RU2550372C1

RU2550372C1 - Solid-state laser

Info

Publication number: RU2550372C1
Application number: RU2014108074/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Быков; Денис Владимирович Быков; Валерий Григорьевич Вильнер; Олег Георгиевич Волобуев; Дмитрий Сергеевич Подставкин; Борис Кириллович Рябокуль; Галина Владимировна Турикова
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2015-05-10

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: solid-state laser comprises an active element and a pumping lamp mounted in an illuminator, having a holder, as well as a cavity formed by totally reflecting and semitransparent mirrors. The illuminator is monolithic and is made of a highly reflective material and has two internal chambers, wherein one internal chamber is fitted with an active element and a pumping lamp and the other is fitted with a totally reflecting mirror opposite one of the ends of the active element. Both internal chambers are closed with sealing covers, wherein the semitransparent mirror of the cavity is mounted in the opening of one of the covers opposite the second end of the active element. Leads of the lamp come out of the cover through pressure seals.

EFFECT: reducing the size and weight of the solid-state laser without deterioration of energy characteristics thereof while improving service durability.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к импульсным твердотельным лазерам с ламповой накачкой, преимущественно для импульсных дальномеров.The invention relates to laser technology, namely to pulsed solid-state lasers with lamp pumping, mainly for pulsed rangefinders.

Известны твердотельные лазеры, содержащие активный элемент с резонатором и лампу накачки [1].Solid-state lasers are known containing an active element with a resonator and a pump lamp [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.The closest in technical essence to the proposed technical solution is a solid-state laser, described in [2]. This solid-state laser contains an active element and a pump lamp mounted in a illuminator including a reflector, as well as a resonator formed by blind and translucent mirrors.

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.This laser has a relatively complex design: the illuminator is mounted with its supporting elements on the compensation gaskets located on the base. And the base has the shape of a square or other rigid profile and is fixed in the laser housing. The presence of a base and a housing, as well as a separate reflector, do not allow miniaturization of this design for the use of a laser in portable devices and complicates its manufacture. In addition, such a prefabricated design does not have sufficient resistance to mechanical stress.

Задачей изобретения является уменьшение габаритов и массы твердотельного лазера без снижения его энергетических характеристик и при повышении эксплуатационной стойкости.The objective of the invention is to reduce the size and mass of a solid-state laser without reducing its energy characteristics and increasing operational stability.

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.The problem is solved due to the fact that in the well-known solid-state laser containing the active element and the pump lamp installed in the illuminator, as well as the resonator formed by deaf and translucent mirrors, the illuminator is made of monolithic highly reflective material and has two internal cavities, and in one internal the active element and the pump lamp are installed in the cavity, a blind mirror is installed in the other internal cavity opposite one of the ends of the active element, both internal cavities are sealed and covers, in the opening of one of which, opposite the second end of the active element, a translucent mirror of the resonator is fixed, and the lamp leads are led out through the covers through hermetic seals.

Осветитель может быть выполнен из керамики, спеченной из порошка оксида металла, например оксида алюминия.The illuminator may be made of ceramic sintered from a powder of metal oxide, for example alumina.

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.Ceramics can be formed by adding a phosphor to the ceramic mass, which absorbs the radiation of the lamp in the spectral band of its radiation and emits in the absorption band of the active element.

На фиг.1 представлена конструкция твердотельного лазера.Figure 1 shows the design of a solid-state laser.

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.The active element 1 and the pump lamp 2 are installed in the illuminator 3 made of white ceramic, the internal working cavity 4 of which has a high reflection coefficient and serves as a laser reflector. The illuminator has a front 5 and a back 6 cover, with which the internal cavity of the laser is sealed after assembly. The pump lamp 2 is mounted in the holes of the cover 5 and the sealing sleeve 7 inserted in the back cover 6. The output translucent mirror 8 of the laser resonator is mounted on the front cover 5. A blind mirror of the resonator 9 is installed in the second internal cavity of the illuminator 3. After assembly and adjustment, the joints of the structural elements are sealed with a compound.

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.Thus, the illuminator is simultaneously a laser body, and its first internal cavity is a reflector. The reflective characteristics of the internal cavity can be improved by introducing phosphors into the composition of the illuminator material, converting the radiation energy of the lamp into the spectral region where the absorption of the active element is maximum.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

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.When current flows through the discharge gap of the pump lamp 2, the gas ionized by the discharge current filling the pump lamp emits light in the ultraviolet, visible and near infrared regions of the spectrum. This luminous flux penetrates into the active element 1 partly directly, and partly, reflected from the walls 4 of the working cavity of the illuminator 3. If there is a phosphor in the composition of the illuminator 3, the pump efficiency can be increased if the phosphor absorbs lamp radiation in a wide spectral band, and emits in the absorption band of the active element 1. Excited by the absorbed pump radiation, the active element 1, together with the resonator mirrors 8, 9, generates coherent laser radiation coming out through es semitransparent mirror 8.

Предлагаемый твердотельный лазер имеет следующие преимущества.The proposed solid state laser has the following advantages.

- Осветитель, построенный согласно предлагаемому решению, совмещает в своей конструкции функции корпуса, конструктивно несущего активный элемент, лампу накачки и зеркала резонатора, а также функции отражателя.- The illuminator, built according to the proposed solution, combines in its design the functions of a housing structurally carrying an active element, a pump lamp and resonator mirrors, as well as reflector functions.

- Такое совмещение позволяет исключить сложные узлы, применяемые в известных лазерах, благодаря чему упрощается конструкция устройства, снижается трудоемкость его изготовления и повышается надежность.- This combination eliminates the complex components used in known lasers, which simplifies the design of the device, reduces the complexity of its manufacture and increases reliability.

- 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.- The proposed technical solution can significantly reduce the size and weight of the device, which makes it possible to use it in portable systems, for example, in rangefinder modules for small unmanned aerial vehicles.

- 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.- The use of highly reflective and luminescent materials for the illuminator, such as ceramics [3], increases the pumping efficiency and allows to simplify the pumping device while maintaining the energy characteristics of the output laser radiation.

- 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.- The use of ceramic material for the illuminator simplifies its manufacture by pressing from powder materials with controlled reflective and mechanical characteristics, which allows combining the functions of the illuminator and reflector.

Указанные преимущества обеспечивают решение поставленной задачи: уменьшение габаритов и массы твердотельного лазера без снижения его энергетических характеристик и при повышении эксплуатационной стойкости.These advantages provide a solution to the problem: reducing the size and mass of the solid-state laser without reducing its energy characteristics and increasing operational stability.

Данный вывод подтвержден положительными результатами изготовления и испытаний макетного образца лазера. После корректировки документации по результатам испытаний лазер будет запущен в производство.This conclusion is confirmed by the positive results of manufacturing and testing a prototype laser sample. After adjusting the documentation for the test results, the laser will be put into production.

Источники информацииInformation sources

1. Справочник по лазерной технике. Киев, «Технiка», 1978 г., с.60.1. Handbook of laser technology. Kiev, "Technics", 1978, p. 60.

2. Твердотельный лазер. Патент РФ №2102824 - прототип.2. Solid state laser. RF patent No. 2102824 - prototype.

3. High reflectance laser resonator cavity. Patent US 4805181 A.3. High reflectance laser resonator cavity. Patent US 4,805,181 A.

Claims

1. A solid-state laser containing an active element and a pump lamp mounted in the illuminator, as well as a resonator formed by blind and translucent mirrors, characterized in that the illuminator is made of a monolithic highly reflective material and has two internal cavities, the active element being installed in one internal cavity and a pump lamp, a blind mirror is installed in another inner cavity opposite one of the ends of the active element, both inner cavities are closed by sealed covers, in the hole of one of Opposite the second end of the active element, a translucent mirror of the resonator is fixed, and the lamp leads are led out through the covers through the sealed seals.

2. The solid-state laser according to claim 1, characterized in that the illuminator is made of ceramic sintered from a powder of metal oxide, for example alumina.

3. The solid-state laser according to claim 2, characterized in that the ceramic is formed by adding a phosphor to the ceramic mass, which absorbs the radiation of the lamp in the spectral band of its radiation and emits in the absorption band of the active element.