Solid cu laser up-conversie

H01S3 / 0941 - laser semiconductor, de exemplu diode laser

Proprietarii brevetului RU 2497249:

Kiyko Vadim Veniaminovich (RU)

Prezenta invenție se referă la lasere și pot fi folosite pentru a crea surse scurt coerente radiații solide cu laser up-conversie include un mediu cu laser up-conversie aranjate într-un rezonator optic, și un dispozitiv de pompare care cuprinde două semiconductori sursă de radiații cu lungimi de undă λ1 și λ2 și fibre de module poziționat astfel încât ieșirile optice ale ambelor surse de radiație a pompei sunt asociate cu un modul de fibre, un sistem de focalizare este format pe lungimi acromatice x valuri λ1 și λ2 și astfel poziționat încât ieșirea modulului de fibră interfațat prin acesta cu un mediu cu laser up-conversie. Rezultatul tehnic este de a permite omogenizarea și concentrarea spațială ridicată de radiație a pompei. 3 ZP f ly-3-il.

Prezenta invenție se referă la lasere și pot fi utilizate pentru a crea surse de radiații scurt coerente.

Cunoscută cu laser upconversion stare solida (RM Macfarlane, F. Tong, AJ Argintarului și W. Lenth "laser Violet cw neodim upconversion" Appl. Phys. Lett. V.52, p.1300, 1988), care cuprinde un mediu cu laser upconversion sub forma unui cristal Nd: LaF3. plasat în rezonatorul optic, și un dispozitiv de pompare care cuprinde două surse laser bazate pe lasere pentru colorarea continuu, generând lumină la lungimi de undă λ1 = 788 nm și λ2 = 591 nm.

Dezavantajul principal al prototipului este eficiența scăzută a sus-conversia radiației pompei.

Obiectul invenției este acela de a mări eficiența de conversie superioară a radiației pompei.

Rezultatul tehnic constă în omogenizarea și concentrarea spațială ridicată a fasciculului de lumină a pompei cu ajutorul dispozitivului de pompare în două lasere semiconductoare de diferite lungimi de undă.

Eficiența de conversie superioară a radiației pompei este direct legată de gradul de omogenizare a fasciculului de radiații care interacționează cu mediul laser up-conversie. Cu cât gradul de suprapunere spațială și temporală, cu atât eficiența laserului. In laser solid-state revendicate, un up-conversie specificat rezultat tehnic se realizează datorită grinzilor pompei de informații a două lasere semiconductoare în combinatorul fibră optică și să se concentreze mediul lor de conversie ascendentă ulterioară utilizând un sistem de focalizare acromatic.

Esența invenției constă în aceea că, în stare solidă de conversie superioară cu laser care cuprinde un mediu cu laser up-conversie aranjate într-un rezonator optic, și un dispozitiv de pompare care cuprinde două semiconductori sursă de radiații cu lungimi de undă λ1 și λ2 și sistem de focalizare, aparatul pompă mai cuprinde fibre de modulul dispuse astfel încât ieșirile optice ale ambelor surse de radiație a pompei sunt asociate cu un modul de fibre, un sistem de focalizare este format pe lungimi de undă acromatice λ1 și λ2 și locație cu soția în așa fel încât ieșirea modulului de fibre interfațat prin ea cu up-conversie medie cu laser.

Mai mult, în modul inventiv cu laser de fibre poate fi realizat ca un combinator de fibră în formă de Y.

Mai mult, în modul inventiv cu laser de fibre poate fi făcută sub forma secvențial aranjate o intrare spectral selectiv pentru sistemul de emisie în fibră și fibra optică compozit care cuprinde un miez, un interior și un înveliș exterior. În acest caz, raportul dintre indicele de refracție al materialului miezului și placarea interioară a fibrei optice compozite trebuie să fie o valoare de valoare nu mai mică a fibrelor aperturii numerice pentru radiația cu mai puțin de lungimi de undă λ1 și λ2, iar raportul dintre indicele de refracție al materialului de placare interioară și învelișul exterior al fibrei optice compozit este de până la cantități mai mici de deschidere numerică fibră pentru radiația cu lungimi de undă mai mari λ1 și λ2.

În plus, raportul dintre diametrele membrane compozite din fibre optice pot fi alese egal cu raportul dintre lungimile de undă de radiație a pompei.

Mecanism de up-conversie lasere cu semiconductori cu pompare optică necesită implementarea unui proces în două etape de excitație a mediului cu laser, care cuprinde o absorbție a radiației pompa din starea de sol cu ​​decontare stare excitată intermediară și absorbția radiației pompa din starea excitată intermediar cu populația de finit relaxare stare excitată este însoțită de emisia unui scurt fotoni de lungime de undă . Selectarea de up-conversie mass-media în stare solidă, care recunosc utilizarea unei radiații monocromatice pompa este extrem de limitat, eficiența de conversie ascendentă în astfel de medii semnificativ mai mici decât în ​​medii care necesită excitație bicromatic. ochelari si cristale cunoscute, activate de ioni de pământuri rare, în care tranzițiile optice între stări electronice ale unui sistem cuantic capabil să furnizeze populației eficiente a nivelurilor ridicate de energie, ca urmare a două frecvențe de absorbție în două trepte a radiațiilor optice. Evident, alegerea frecvenței de radiație a pompei determinată de valorile energiilor de tranziție între stări cuantice ale mediului cu laser. Cea mai simplă metodă de construire a unui sistem de pompare de conversie superioară cu laser - folosind două lasere acordabile (de exemplu, lasere de coloranți). În acest caz, selecția corectă a frecvenței necesare a pompei nu este o problemă, așa cum, de altfel, și grinzi de pompă de amestecare spațiale în mediul activ. Cu toate acestea, laserele cu coloranți sunt dificil de utilizat ca sursă de pompare pentru aplicații industriale, up-conversie lasere din cauza complexității de proiectare și gestionare a acestora, precum și din cauza costurilor ridicate de exploatare.

Cea mai promițătoare pentru construirea unui sistem de pompare optic cu doua frecvență up-conversie cu laser solid-state este utilizarea a două lasere semiconductoare. frecvențe reglarea fină de radiații a acestor surse poate fi realizată prin modificarea temperaturilor de tranziție cu laser. Cu toate acestea, succesul implementării în practică a sistemului este indisolubil legată de depășirea problemelor grinzilor pompelor nepotriviri spațiale a două lasere semiconductoare care emit radiații la două frecvențe substanțial diferite.

potrivire spațială a grinzilor de radiație a pompei în invenția revendicată este o realizează prin utilizarea combinată a unui dispozitiv de pompare modul de fibră pentru informația spațială a grinzilor de radiație ale pompei la lungimi de undă diferite și sistem de focalizare radiație acromatic în sus-conversie medie (în conformitate cu sistemul de focalizare acromatic în acest caz, va însemna sistem, distanța focală care nu este mai mare de 5%) la diferite lungimi de undă selectate λ1 și λ2.

Scurtă descriere a desenelor în care prezintă schema optică a laserului inventiv. 1 ilustrează un laser cu semiconductori optice aspect conversie cu dispozitiv de pompare care cuprinde o unitate de fibră sub formă de combinator cu fibre în formă de Y. 2 este o diagramă a unui dispozitiv de pompare optic cu un modul de fibre în forma secvențială a aranjat o intrare spectral selectiv sistem de emisie în fibră și fibră compozit care cuprinde un miez, un interior și un înveliș exterior. Figura 3 prezintă o diagramă optică a fluxului luminos pompa de grinzi optice fibre compozite ușoare ilustrării pompa de livrare de diferite lungimi de undă în mediul în sus-conversie.

1 arată starea solidă up-conversie medie 1 este localizat în interiorul rezonator optic format prin oglinzi 2 și 3, o pompă sursă de lumină semiconductor 4 generatoare de radiație cu o λ1 lungime de undă, sursa de lumină pompa semiconductor 5, care generează radiații la λ2 lungime de undă, fibre Unitatea 6 sub formă de fibră de forma literei Y intrări combiner optice 7 și 8 și 9 și randamentul optic acromatic sistem de focalizare 10. Figura 2 prezintă o unitate de fibră 6 cuprinzând un sistem spectral selectiv 1 radiație 1 intrare în fibră, constând, de exemplu, o oglindă dicroică 12 și lentila 13 și fibre optice compozite 14. Figura 3 prezintă, de asemenea, o fibră optică din compozit 14 având un miez 15, mantaua interioară 16 și mantaua exterioară 17. în plus, 3 ilustrează grinzi timpi de pompare prin sistemul de focalizare acromatic 10, presupunând că λ1> λ2.

Dispozitivul conform invenției funcționează după cum urmează. Radiația surselor de pompare cu laser semiconductor 4 și 5 sunt alimentate simultan unitatea de fibră 6, în care omogenizarea grinzilor pompei. În cazul folosirii fibrei modulului 6, care cuprinde un spectral selectiv sistem 11 lumina pompa de intrare într-o fibră optică compozit 14, obiectivul 13, componenta scurta lungime de unda de pompare lumina focalizează lentilei 13 în zona de bază 15, iar lung val - în regiunea de placare interioară 16 a fibrei optice compozit 14. condițiile componentelor totale de reflexie internă spectrale rețin radiația pompei la modul de propagare waveguide. La ieșirea fibrei optice 14, fasciculul compozit format din doua divergență de difracție identice. Ecuația de mai sus este asigurată prin selectarea raportului de diametru interior 16 și exterior 17 coji de fibre optice compozit 14, care este raportul dintre lungimile de undă ale radiației pompei. spațială precisă amestecarea grinzilor de pompare și concentrația maximă a acestora în mediul de conversie superioară 1 oferă un sistem de focalizare acromatic 10. Ca rezultat, absorbția două frecvența radiației pompa în mediul de conversie superioară 1 are loc excitarea niveluri ridicate de energie, urmat de relaxare radiative. Emisia spontană este amplificat într-un mediu de conversie superioară 1 și s-a repetat de trecere prin reflexie de prin acestea oglinzi rezonator 2, 3 în sus-conversie cu laser solid-state generate fascicul de radiații de unde scurte coerent.

La evaluarea semnificației invenției pentru aplicații industriale trebuie remarcat faptul că dispozitivul revendicat oferă posibilitatea de a genera radiatii de unde scurte prin folosirea a două surse de pompare cu lungime de undă lungă de radiații cu o eficiență ridicată de conversie superioară realizată datorită concentrației spațiale ridicate de radiație a pompei. Astfel de up-conversie lasere cu semiconductori pot fi utilizate ca surse de radiație în sistemele de proiecție laser, precum și sisteme de înregistrare de informații.

1. Solid cu laser de conversie superioară care cuprinde un mediu cu laser de conversie superioară aranjate într-un rezonator optic, și un dispozitiv de pompare care cuprinde două surse de radiații cu semiconductori la lungimi de undă λ1 și λ2 și sistem de focalizare, caracterizat prin aceea că dispozitivul de pompare cuprinde suplimentar un modul de fibre, poziționat astfel încât ieșirile optice ale ambelor surse de radiație a pompei sunt asociate cu un modul de fibre, un sistem de focalizare este format pe lungimi de undă acromatice λ1 și λ2 și este, astfel, că ieșirea modulului de fibre interfațat prin ea cu mediul laser up-conversie.

2. Solid cu laser Conversie conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că unitatea de fibră este configurată ca un combinator de fibră în formă de Y.

3. Solid cu laser Conversie conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că unitatea de fibră este configurată sub forma secvențial aranjate o intrare spectral selectiv sistem de emisie în fibră și fibră compozit care cuprinde un miez, un interior și un înveliș exterior, în care raportul dintre indicele de refracție al materialului miezului și mantaua interioară a sumelor compuse din fibre optice pentru a nu mai mică decât valoarea numerică a diafragmei cu fibre pentru radiații cu o lungime de undă de la λ1 și λ2, iar raportul indicilor de refracție Lenia învelișul interior și materiale de înveliș exterior al fibrei compozit este o valoare mai mică decât valoarea numerică a deschiderilor din fibre pentru emisia unui λ1 lungime de undă mai mare și λ2.

4. stare solidă de conversie superioară cu laser, conform revendicării 3, caracterizat prin aceea că raportul dintre diametrele cochiliile fibrei optice compozit este selectat egal cu raportul dintre lungimile de undă de radiație a pompei.