополнительно содержит блок (29) охлаждения, блок (32) управления, электрически возбуждаемый твердотельный лазер (1), блок (24) формирования и отклонения лазерного пучка, контактное окно (25) для излучения сформированного лазерного пучка (26) из переносного устройства (39) на целевую поверхность (23), причем контактное окно (25) содержит прозрачное покрытие (27), оптическая траектория (22) содержит твердотельный лазер (1), блок (1) формирования и отклонения пучка и контактное окно (25), отличающееся тем, что твердотельный лазер (1) осуществляется по одному из пп.1-31, блок (29) охлаждения осуществляется как твердотельное устройство (40) охлаждения, блок (32) управления содержит один высокоточный буферный накопитель (33) большой емкости и переносное устройство (39) содержит средство (41) хранения электроэнергии.
51. Устройство обработки по п.49 или 50, в котором оптическая траектория (22) герметизирована относительно окружающей среды, используя герметизирующие элементы или гладкие плоскости, подогнанные друг к другу.
52. Устройство обработки по п.49 или 50, в котором переносное устройство (20, 39) содержит, по меньшей мере, два высокоточных буферных накопителя (33) большой емкости и блок переключения для индивидуального подключения одного из высокоточных буферных накопителей (33) к блоку (32) управления.
53. Устройство обработки по п.49 или 50, в котором переносное устройство (20, 39) содержит интерфейс (35, 43) пользователя, содержащий дисплейный блок и устройство ввода данных.
54. Устройство обработки по п.49 или 50, в котором переносное устройство (20, 39) содержит блок получения изображений и блок анализа изображения.
55. Устройство обработки по п.49, в котором переносное устройство (20) может отсоединяться от стендового блока.
56. Устройство обработки по п.49 или 50, в котором прозрачное покрытие (27) может сниматься с переносного устройства (20, 39).
57. Устройство обработки по п.50, в котором твердотельное устройство (40) охлаждения является материалом с изменением фазового состояния.