Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU205001U1 - Device for high-intensity longitudinal fiber pumping of solid-state lasers based on Nd: YAG crystals - Google Patents

Device for high-intensity longitudinal fiber pumping of solid-state lasers based on Nd: YAG crystals Download PDF

Info

Publication number
RU205001U1
RU205001U1 RU2020127567U RU2020127567U RU205001U1 RU 205001 U1 RU205001 U1 RU 205001U1 RU 2020127567 U RU2020127567 U RU 2020127567U RU 2020127567 U RU2020127567 U RU 2020127567U RU 205001 U1 RU205001 U1 RU 205001U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radiation
multimode fiber
optical
fiber
radiation source
Prior art date
Application number
RU2020127567U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Павлович Митрохин
Александр Евгеньевич Дормидонов
Александр Демьянович Саввин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им.Н.Л.Духова» (ФГУП «ВНИИА»)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им.Н.Л.Духова» (ФГУП «ВНИИА») filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие «Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им.Н.Л.Духова» (ФГУП «ВНИИА»)
Priority to RU2020127567U priority Critical patent/RU205001U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU205001U1 publication Critical patent/RU205001U1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094069Multi-mode pumping

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области лазерной физики и волоконной оптики и касается устройства высокоинтенсивной продольной волоконной накачки твердотельных лазеров на кристаллах Nd:YAG. Устройство содержит последовательно расположенные источник излучения, систему заведения излучения, оптическое многомодовое волокно, входной торец которого расположен на расстоянии фокуса системы заведения излучения, и коллимирующую линзу, расположенную на расстоянии фокуса коллимирующей линзы от выходного торца многомодового волокна. В качестве источника излучения использован лазер на кристалле Nd:YAG, работающий в режиме свободной генерации и содержащий в себе внутрирезонаторный удвоитель частоты. В качестве системы заведения излучения использована сферическая фокусирующая линза. В качестве оптического многомодового волокна использовано оптическое многомодовое волокно диаметром сердцевины от 50 мкм до 100 мкм и длиной меньше либо равной 100 м. Технический результат заключается в увеличении пространственной когерентности источника излучения и увеличении мощности излучения. 2 ил., 2 табл.The utility model relates to the field of laser physics and fiber optics and concerns a device for high-intensity longitudinal fiber pumping of solid-state lasers based on Nd: YAG crystals. The device contains a sequentially located radiation source, a radiation initiation system, an optical multimode fiber, the input end of which is located at the focal distance of the radiation initiation system, and a collimating lens located at a collimating lens focus distance from the multimode fiber output end. As a radiation source, a Nd: YAG crystal laser operating in the free-running mode and containing an intracavity frequency doubler was used. A spherical focusing lens is used as a system for generating radiation. An optical multimode fiber with a core diameter of 50 µm to 100 µm and a length of less than or equal to 100 m is used as an optical multimode fiber. The technical result consists in increasing the spatial coherence of the radiation source and increasing the radiation power. 2 dwg, 2 tbl

Description

Полезная модель относится к области лазерной физики и волоконной оптики. Данная полезная модель может быть использована в качестве продольной накачки твердотельных лазеров на кристалле аллюмоиттриевого граната допированного ионами неодима (Nd:YAG).The utility model relates to the field of laser physics and fiber optics. This useful model can be used as a longitudinal pumping of solid-state lasers based on a crystal of yttrium alumina garnet doped with neodymium ions (Nd: YAG).

Прототипом предлагаемой полезной модели может служить хорошо известное решение, использующее в качестве продольной волоконной накачки лазеров на кристаллах Nd:YAG лазерных диодов с волоконным выходом, описанное, например, в работе: Н. Kofler, et. al. "Experimental development of a monolithic passively Q-switched diode-pumped Nd:YAG laser" Eur. Phys. J. D 58, 209-218 (2010).The prototype of the proposed utility model can be a well-known solution that uses fiber-output laser diodes as longitudinal fiber pumping of Nd: YAG lasers based on Nd: YAG crystals, described, for example, in the work: N. Kofler, et. al. "Experimental development of a monolithic passively Q-switched diode-pumped Nd: YAG laser" Eur. Phys. J. D 58, 209-218 (2010).

Данный прототип содержит в себе последовательно источник излучения - лазерный диодный излучатель, соединенный с системой заведения излучения в оптическое многомодовое волокно диаметром 100 мкм и более, оптическое многомодовое волокно, соединенное с устройством коллимации излучения на выходе.This prototype contains in itself a radiation source - a laser diode emitter connected to a system for introducing radiation into an optical multimode fiber with a diameter of 100 μm or more, an optical multimode fiber connected to a radiation collimation device at the output.

Прототип работает следующим образом: источник излучения - лазерный диодный излучатель формирует оптическое излучение, которое, проходя систему заведения в оптическое волокно, распространяется по оптическому многомодовому волокну и на выходе из волокна, попадает на систему коллимации, которая компенсирует его расходимость. Далее данное излучение является пригодным для осуществления продольной накачки твердотельных лазеров на кристаллах Nd:YAG.The prototype works as follows: a radiation source - a laser diode emitter forms optical radiation, which, passing through the insertion system into the optical fiber, propagates along the optical multimode fiber and, at the exit from the fiber, enters the collimation system, which compensates for its divergence. Further, this radiation is suitable for longitudinal pumping of solid-state lasers based on Nd: YAG crystals.

Работоспособность прототипа достигается путем использования источника излучения - лазерного диодного излучателя с центральной длиной волны излучения, расположенной вблизи 808 нм, что обусловлено интенсивным поглощением активных кристаллов Nd:YAG в окрестности данной длины волны (пик поглощения обозначен на фиг. 1).The performance of the prototype is achieved by using a radiation source - a laser diode emitter with a central radiation wavelength located near 808 nm, which is due to the intense absorption of active Nd: YAG crystals in the vicinity of this wavelength (the absorption peak is indicated in Fig. 1).

Основным недостатком прототипа является низкая пространственная когерентность источника излучения - лазерного диодного излучателя и, как следствие, ограниченная мощность излучения на выходе оптического многомодового волокна с диаметром сердцевины 100 мкм не превышающая 100 Вт. Низкая пространственная когерентность излучения вынуждает разрабатывать достаточно сложные системы заведения излучения в оптические волокна, как например: US 5127068 A, US 6666590 B2, и при увеличении выходной мощности излучения приходится увеличивать и диаметр использующегося волокна, так мощные (более 100 Вт) волоконные источники используют оптические многомодовые волокна диаметром сердцевины свыше 400 мкм, но применение оптических волокон с большим диаметром сердцевины ограничивает интенсивность излучения накачки, которая в случае применения волоконной накачки может быть оценена как отношение мощности излучения к площади поперечного сечения сердцевины оптического многомодового волокна.The main disadvantage of the prototype is the low spatial coherence of the radiation source - a laser diode emitter and, as a consequence, the limited radiation power at the output of an optical multimode fiber with a core diameter of 100 microns does not exceed 100 W. Low spatial coherence of radiation makes it necessary to develop rather complex systems for introducing radiation into optical fibers, such as: US 5127068 A, US 6666590 B2, and with an increase in the output radiation power, the diameter of the used fiber has to be increased, as powerful (more than 100 W) fiber sources use optical multimode fibers with a core diameter of more than 400 μm, but the use of optical fibers with a large core diameter limits the pump radiation intensity, which, in the case of fiber pumping, can be estimated as the ratio of the radiation power to the cross-sectional area of the core of an optical multimode fiber.

Техническим результатом полезной модели по сравнению с прототипом является увеличение пространственной когерентности источника излучения и, как следствие, увеличение мощности излучения на выходе оптического многомодового волокна с диаметром сердцевины от 50 мкм до 100 мкм до единиц киловатт. Увеличение пространственной когерентности излучения позволит упростить систему заведения в оптические волокна и при увеличении мощности излучения использовать оптические волокна диаметром сердцевины, не превышающим 100 мкм, применение волокон диаметром от 100 мкм и менее позволяет, соответственно, увеличить интенсивность излучения на выходе.The technical result of the utility model in comparison with the prototype is an increase in the spatial coherence of the radiation source and, as a consequence, an increase in the radiation power at the output of an optical multimode fiber with a core diameter from 50 µm to 100 µm to several kilowatts. An increase in the spatial coherence of radiation will make it possible to simplify the system of insertion into optical fibers and, with an increase in the radiation power, use optical fibers with a core diameter not exceeding 100 μm, the use of fibers with a diameter of 100 μm or less allows, accordingly, to increase the radiation intensity at the output.

Технический результат достигается тем, что устройство высокоинтенсивной продольной волоконной накачки твердотельных лазеров на кристаллах Nd:YAG содержащее последовательно расположенные источник излучения, расположенную с источником излучения на одной оптической оси систему заведения излучения, оптическое многомодовое волокно, входной торец которого расположен на расстоянии фокуса системы заведения излучения и лежит на одной оптической оси с системой заведения излучения; и коллимирующую линзу, расположенную с выходным торцом оптического многомодового волокна на другой оптической оси и на расстоянии фокуса коллимирующей линзы расположен выходной торец оптического многомодового волокна, источник излучения, система заведения излучения, оптическое многомодовое волокно и коллимирующая линза размещены рядом друг с другом компактно - впритык в одном корпусе и соединены между собой свинчиванием, в качестве источника излучения использован лазер на кристалле Nd:YAG, работающий в режиме свободной генерации и содержащий в себе внутрирезонаторный удвоитель частоты, в качестве системы заведения излучения использована сферическая фокусирующая линза, в качестве оптического многомодового волокна использовано оптическое многомодовое волокно диаметром сердцевины от 50 мкм до 100 мкм и длиной меньше либо равной 100 м.The technical result is achieved by the fact that a device for high-intensity longitudinal fiber pumping of solid-state lasers based on Nd: YAG crystals containing a sequential radiation source, a radiation initiation system located with a radiation source on one optical axis, an optical multimode fiber, the input end of which is located at the focal distance of the radiation initiation system and lies on the same optical axis with the radiation initiation system; and a collimating lens located with the output end of the optical multimode fiber on the other optical axis and at the focal distance of the collimating lens there is the output end of the optical multimode fiber, the radiation source, the radiation initiation system, the optical multimode fiber and the collimating lens are placed next to each other compactly - right next to one housing and connected to each other by screwing, a laser on an Nd: YAG crystal operating in the free-running mode and containing an intracavity frequency doubler was used as a radiation source, a spherical focusing lens was used as a radiation initiation system, an optical multimode fiber was used as an optical multimode fiber with a core diameter of 50 μm to 100 μm and a length less than or equal to 100 m.

Полезная модель использует наличие в спектре поглощения кристаллов Nd:YAG пика поглощения на длине волны 532 нм (пик поглощения обозначен на фиг. 1), которое также может использоваться в качестве создания инверсной населенности в кристаллах Nd:YAG и, как следствие, генерации лазерного излучения. Такое излучение обладает высокой энергией более 200 мДж, высокой пространственной когерентностью, что позволяет с эффективностью более 90% заводить его в оптические многомодовые волокна с диаметром сердцевины (D), при этом выполняется условие: 50 мкм≤D≤100 мкм, используя сферическую фокусирующую линзу.The utility model uses the presence in the absorption spectrum of Nd: YAG crystals of an absorption peak at a wavelength of 532 nm (the absorption peak is indicated in Fig. 1), which can also be used to create an inverse population in Nd: YAG crystals and, as a consequence, generate laser radiation ... Such radiation has a high energy of more than 200 mJ, high spatial coherence, which allows it to be inserted into multimode optical fibers with a core diameter (D) with an efficiency of more than 90%, while the condition: 50 μm≤D≤100 μm, using a spherical focusing lens ...

На фиг. 1 приведен спектр поглощения кристалла Nd3+:YAG.FIG. 1 shows the absorption spectrum of a Nd 3+ : YAG crystal.

На фиг. 2 приведена блок-схема устройства высокоинтенсивной продольной накачки твердотельных лазеров на кристаллах Nd:YAG.FIG. 2 shows a block diagram of a device for high-intensity longitudinal pumping of solid-state lasers based on Nd: YAG crystals.

Принятые обозначения:Accepted designations:

1 - источник излучения - импульсный лазер на кристалле Nd:YAG, работающий в режиме свободной генерации с внутрирезонаторным удвоением частоты;1 - radiation source - a pulsed laser on a Nd: YAG crystal, operating in the free-running mode with intracavity frequency doubling;

2 - система заведения излучения - сферическая фокусирующая линза, установленная так, что сферическая фокусирующая линза и входной торец оптического многомодового волокна располагаются на одной оптической оси и расположены друг относительно друга на расстоянии бликом к фокусному расстоянию линзы;2 - the system of radiation initiation - a spherical focusing lens installed so that the spherical focusing lens and the input end of the optical multimode fiber are located on the same optical axis and are located relative to each other at a distance from the focal length of the lens;

3 - оптическое многомодовое волокно с диаметром сердцевины от минимально возможной для оптических многомодовых волокон от 50 мкм до 100 мкм и длиной от минимально возможной для крепления оптического многомодового волокна до 100 м (возможно использование и оптического многомодового волокна большей длины с падением мощности до субкиловаттного уровня);3 - optical multimode fiber with a core diameter from the minimum possible for optical multimode fibers from 50 microns to 100 microns and a length from the minimum possible for attaching an optical multimode fiber up to 100 m (it is possible to use a longer optical multimode fiber with a power drop to subkilowatt level) ;

4 - коллимирующая линза, которая коллимирует излучение на выходе оптического многомодового волокна.4 - collimating lens that collimates radiation at the output of an optical multimode fiber.

В таблице 1 приведены экспериментальные данные по выходной мощности излучения в зависимости от параметров применяемого оптического многомодового волокна.Table 1 shows the experimental data on the output radiation power depending on the parameters of the used optical multimode fiber.

В таблице 2 приведены экспериментальные данные по осуществлению накачки монолитных Nd,Cr:YAG кристаллов (одного из возможных типов лазеров на кристаллах Nd:YAG) полезной моделью.Table 2 shows the experimental data on the implementation of the pumping of monolithic Nd, Cr: YAG crystals (one of the possible types of lasers based on Nd: YAG crystals) with a useful model.

Полезная модель (фиг. 2) содержит последовательно расположенные: источник излучения - лазер 1 на кристалле Nd:YAG, работающий в режиме свободной генерации и содержащий в себе внутрирезонаторный удвоитель частоты (далее лазер), расположенную с ним на одной оптической оси систему заведения излучения - сферическую фокусирующую линзу 2, установленную так, что сферическая фокусирующая линза 2 и входной торец оптического многомодового волокна 3 располагаются на одной оптической оси и входной торец расположен на расстоянии фокуса сферической фокусирующей линзы 2, оптическое многомодовое волокно 3 диаметром сердцевины от 50 мкм до 100 мкм и длиной меньше либо равной 100 м (возможно использование и оптического многомодового волокна большей длины с падением мощности до субкиловаттного уровня) (далее волокно), линзу 4, коллимирующую излучение на выходе волокна 3, расположенную на другой оптической оси с выходным торцом оптического многомодового волокна 3 на расстоянии фокуса линзы 4. В общем случае две вышеуказанные оптические оси не совпадают, и не параллельны, и не лежат в одной плоскости. Источник излучения 1 в общем случае находится на любом расстоянии от сферической фокусирующей линзы 2. Фокусы сферической фокусирующей линзы 2 и коллимирующей линзы 4 в общем случае разные.The utility model (Fig. 2) contains sequentially located: a radiation source - laser 1 on a Nd: YAG crystal, operating in the free generation mode and containing an intracavity frequency doubler (hereinafter laser), a system of radiation initiation located with it on the same optical axis - a spherical focusing lens 2, mounted so that the spherical focusing lens 2 and the input end of the optical multimode fiber 3 are located on the same optical axis and the input end is located at the focal distance of the spherical focusing lens 2, the optical multimode fiber 3 with a core diameter of 50 μm to 100 μm, and length less than or equal to 100 m (it is also possible to use a longer optical multimode fiber with a power drop to a subkilowatt level) (hereinafter referred to as a fiber), lens 4, collimating radiation at the output of fiber 3, located on another optical axis with the output end of the optical multimode fiber 3 at focal distance of the lens 4. In general, ae the above two optical axes do not coincide, and are not parallel, and do not lie in the same plane. The radiation source 1 is generally located at any distance from the spherical focusing lens 2. The foci of the spherical focusing lens 2 and collimating lens 4 are generally different.

В качестве элементов полезной модели (фиг. 2) могут быть применены, например:As elements of the utility model (Fig. 2) can be applied, for example:

в качестве лазера 1 - любой импульсный Nd:YAG лазер с внутрирезонаторным удвоением частоты и возможностью работы в режиме свободной генерации (например, с отключенным модулятором добротности);as laser 1 - any pulsed Nd: YAG laser with intracavity frequency doubling and the ability to operate in a free-running mode (for example, with a switched-off Q-switch);

в качестве сферической фокусирующей линзы 2 - любая сферическая фокусирующая линза, например, сферическая фокусирующая линза с фокусным расстоянием от 11 до 12 мм;as a spherical focusing lens 2 - any spherical focusing lens, for example, a spherical focusing lens with a focal length of 11 to 12 mm;

в качестве волокна 3 - оптическое многомодовое волокно, например, оптическое многомодовое волокно с диаметром сердцевины от 50 до 100 мкм с числовой апертурой от 0,11 до 0,22 и длиной от 5 см (работоспособность настоящей полезной модели показана для длин волокон от 10 м (таблица 1), что позволяет ожидать аналогичных результатов и для меньших длин оптических многомодовых волокон вследствии радикального уменьшения потерь на распространение излучения в оптическом многомодовом волокне) до 100 м (возможно использование и оптического многомодового волокна большей длины с падением мощности до субкиловаттного уровня), в случае необходимости уменьшить общую длину устройства оптическое многомодовое волокно может использоваться, будучи намотанным на катушку. При использовании оптических волокон с диаметрами сердцевины отличных, от представленных и проверенных для данной полезной модели, в частности волокон диаметрами сердцевины менее 50 мкм, в том числе и случая применения одномодовых (диаметрами сердцевины менее 10 мкм) волокон следует ожидать падения эффективности заведения излучения в оптические волокна и как следствие общего падения интенсивности излучения на выходе полезной модели;as fiber 3 - an optical multimode fiber, for example, an optical multimode fiber with a core diameter of 50 to 100 μm, a numerical aperture of 0.11 to 0.22 and a length of 5 cm (the operability of this utility model is shown for fiber lengths from 10 m (Table 1), which allows us to expect similar results for shorter lengths of optical multimode fibers due to a radical decrease in radiation propagation losses in an optical multimode fiber) up to 100 m (it is possible to use a longer optical multimode fiber with a power drop to a subkilowatt level), If it is necessary to reduce the overall length of the device, the optical multimode fiber can be used, being wound on a spool. When using optical fibers with core diameters different from those presented and tested for this utility model, in particular, fibers with core diameters less than 50 microns, including the case of using single-mode (core diameters less than 10 microns), one should expect a drop in the efficiency of introducing radiation into optical fibers and as a consequence of the general drop in the radiation intensity at the output of the utility model;

в качестве коллимирующей линзы 4 - любая фокусирующая линза, например, фокусирующая линза с фокусным расстоянием от 4 до 6 мм с просветляющим покрытием.as collimating lens 4 - any focusing lens, for example, a focusing lens with a focal length of 4 to 6 mm with an antireflection coating.

Все элементы полезной модели 1-4 размещены рядом друг с другом компактно - впритык в одном корпусе (на фиг. не показан) и соединены между собой сборочными операциями, например, свинчиванием, сочленением, склеиванием и т.д.All elements of the utility model 1-4 are placed next to each other compactly - end-to-end in one housing (not shown in the figure) and are interconnected by assembly operations, for example, by screwing, joining, gluing, etc.

В качестве объекта накачки (резонатора Nd:YAG лазера), можно применить, например, монолитный (диффузносрощеный Nd,Cr:YAG) кристалл с напыленными зеркалами на гранях кристалла.As a pumping object (Nd: YAG laser cavity), one can use, for example, a monolithic (diffusely bonded Nd, Cr: YAG) crystal with deposited mirrors on the crystal faces.

Полезная модель (фиг. 2) работает следующим образом.The utility model (Fig. 2) works as follows.

Лазер 1 генерирует излучение на длине волны 532 нм.Laser 1 generates radiation at a wavelength of 532 nm.

Излучение на выходе лазера 1, попадает на расположенную с ним на одной оптической оси сферическую фокусирующую линзу 2, установленную так, что сферическая фокусирующая линза 2 и входной торец оптического многомодового волокна 3 располагаются на одной оптической оси и входной торец расположен на расстоянии фокуса сферической фокусирующей линзы 2.The radiation at the output of the laser 1 falls on a spherical focusing lens 2 located with it on the same optical axis, installed so that the spherical focusing lens 2 and the input end of the optical multimode fiber 3 are located on the same optical axis and the input end is located at the focal distance of the spherical focusing lens 2.

Далее излучение распространяется по волокну 3. Например, в случае использования волокна 3 с параметрами: длина 100 метров, диаметр сердцевины 100 мкм и числовая апертура 0,22 составляет более 1 кВт (таблица 1).Further, the radiation propagates along fiber 3. For example, in the case of using fiber 3 with parameters: length 100 meters, core diameter 100 microns and numerical aperture 0.22 is more than 1 kW (table 1).

Излучение на выходе волокна 3 попадает на линзу 4, коллимирующую излучение на выходе волокна 3, расположенную на одной оптической оси с выходным торцом оптического многомодового волокна 3, на расстоянии фокуса.The radiation at the output of the fiber 3 hits the lens 4, collimating the radiation at the output of the fiber 3, located on the same optical axis with the output end of the optical multimode fiber 3, at a focus distance.

Коллимированное излучение на выходе полезной модели может быть в дальнейшем использовано для продольной накачки любого лазерного резонатора на активном кристалле Nd:YAG с активной или пассивной модуляцией добротности или работающего в режиме свободной генерации (таблица 2), а также в ряде других задач лазерной физики и волоконной оптики требующих высокоинтенсивного излучения получаемого с использованием настоящей полезной модели.The collimated radiation at the output of the utility model can be further used for longitudinal pumping of any laser resonator based on an active Nd: YAG crystal with active or passive Q-switching or operating in the free-running mode (Table 2), as well as in a number of other problems of laser physics and fiber optics requiring high-intensity radiation obtained using this utility model.

Экспериментальное подтверждение работоспособности предлагаемого полезной модели продемонстрировано для оптических многомодовых волокон 3 длиной от 10 до 200 метров с параметрами, приведенными в таблице 1 при длительности излучения лазера 1 на кристалле Nd:YAG, работающего в режиме свободной генерации с внутрирезонаторным удвоением частоты данного лазера 1, определяемой только временем жизни возбужденного состояния ионов неодима и для конкретного лазера 1 не превышающего 200 мкс. Высокая пространственная когерентность излучения твердотельного лазера 1 позволяет заводить излучение в оптическое многомодовое волокно 3 с эффективностью более 90% и, как, например, можно заметить, из данных приведенных в таблице 1 при использовании оптического многомодового волокна 3 с числовой апертурой 0,22 диаметром сердцевины 100 мкм и длиной 100 м мощность излучения на выходе составляет более 1 кВт. Использование оптических многомодовых волокон 3 малого диаметра сердцевины (не превышающего 100 мкм) позволяет радикально увеличить интенсивность излучения на выходе данной полезной модели по сравнению с прототипом.Experimental confirmation of the efficiency of the proposed utility model has been demonstrated for optical multimode fibers 3 with a length of 10 to 200 meters with the parameters given in Table 1 for the duration of the radiation of laser 1 on a Nd: YAG crystal, operating in the free-running mode with intracavity doubling of the frequency of this laser 1, determined by only the lifetime of the excited state of neodymium ions and for a particular laser 1 does not exceed 200 μs. The high spatial coherence of radiation from a solid-state laser 1 allows radiation to be fed into an optical multimode fiber 3 with an efficiency of more than 90% and, as, for example, can be seen from the data given in Table 1 when using an optical multimode fiber 3 with a numerical aperture of 0.22 with a core diameter of 100 μm and a length of 100 m, the output radiation power is more than 1 kW. The use of optical multimode fibers 3 with a small core diameter (not exceeding 100 μm) makes it possible to radically increase the radiation intensity at the output of this utility model in comparison with the prototype.

Как обсуждалось выше, в спектре поглощения (фиг 1) кристаллов алюмоиттриевого граната допированного ионами неодима существует пик поглощения на длине волны 532 нм (обозначен на фиг 1). Длина волны излучения устройства составляет 532 нм, поэтому оно может быть применено для накачки твердотельных лазеров на кристаллах Nd:YAG, что и было нами эксперементально подтверждено. Для экспериментального подтверждения были выбран ряд монолитных Nd,Cr:YAG кристаллов (таблица 2). Излучение полезной модели на длине волны 532 нм, попадая в Nd,Cr:YAG возбуждало в них генерацию на длине волны 1064 нм с параметрами приведенными в таблице 2. Таким образом, можно заключить, что полезная модель может применяться для высокоинтенсивной накачки лазеров на кристаллах алюмоиттриевого граната допированного ионами неодима.As discussed above, in the absorption spectrum (Fig. 1) of the crystals of yttrium aluminum garnet doped with neodymium ions, there is an absorption peak at a wavelength of 532 nm (indicated in Fig. 1). The radiation wavelength of the device is 532 nm, so it can be used to pump solid-state lasers based on Nd: YAG crystals, which was experimentally confirmed by us. For experimental confirmation, a number of monolithic Nd, Cr: YAG crystals were selected (Table 2). The radiation of the utility model at a wavelength of 532 nm, falling into Nd, Cr: YAG, excited lasing in them at a wavelength of 1064 nm with the parameters given in Table 2. Thus, it can be concluded that the utility model can be used for high-intensity pumping of lasers based on yttrium aluminum crystals. garnet doped with neodymium ions.

Таким образом, достигается заявленный технический результат, а именно, увеличение пространственной когерентности источника излучения и, как следствие, увеличение мощности излучения на выходе оптического многомодового волокна с диаметром сердцевины от 50 мкм до 100 мкм до единиц киловатт.Thus, the claimed technical result is achieved, namely, an increase in the spatial coherence of the radiation source and, as a consequence, an increase in the radiation power at the output of an optical multimode fiber with a core diameter from 50 μm to 100 μm to several kilowatts.

Увеличение пространственной когерентности излучения упрощает систему заведения в оптические волокна 3 и увеличение мощности излучения до единиц киловатт позволяет использовать оптические волокна 3 диаметром сердцевины от 50 мкм до 100 мкм и длиной до 100 м, кроме того, продемонстрирована возможность использования подобных волокон длиной до 200 м с получением субкиловаттных уровней мощности.An increase in the spatial coherence of radiation simplifies the system of insertion into optical fibers 3 and an increase in the radiation power to several kilowatts allows the use of optical fibers 3 with a core diameter of 50 μm to 100 μm and a length of up to 100 m, in addition, the possibility of using such fibers with a length of up to 200 m s has been demonstrated. obtaining subkilowatt power levels.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Claims (1)

Устройство высокоинтенсивной продольной волоконной накачки твердотельных лазеров на кристаллах Nd:YAG, содержащее последовательно расположенные источник излучения, расположенную с источником излучения на одной оптической оси систему заведения излучения, оптическое многомодовое волокно, входной торец которого расположен на расстоянии фокуса системы заведения излучения и лежит на одной оптической оси с системой заведения излучения; и коллимирующую линзу, расположенную с выходным торцом оптического многомодового волокна на другой оптической оси и на расстоянии фокуса коллимирующей линзы расположен выходной торец оптического многомодового волокна, источник излучения, система заведения излучения, оптическое многомодовое волокно и коллимирующая линза размещены рядом друг с другом компактно - впритык в одном корпусе и соединены между собой свинчиванием, отличающееся тем, что в качестве источника излучения использован лазер на кристалле Nd:YAG, работающий в режиме свободной генерации и содержащий в себе внутрирезонаторный удвоитель частоты, в качестве системы заведения излучения использована сферическая фокусирующая линза, в качестве оптического многомодового волокна использовано оптическое многомодовое волокно диаметром сердцевины от 50 мкм до 100 мкм и длиной меньше либо равной 100 м.A device for high-intensity longitudinal fiber pumping of solid-state lasers based on Nd: YAG crystals, containing a sequentially located radiation source, a radiation initiation system located with a radiation source on one optical axis, an optical multimode fiber, the input end of which is located at the focal distance of the radiation initiation system and lies on one optical axes with emission institution system; and a collimating lens located with the output end of the optical multimode fiber on the other optical axis and at the focal distance of the collimating lens there is the output end of the optical multimode fiber, the radiation source, the radiation initiation system, the optical multimode fiber and the collimating lens are placed next to each other compactly - right next to one housing and connected to each other by screwing, characterized in that a laser on an Nd: YAG crystal, operating in the free generation mode and containing an intracavity frequency doubler, is used as a radiation source, a spherical focusing lens is used as a radiation initiation system, as an optical multimode fiber, an optical multimode fiber with a core diameter of 50 μm to 100 μm and a length of less than or equal to 100 m is used.
RU2020127567U 2020-08-19 2020-08-19 Device for high-intensity longitudinal fiber pumping of solid-state lasers based on Nd: YAG crystals RU205001U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127567U RU205001U1 (en) 2020-08-19 2020-08-19 Device for high-intensity longitudinal fiber pumping of solid-state lasers based on Nd: YAG crystals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020127567U RU205001U1 (en) 2020-08-19 2020-08-19 Device for high-intensity longitudinal fiber pumping of solid-state lasers based on Nd: YAG crystals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU205001U1 true RU205001U1 (en) 2021-06-22

Family

ID=76505038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020127567U RU205001U1 (en) 2020-08-19 2020-08-19 Device for high-intensity longitudinal fiber pumping of solid-state lasers based on Nd: YAG crystals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU205001U1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4818062A (en) * 1987-04-28 1989-04-04 Spectra Diode Laboratories, Inc. Optical system with bright light output
US4847850A (en) * 1986-12-23 1989-07-11 Spectra-Physics, Inc. Continuum generation with miniaturized Q-switched diode pumped solid state laser
RU2328064C2 (en) * 2006-06-02 2008-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "НовоЛазер" ООО "НовоЛазер" Fiber intracavity-doubled laser (variants)

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4847850A (en) * 1986-12-23 1989-07-11 Spectra-Physics, Inc. Continuum generation with miniaturized Q-switched diode pumped solid state laser
US4818062A (en) * 1987-04-28 1989-04-04 Spectra Diode Laboratories, Inc. Optical system with bright light output
RU2328064C2 (en) * 2006-06-02 2008-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "НовоЛазер" ООО "НовоЛазер" Fiber intracavity-doubled laser (variants)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H. Kofler и др. "Experimental development of a monolithic passively Q-switched diode-pumped Nd:YAG laser", THE EUROPEAN PHYSICAL JOURNAL D, 58, 2010 г., стр. 209-218. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2013388C (en) High power diode pumped laser
EP0744089B1 (en) Passively q-switched picosecond microlaser
US5485482A (en) Method for design and construction of efficient, fundamental transverse mode selected, diode pumped, solid state lasers
US5182759A (en) Apparatus and method for pumping of a weakly absorbing lasant material
US4713822A (en) Laser device
US8964799B2 (en) Q-switching-induced gain-switched erbium pulse laser system
US7421166B1 (en) Laser spark distribution and ignition system
US4945544A (en) Diode laser pumped solid-state laser
EP0422834B1 (en) Simultaneous generation of laser radiation at two different frequencies
US6160934A (en) Hollow lensing duct
JP2018511927A (en) High efficiency laser ignition device
RU205001U1 (en) Device for high-intensity longitudinal fiber pumping of solid-state lasers based on Nd: YAG crystals
CN109873292B (en) Blue light solid laser of thulium-doped gain medium for Raman laser inner cavity pumping
Świderski et al. Pulsed ytterbium-doped large mode area double-clad fiber amplifier in MOFPA configuration
KR20180023132A (en) Slab solid laser amplifier
RU189457U1 (en) OPTICAL SCHEME OF A FEMTOSECOND RESONATOR BASED ON A CONE LIGHT GUIDE
Deana et al. High-efficiency Q-switched and diffraction-limited Nd: YLF side-pumped laser
US12009628B2 (en) Structure and configuration of the passively Q-switched diode end-pumped solid-state laser
EP0457523B1 (en) Apparatus for pumping of a weakly absorbing lasant material
CN113675715B (en) Pulse thulium-doped fiber laser
JPH02185082A (en) Laser diode-excited solid state laser
EP2517317B1 (en) Laser system for the marking of metallic and non-metallic materials
CN115000788B (en) Narrow pulse width microchip laser
Pavel et al. All-poly-crystalline ceramics Nd: YAG/Cr 4+: YAG monolithic micro-lasers with multiple-beam output
US6859480B2 (en) Tm:YAG laser