ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЛАЗЕР
SOLID-STATE LASER

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к импульсным твердотельным лазерам с ламповой накачкой, преимущественно для импульсных дальномеров.
Известны твердотельные лазеры, содержащие активный элемент с резонатором и лампу накачки [1].
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является твердотельный лазер, описанный в [2]. Этот твердотельный лазер содержит активный элемент и лампу накачки, установленные в осветителе, включающем отражатель, а также резонатор, образованный глухим и полупрозрачным зеркалами.
Этот лазер имеет сравнительно сложную конструкцию: осветитель установлен своими опорными элементами на компенсационные прокладки, расположенные на основании. А основание имеет форму угольника или иного жесткого профиля и закреплено в корпусе лазера. Наличие основания и корпуса, а также отдельного отражателя не позволяет миниатюризировать эту конструкцию для использования лазера в портативных приборах и усложняет его изготовление. Кроме того, такая сборная конструкция не обладает достаточной стойкостью к механическим воздействиям.
Задачей изобретения является уменьшение габаритов и массы твердотельного лазера без снижения его энергетических характеристик и при повышении эксплуатационной стойкости.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном твердотельном лазере, содержащем активный элемент и лампу накачки, установленные в осветителе, а также резонатор, образованный глухим и полупрозрачным зеркалами, осветитель выполнен монолитным из высокоотражающего материала и имеет две внутренние полости, причем в одной внутренней полости установлены активный элемент и лампа накачки, в другой внутренней полости напротив одного из торцов активного элемента установлено глухое зеркало, обе внутренние полости закрыты герметичными крышками, в отверстии одной из которых напротив второго торца активного элемента закреплено полупрозрачное зеркало резонатора, а выводы лампы выведены через крышки наружу сквозь герметичные уплотнения.
Осветитель может быть выполнен из керамики, спеченной из порошка оксида металла, например оксида алюминия.
Керамика может быть образована с добавлением в керамическую массу люминофора, который поглощает излучение лампы в спектральной полосе ее излучения и излучает в полосе поглощения активного элемента.
На фиг.1 представлена конструкция твердотельного лазера.
Активный элемент 1 и лампа накачки 2 установлены в осветителе 3, выполненном из белой керамики, внутренняя рабочая полость 4 которого имеет высокий коэффициент отражения и служит отражателем лазера. Осветитель имеет переднюю 5 и заднюю 6 крышки, с помощью которых осуществляется герметизация внутренней полости лазера после сборки. Лампа накачки 2 крепится в отверстиях крышки 5 и герметизирующей втулки 7, вставленной в заднюю крышку 6. Выходное полупрозрачное зеркало 8 резонатора лазера закреплено на передней крышке 5. Глухое зеркало резонатора 9 установлено во второй внутренней полости осветителя 3. После сборки и юстировки стыки элементов конструкции герметизируются компаундом.
Таким образом, осветитель является одновременно корпусом лазера, а его первая внутренняя полость - отражателем. Отражательные характеристики внутренней полости могут быть улучшены путем введения в состав материала осветителя люминофоров, преобразующих энергию излучения лампы в спектральную область, где поглощение активного элемента максимально.
Устройство работает следующим образом.
При протекании тока через разрядный промежуток лампы накачки 2, ионизированный разрядным током газ, наполняющий лампу накачки, излучает свет в ультрафиолетовой, видимой и ближней инфракрасной областях спектра. Этот световой поток проникает в активный элемент 1 частью непосредственно, а частью, отразившись от стенок 4 рабочей полости осветителя 3. При наличии люминофора в составе материала осветителя 3 коэффициент полезного действия накачки может быть увеличен, если люминофор поглощает излучение лампы в широкой спектральной полосе, а излучает в полосе поглощения активного элемента 1. Возбужденный поглощенным излучением накачки активный элемент 1 совместно с зеркалами 8, 9 резонатора генерирует когерентное лазерное излучение, выходящее наружу через полупрозрачное зеркало 8.
Предлагаемый твердотельный лазер имеет следующие преимущества.
- Осветитель, построенный согласно предлагаемому решению, совмещает в своей конструкции функции корпуса, конструктивно несущего активный элемент, лампу накачки и зеркала резонатора, а также функции отражателя.
- Такое совмещение позволяет исключить сложные узлы, применяемые в известных лазерах, благодаря чему упрощается конструкция устройства, снижается трудоемкость его изготовления и повышается надежность.
- Предлагаемое техническое решение позволяет существенно сократить габариты и массу устройства, что дает возможность его использования в портативных системах, например в дальномерных модулях для малогабаритных беспилотных летательных аппаратов.
- Использование высокоотражающих и люминесцентных материалов для осветителя, например керамики [3], повышает эффективность накачки и позволяет упростить устройство накачки при сохранении энергетических характеристик выходного лазерного излучения.
- Использование керамического материала для осветителя упрощает его изготовление путем прессования из порошковых материалов с контролируемыми отражательными и механическими характеристиками, что позволяет объединить функции осветителя и отражателя.
Указанные преимущества обеспечивают решение поставленной задачи: уменьшение габаритов и массы твердотельного лазера без снижения его энергетических характеристик и при повышении эксплуатационной стойкости.
Данный вывод подтвержден положительными результатами изготовления и испытаний макетного образца лазера. После корректировки документации по результатам испытаний лазер будет запущен в производство.
Источники информации
1. Справочник по лазерной технике. Киев, «Технiка», 1978 г., с.60.
2. Твердотельный лазер. Патент РФ №2102824 - прототип.
3. High reflectance laser resonator cavity. Patent US 4805181 A.