RU2177665C2 - Internally radiation-frequency doubling solid-state laser - Google Patents
Internally radiation-frequency doubling solid-state laser Download PDFInfo
- Publication number
- RU2177665C2 RU2177665C2 RU2000107371A RU2000107371A RU2177665C2 RU 2177665 C2 RU2177665 C2 RU 2177665C2 RU 2000107371 A RU2000107371 A RU 2000107371A RU 2000107371 A RU2000107371 A RU 2000107371A RU 2177665 C2 RU2177665 C2 RU 2177665C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microlaser
- microlaser according
- negative lens
- radiation
- active element
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 62
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 5
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 claims 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Lasers (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области лазерной техники, в частности к твердотельным лазерам с диодной накачкой, и промышленно применимо в медицине, информатике, оргтехнике, а также в индустрии развлечений. The invention relates to the field of laser technology, in particular to diode-pumped solid-state lasers, and is industrially applicable in medicine, computer science, office equipment, as well as in the entertainment industry.
Известен микролазер с внутрирезонаторным удвоением частоты излучения, содержащий оптически связанные и последовательно установленные вдоль оптической оси источник продольной диодной накачки, объектив, входное зеркало, активный элемент, дополнительное зеркало, выполненное пропускающим основное излучение и отражающим излучение второй гармоники, нелинейный элемент и выходное зеркало, при этом входное зеркало выполнено пропускающим излучение накачки и отражающим основное излучение, причем входное зеркало выполнено в виде первого многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на входную поверхность активного элемента, дополнительное зеркало выполнено в виде второго многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на входную поверхность нелинейного элемента [Сычугов В.А., Михайлов В.А., Кондратюк В.А., Лындин Н.М., Фрам Ю, Загуменный А.И., Заварцев Ю.Д., Студениким П. А. Коротковолновый λ=914 нм микролазер на кристалле YVO4: Nd3+. Квантовая электроника, 2000, т. 30, N 1, с. 13].Known microlaser with intracavity doubling the frequency of radiation, containing optically coupled and sequentially installed along the optical axis of the longitudinal diode pump source, a lens, an input mirror, an active element, an additional mirror made transmitting the main radiation and reflecting the radiation of the second harmonic, a nonlinear element and an output mirror, when this input mirror is made transmitting pump radiation and reflecting the main radiation, and the input mirror is made in the form of the first layered dielectric coating, which is deposited on the input surface of the active element, an additional mirror is made in the form of a second multilayer dielectric coating, which is deposited on the input surface of a nonlinear element [Sychugov VA, Mikhailov VA, Kondratyuk VA, Lyndin N .M., Fram Yu, Zagumeny A.I., Zavartsev Yu.D., Studenikim P. A. Short-wavelength λ = 914 nm microlaser based on a YVO 4 : Nd 3+ crystal. Quantum Electronics, 2000, v. 30, N 1, p. thirteen].
Недостатком этого микролазера является то, что он эффективен лишь при условии совпадения размеров области накачки внутри активного элемента с размерами моды основного излучения, генерируемой в резонаторе микролазера. Нагрев активного элемента излучением накачки создает в нем положительную термолинзу и превращает плоский резонатор Фабри-Перо в резонатор, одно из зеркал которого приобретает кривизну, определяемую диаметром области накачки и ее мощностью. Понижение диаметра области накачки и/или увеличение ее мощности увеличивает кривизну эквивалентного сферического зеркала резонатора и существенно сокращает диаметр моды внутри резонатора
Наиболее близким к заявляемому является известный микролазер с внутрирезонаторным удвоением частоты излучения, содержащий оптически связанные и последовательно установленные вдоль оптической оси источник продольной диодной накачки, объектив, прозрачную теплоотводящую пластину, входное зеркало, активный элемент, дополнительное зеркало, выполненное пропускающим основное излучение и отражающим излучение второй гармоники, нелинейный элемент и выходное зеркало, при этом входное зеркало выполнено пропускающим излучение накачки и отражающим основное излучение, причем входное зеркало выполнено в виде первого многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на входную поверхность активного элемента, дополнительное зеркало выполнено в виде второго многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на входную поверхность нелинейного элемента, а выходное зеркало выполнено в виде третьего многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на выходную поверхность нелинейного элемента [Патент США N 5796766, МПК H 01 S 3/04] . В этом микролазере продольная накачка активного элемента осуществляется излучением диодных лазеров, которое доставляется к активному элементу с помощью волоконного световода или же путем расположения диодного лазера в непосредственной близости к активному элементу. Выход диодного излучателя системы накачки оптически согласуется с активным элементом с помощью микрообъектива. Торцевое охлаждение активного элемента реализуется за счет плотного термического контакта входного торца активного элемента с прозрачной термопроводящей пластиной, термически соединенной с радиатором. Охлаждение активного элемента через входной торец значительно понижает температуру его вблизи входного торца и выравнивает распределение температуры вдоль оси активного элемента. Использование торцевого охлаждения активного элемента повышает стойкость зеркального покрытия на торце активного элемента. Нелинейный элемент микролазера располагается внутри резонатора для основного излучения, в непосредственной близости от активного элемента. Выход излучения второй гармоники осуществляется в направлении распространения излучения накачки.The disadvantage of this microlaser is that it is effective only if the dimensions of the pump region inside the active element coincide with the dimensions of the mode of the main radiation generated in the resonator of the microlaser. Heating the active element with pump radiation creates a positive thermal lens in it and turns the Fabry-Perot flat resonator into a resonator, one of the mirrors of which acquires a curvature determined by the diameter of the pump region and its power. Lowering the diameter of the pump region and / or increasing its power increases the curvature of the equivalent spherical mirror of the resonator and significantly reduces the diameter of the mode inside the resonator
Closest to the claimed one is a known microlaser with an intracavity doubling of the radiation frequency, containing a source of longitudinal diode pumping optically coupled and sequentially installed along the optical axis, a lens, a transparent heat-removing plate, an input mirror, an active element, an additional mirror, made to transmit the main radiation and reflect the radiation of the second harmonics, a nonlinear element and an output mirror, while the input mirror is designed to transmit pump and reflection radiation the main radiation, and the input mirror is made in the form of a first multilayer dielectric coating that is deposited on the input surface of the active element, the additional mirror is made in the form of a second multilayer dielectric coating that is deposited on the input surface of a nonlinear element, and the output mirror is made in the form of a third multilayer dielectric coating, which is applied to the output surface of the nonlinear element [US Patent N 5796766, IPC H 01 S 3/04]. In this microlaser, longitudinal pumping of the active element is carried out by the radiation of diode lasers, which is delivered to the active element by means of a fiber waveguide or by placing the diode laser in close proximity to the active element. The output of the diode emitter of the pump system is optically consistent with the active element using a micro lens. End cooling of the active element is realized due to close thermal contact of the input end of the active element with a transparent thermally conductive plate thermally connected to the radiator. Cooling the active element through the inlet end significantly reduces its temperature near the inlet end and evens out the temperature distribution along the axis of the active element. The use of mechanical cooling of the active element increases the resistance of the mirror coating at the end of the active element. A nonlinear microlaser element is located inside the resonator for the main radiation, in the immediate vicinity of the active element. The output of the second harmonic radiation is in the direction of propagation of the pump radiation.
Недостатком ближайшего аналога является то, что он эффективно работает лишь при условии совпадения размеров области накачки внутри активного элемента с размерами моды основного излучения, генерируемой в резонаторе микролазера. Нагрев активного элемента излучением накачки создает в нем положительную термолинзу и превращает плоский резонатор Фабри-Перо в резонатор, одно из зеркал которого приобретает кривизну, определяемую диаметром области накачки и ее мощностью. Понижение диаметра области накачки и/или увеличение ее мощности увеличивает кривизну эквивалентного сферического зеркала резонатора и существенно сокращает диаметр моды внутри резонатора. В случае доставки излучения накачки с помощью волоконного световода диаметр области накачки фиксирован и определяется диаметром световода, поэтому монотонное увеличение мощности накачки монотонно сокращает размер генерируемой моды. Для ближайшего аналога существует оптимальная мощность накачки, выше которой выходная мощность второй гармоники падает. Например, для микролазеров зеленого излучения выходная мощность не превышает 400 мВт при мощности накачки 2 Вт. The disadvantage of the closest analogue is that it only works if the size of the pump region inside the active element coincides with the dimensions of the mode of the main radiation generated in the cavity of the microlaser. Heating the active element with pump radiation creates a positive thermal lens in it and turns the Fabry-Perot flat resonator into a resonator, one of the mirrors of which acquires a curvature determined by the diameter of the pump region and its power. Reducing the diameter of the pump region and / or increasing its power increases the curvature of the equivalent spherical mirror of the resonator and significantly reduces the diameter of the mode inside the resonator. In the case of delivery of pump radiation using a fiber, the diameter of the pump region is fixed and determined by the diameter of the fiber, therefore, a monotonic increase in the pump power monotonously reduces the size of the generated mode. For the closest analogue, there is an optimal pump power, above which the output power of the second harmonic decreases. For example, for green laser microlasers, the output power does not exceed 400 mW with a pump power of 2 watts.
С помощью предлагаемого изобретения решается техническая задача повышения эффективности генерации и улучшения спектральных и пространственных характеристик излучения второй гармоники. Using the present invention, the technical problem is solved to increase the generation efficiency and improve the spectral and spatial characteristics of the second harmonic radiation.
Поставленная техническая задача решается тем, что известный микролазер с внутрирезонаторным удвоением частоты излучения, содержащий оптически связанные и последовательно установленные вдоль оптической оси источник продольной диодной накачки, объектив, прозрачную теплоотводящую пластину, входное зеркало, активный элемент, дополнительное зеркало, выполненное пропускающим основное излучение и отражающим излучение второй гармоники, нелинейный элемент и выходное зеркало, при этом входное зеркало выполнено пропускающим излучение накачки и отражающим основное излучение, причем входное зеркало выполнено в виде первого многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на входную поверхность активного элемента, дополнительное зеркало выполнено в виде второго многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на входную поверхность нелинейного элемента, а выходное зеркало выполнено в виде третьего многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на выходную поверхность нелинейного элемента, дополнительно содержит отрицательную линзу, расположенную на оптической оси между активным и нелинейным элементами. The stated technical problem is solved by the fact that the known microlaser with intracavity doubling of the radiation frequency, containing a source of longitudinal diode pumping optically coupled and sequentially installed along the optical axis, a lens, a transparent heat-removing plate, an input mirror, an active element, an additional mirror, which transmits the main radiation and reflects second harmonic radiation, a nonlinear element and an output mirror, while the input mirror is made to transmit radiation ki and reflecting the main radiation, and the input mirror is made in the form of a first multilayer dielectric coating that is deposited on the input surface of the active element, the additional mirror is made in the form of a second multilayer dielectric coating that is deposited on the input surface of the nonlinear element, and the output mirror is made in the form of a third the multilayer dielectric coating, which is applied to the output surface of the nonlinear element, further comprises a negative lens, laid on the optical axis between the active and nonlinear elements.
В частности, что входная поверхность активного элемента может быть выполнена сферической. In particular, that the input surface of the active element can be made spherical.
В частности, что отрицательная линза может быть выполнена плосковогнутой. При этом плосковогнутая отрицательная линза может иметь асферическую или эллиптическую вогнутую поверхность
В частности, отрицательная линза может быть выполнена в виде плоской градиентной линзы.In particular, that the negative lens can be made flat-concave. In this case, a flat-concave negative lens may have an aspherical or elliptical concave surface
In particular, the negative lens can be made in the form of a flat gradient lens.
В частности, отрицательная линза может быть выполнена из материала с насыщающимся поглощением. In particular, the negative lens may be made of a material with saturable absorption.
В частности, входная поверхность нелинейного элемента может быть выполнена вогнутой. In particular, the input surface of the nonlinear element may be concave.
В частности, плоская поверхность отрицательной линзы и входная плоская поверхность нелинейного элемента могут образовывать интерферометр Фабри-Перо. In particular, the flat surface of the negative lens and the input flat surface of the nonlinear element can form a Fabry-Perot interferometer.
В частности, микролазер может дополнительно содержать кварцевую плоскопараллельную пластину, расположенную между отрицательной линзой и нелинейным элементом. При этом толщина кварцевой плоско-параллельной пластины может составлять от 0,2 до 0,4 мм. In particular, the microlaser may further comprise a quartz plane-parallel plate located between the negative lens and the non-linear element. In this case, the thickness of the quartz plane-parallel plate can be from 0.2 to 0.4 mm.
В частности, микролазер может дополнительно содержать корпус резонатора. При этом корпус резонатора может быть выполнен из теплопроводящего материала При этом внутри корпуса резонатора могут быть установлены активный элемент, отрицательная линза и нелинейный элемент. При этом на входном торце корпуса резонатора может быть установлена прозрачная теплопроводящая пластина. In particular, the microlaser may further comprise a resonator housing. In this case, the resonator body can be made of heat-conducting material. In this case, an active element, a negative lens and a nonlinear element can be installed inside the resonator body. In this case, a transparent heat-conducting plate can be installed on the input end of the resonator housing.
В частности, микролазер может дополнительно содержать радиатор. При этом он может дополнительно содержать Пельтье-элемент, который расположен между теплопроводящей прозрачной пластиной и радиатором. При этом микролазер может дополнительно содержать оптический разъем, расположенный между источником продольной диодной накачки и объективом, причем источник продольной диодной накачки, оптический разъем, объектив и прозрачная теплопроводящая пластина могут быть жестко закреплены на радиаторе. In particular, the microlaser may further comprise a radiator. Moreover, it may additionally contain a Peltier element, which is located between the heat-conducting transparent plate and the radiator. In this case, the microlaser may further comprise an optical connector located between the longitudinal diode pump source and the lens, and the longitudinal diode pump source, optical connector, lens and transparent heat-conducting plate can be rigidly mounted on the radiator.
В частности, микролазер может дополнительно содержать устройство контроля температуры, соединенное с нелинейным элементом. In particular, the microlaser may further comprise a temperature control device connected to the non-linear element.
В частности, на поверхности отрицательной линзы может быть нанесено просветляющее покрытие для длины волны основного излучения. In particular, an antireflection coating can be applied to the surface of the negative lens for the wavelength of the fundamental radiation.
В частности, активный элемент может быть выполнен в виде одного из монокристаллов из группы Y3Al5O12, Gd3Ga5O12, YVO4, GdVO4, YAlO3, LiYF4 и LaSC3(ВО)4, активированных ионами Nd+3.In particular, the active element can be made in the form of one of the single crystals from the group Y 3 Al 5 O 12 , Gd 3 Ga 5 O 12 , YVO 4 , GdVO 4 , YAlO 3 , LiYF 4 and LaSC 3 (BO) 4 activated by ions Nd +3 .
В частности, активный элемент может быть выполнен в виде монокристалла NdP5O12.In particular, the active element can be made in the form of a single crystal NdP 5 O 12 .
В частности, нелинейный элемент может быть выполнен в виде одного из монокристаллов из группы KTiOPO4, KNbO3, LiNbO3, LiIO3, β-BaB2O4, LiB3O5 и AgGaS2.In particular, the nonlinear element can be made in the form of one of the single crystals from the group KTiOPO 4 , KNbO 3 , LiNbO 3 , LiIO 3 , β-BaB 2 O 4 , LiB 3 O 5 and AgGaS 2 .
Суть изобретения состоит в том, что в микролазере сформирован телескопический резонатор, который состоит из отрицательной линзы и положительной линзы, созданной в активном элементе за счет нагрева и дополнительно за счет придания входной поверхности активного элемента сферической формы. Телескопический резонатор характеризуется коэффициентом увеличения М, который определяется отношением фокусных длин линз, составляющих его. В свою очередь, коэффициент увеличения М определяет отношение максимального и минимального диаметров моды телескопического резонатора. Размещение активного элемента внутри резонатора в области большого диаметра моды этого резонатора позволяет увеличить диаметр области накачки и рабочий объем активного элемента. Размещение нелинейного элемента в области малого диаметра моды резонатора позволяет повысить эффективность нелинейного преобразования в М4 раз. Кроме этого телескопический резонатор позволяет увеличить длину нелинейного элемента, что также приводит к повышению эффективности нелинейного преобразования.The essence of the invention lies in the fact that a telescopic resonator is formed in the microlaser, which consists of a negative lens and a positive lens created in the active element by heating and additionally by giving the input surface of the active element a spherical shape. The telescopic resonator is characterized by a magnification factor M, which is determined by the ratio of the focal lengths of the lenses that make it up. In turn, the magnification factor M determines the ratio of the maximum and minimum mode diameters of the telescopic resonator. Placing the active element inside the resonator in the region of a large diameter of the mode of this resonator allows increasing the diameter of the pump region and the working volume of the active element. Placing a nonlinear element in the region of a small diameter of the resonator mode makes it possible to increase the nonlinear conversion efficiency by a factor of M 4 . In addition, the telescopic resonator allows to increase the length of the nonlinear element, which also leads to an increase in the efficiency of the nonlinear conversion.
Так, например, увеличение длины нелинейного элемента в 1,5 раз повышает эффективность преобразования в 2,25 раз. So, for example, an increase in the length of a nonlinear element by 1.5 times increases the conversion efficiency by 2.25 times.
Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема заявляемого микролазера. The invention is illustrated in the drawing, which shows a block diagram of the inventive microlaser.
Микролазер содержит источник продольной диодной накачки с выходом 1, объектив 2, прозрачную теплопроводящую пластину 3, активный элемент 4, отрицательную линзу 5 и нелинейный элемент 6. Активный элемент 4, отрицательная линза 5 и нелинейный элемент 6 установлены внутри корпуса резонатора лазера 7, на входном торце которого установлена прозрачная теплопроводящая пластина 3. Отрицательная линза 5 и нелинейный элемент 6 закреплены внутри корпуса 7 с помощью втулки 8. Прозрачная теплопроводящая пластина 3 закреплена на радиаторе 9, являющимся несущим элементом микролазера. Входное зеркало выполнено в виде первого многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на входную поверхность 10 активного элемента 4. Выходное зеркало выполнено в виде второго многослойного диэлектрического покрытия, которое нанесено на выходную поверхность 11 нелинейного элемента 6. На входную поверхность 12 нелинейного элемента 6 нанесено третье многослойное диэлектрическое покрытие. Между выходом 1 источника продольной диодной накачки и объективом 2 установлен оптический разъем 13. The microlaser contains a longitudinal diode pump source with output 1, lens 2, a transparent heat-conducting plate 3, an active element 4, a negative lens 5 and a non-linear element 6. An active element 4, a negative lens 5 and a non-linear element 6 are installed inside the laser resonator body 7, at the input the end of which has a transparent heat-conducting plate 3. A negative lens 5 and a non-linear element 6 are fixed inside the housing 7 with a sleeve 8. A transparent heat-conducting plate 3 is mounted on a radiator 9, which is a carrier th element of the microlaser. The input mirror is made in the form of a first multilayer dielectric coating, which is deposited on the input surface 10 of the active element 4. The output mirror is made in the form of a second multilayer dielectric coating, which is deposited on the output surface 11 of the nonlinear element 6. A third multilayer is deposited on the input surface 12 of the nonlinear element 6 dielectric coating. An optical connector 13 is installed between the output 1 of the longitudinal diode pump source and the lens 2.
Первое многослойное диэлектрическое покрытие выполнено пропускающим излучение накачки и отражающим основное излучение. Второе многослойное диэлектрическое покрытие выполнено пропускающим излучение удвоенной частоты и отражающим основное излучение. Третье многослойное диэлектрическое покрытие выполнено пропускающим основное излучение и отражающим излучение удвоенной частоты. The first multilayer dielectric coating is made transmitting pump radiation and reflecting the main radiation. The second multilayer dielectric coating is made transmitting radiation of double frequency and reflecting the main radiation. The third multilayer dielectric coating is made transmitting the main radiation and reflecting the radiation of double frequency.
Заявляемый микролазер работает следующим образом. Излучение накачки, исходящее из выхода 1 источника продольной диодной накачки, проходит через объектив 2, теплопроводящую пластину 3, входное зеркало 10, фокусируется внутри активного элемента 4, и, поглощаясь, создает в нем инверсию населенности уровней лазерного перехода. Одновременно в активном элементе формируется термолинза. При уровне накачки, обеспечивающем близость локализации фокусов термолинзы и отрицательной линзы 5, внутри резонатора возникает генерация основного излучения микролазера. Внутри нелинейного элемента 6 излучение основного излучения преобразуется в излучение второй гармоники. Выходное зеркало 11 резонатора микролазера прозрачно для излучения второй гармоники, поэтому одна его часть выходит наружу после одного прохода нелинейного элемента 6, а другая часть - после двух проходов нелинейного элемента, причем такой двойной проход обеспечивается зеркалом 12 на входном торце нелинейного элемента 6, полностью отражающим излучение второй гармоники. The inventive microlaser operates as follows. The pump radiation emanating from the output 1 of the longitudinal diode pump source passes through the lens 2, the heat-conducting plate 3, the input mirror 10, is focused inside the active element 4, and, being absorbed, creates an inversion of the population of the levels of the laser transition in it. At the same time, a thermal lens is formed in the active element. When the pump level ensures the proximity of the localization of the foci of the thermal lens and the negative lens 5, generation of the main radiation of the microlaser occurs inside the resonator. Inside the nonlinear element 6, the radiation of the main radiation is converted into radiation of the second harmonic. The output mirror 11 of the microlaser resonator is transparent to the second harmonic radiation, therefore, one part comes out after one pass of the nonlinear element 6, and the other part after two passes of the nonlinear element, and such a double pass is provided by the mirror 12 at the input end of the nonlinear element 6, fully reflecting second harmonic radiation.
Входное 10 и выходное 11 зеркала резонатора полностью отражают излучение основной гармоники (коэффициент отражения R=100%) и плотность этого излучения внутри нелинейного элемента 6 достигает большой величины. Телескопический резонатор еще более повышает эту плотность, что и обеспечивает решение поставленной технической задачи. The input 10 and output 11 of the resonator mirror fully reflect the fundamental harmonic radiation (reflection coefficient R = 100%) and the density of this radiation inside the nonlinear element 6 reaches a large value. A telescopic resonator further increases this density, which provides a solution to the technical problem.
В процессе работы заявляемого микролазера положительная линза формируется в активном элементе 4 двумя путями в зависимости от величины его коэффициента теплопроводности активного элемента 4 микролазера. In the process of operation of the inventive microlaser, a positive lens is formed in the active element 4 in two ways, depending on the magnitude of its thermal conductivity coefficient of the active element 4 of the microlaser.
При низкой теплопроводности в результате нагрева излучением накачки формируется сильная термолинза, фокусная длина которой достигает L = 2-3 мм. В сочетании с отрицательной линзой 5 термолинза в активном элементе 4 создает телескопический элемент с коэффициентом увеличения, равным 2 - 3, что повышает эффективность нелинейного преобразования в 16-81 раз. At low thermal conductivity, as a result of heating by pump radiation, a strong thermal lens is formed, the focal length of which reaches L = 2-3 mm. In combination with the negative lens 5, the thermal lens in the active element 4 creates a telescopic element with a magnification factor of 2–3, which increases the efficiency of nonlinear conversion by 16–81 times.
При высокой теплопроводности положительная термолинза, возникающая в активном элементе, недостаточна для создания телескопического резонатора малой длины L = 4-5 мм. По этой причине входной поверхности 10 активного элемента 4 придают сферическую форма, причем радиус сферы составляет ~10 мм. Это соответствует длине фокусировки излучения активным элементом 4, равной 3 мм, и приводит к 80-кратному увеличению эффективности нелинейного преобразования излучения. With high thermal conductivity, a positive thermal lens arising in the active element is insufficient to create a telescopic cavity of small length L = 4-5 mm. For this reason, the input surface 10 of the active element 4 give a spherical shape, and the radius of the sphere is ~ 10 mm This corresponds to the focusing length of the radiation by the active element 4, which is 3 mm, and leads to an 80-fold increase in the efficiency of nonlinear radiation conversion.
Внутрирезонаторное удвоение частоты излучения требует очень высокой добротности резонатора и поэтому введение отрицательной линзы 5 внутрь резонатора микролазера накладывает жесткие требования на качество этой линзы, в частности, просветляющие покрытия должны иметь коэффициенты отражения, не превышающие 0,1% на длине волны основного излучения. The intracavity doubling of the radiation frequency requires a very high Q-factor of the resonator, and therefore the introduction of a negative lens 5 inside the microlaser resonator imposes stringent requirements on the quality of this lens, in particular, antireflection coatings must have reflection coefficients not exceeding 0.1% at the wavelength of the main radiation.
Использование телескопического резонатора в микролазере, кроме увеличения эффективности нелинейного преобразования, уменьшает расходимость выходного излучения, поскольку нелинейный элемент 6 оказывается в зоне распространения узкого, практически параллельного падающего пучка основного излучения. В результате расходимость выходного излучения практически близка к дифракционному пределу. The use of a telescopic resonator in a microlaser, in addition to increasing the efficiency of nonlinear conversion, reduces the divergence of the output radiation, since the nonlinear element 6 is in the propagation zone of a narrow, almost parallel incident beam of the main radiation. As a result, the divergence of the output radiation is almost close to the diffraction limit.
Дискриминация поперечных мод телескопического резонатора определяется поперечным распределением мощности накачки внутри активного элемента 4, формирующим ограничивающую аппертуру, и которая выделяет одну поперечную моду основного излучения. Кроме того, плоская поверхность отрицательной линзы 5 и входная плоская поверхность 12 нединейного элемента 6 при наличии остаточного отражения света от них и при параллельной установке их друг к другу образуют интерферометр Фабри-Перо, коэффициент пропускания которого периодически изменяется по шкале длин волн. Это изменяет потери мод резонатора, что приводит к существенному сужению спектра генерации как основного излучения, так и второй гармоники. В случае отсутствия остаточного отражения введение кварцевой плоскопараллельной пластины толщиной ~0,3 мм между отрицательной линзой 5 и нелинейным элементом 6 также приводит к селекции продольных мод и существенному сужению спектра выходного излучения. Discrimination of the transverse modes of the telescopic resonator is determined by the transverse distribution of the pump power inside the active element 4, forming a limiting aperture, and which distinguishes one transverse mode of the main radiation. In addition, the flat surface of the negative lens 5 and the input flat surface 12 of the non-linear element 6 in the presence of residual reflection of light from them and when installed parallel to each other form a Fabry-Perot interferometer, the transmittance of which periodically changes on the wavelength scale. This changes the cavity mode loss, which leads to a substantial narrowing of the generation spectrum of both the fundamental radiation and the second harmonic. In the absence of residual reflection, the introduction of a quartz plane-parallel plate with a thickness of ~ 0.3 mm between the negative lens 5 and the nonlinear element 6 also leads to the selection of longitudinal modes and a significant narrowing of the spectrum of the output radiation.
В микролазере, выполненном согласно изобретению, в качестве активного элемента 4 использован кристалл YVO4 - Nd3+ толщиной 1 мм с концентрацией Nd3+, равной 1 ат.%. Входная поверхность 10 элемента 4 выполнена сферической с радиусом кривизны 15 мм и на нее нанесено первое многослойное диэлектрическое покрытие с коэффициентом отражения R = 100% на длине волны основного излучения λ = 1,05 мкм и коэффициентом пропускания Т = 90% на длине волны накачки λ = 0,808 мкм. На вторую плоскую поверхность активного элемента 4 нанесено просветляющее покрытие для λ = 1,06 мкм. В качестве нелинейного элемента 6 использован кристалл КТР, вырезанный вдоль направления синхронизма излучений с λ = 1,06 мкм и λ = 0,53 мкм. Длина элемента 6 составляет 3 мм. На входную поверхность 12 кристалла 6 нанесено третье многослойное диэлектрическое покрытие с R = 100% для λ = 0,53 мкм и Т = 100% для λ = 1,06 мкм. На выходную поверхность 11 кристалла 6 нанесено второе многослойное диэлектрическое покрытие с T ~ 100% для λ = 0,53 мкм и R=100% для λ = 1,06 мкм. Отрицательная плосковогнутая линза 5, выполненная из кварцевого стекла марки КУВИ, имела толщину 0,5 мкм и аппертуру рабочей зоны 0,3 мм. Радиус кривизны ее вогнутой поверхности 1 составлял 0,65 мм. Общая длина резонатора составляла 8 мм.In the microlaser made according to the invention, as an active element 4, a YVO 4 - Nd 3+ crystal with a thickness of 1 mm with a concentration of Nd 3+ of 1 at.% Was used. The input surface 10 of element 4 is spherical with a radius of curvature of 15 mm and the first multilayer dielectric coating is applied on it with a reflection coefficient R = 100% at the wavelength of the main radiation λ = 1.05 μm and a transmittance T = 90% at the pump wavelength λ = 0.808 μm. On the second flat surface of the active element 4 is coated with antireflection for λ = 1.06 μm. As a nonlinear element 6, a KTP crystal is used, cut along the direction of synchronism of radiation with λ = 1.06 μm and λ = 0.53 μm. The length of element 6 is 3 mm. A third multilayer dielectric coating with R = 100% for λ = 0.53 μm and T = 100% for λ = 1.06 μm is applied to the input surface 12 of crystal 6. A second multilayer dielectric coating with T ~ 100% for λ = 0.53 μm and R = 100% for λ = 1.06 μm is applied to the output surface 11 of crystal 6. Negative flat-concave lens 5, made of quartz glass brand KUVI, had a thickness of 0.5 μm and an aperture of the working area of 0.3 mm The radius of curvature of its concave surface 1 was 0.65 mm The total cavity length was 8 mm.
Активный элемент 4 закреплен на прозрачной теплопроводящей пластине 3, выполненной из корунда Al2O3, с помощью которой производилось охлаждение активного элемента 4. Его накачка производили излучением диодных лазеров с волоконным выходом 1 диаметром 250 мкм и числовой апертурой 0,22. Выход 1 согласовывался с входом активного элемента 4 с помощью микрообъектива 2. В процессе испытаний микролазера было получено зеленое излучение мощностью 1,5 Вт при мощности диодной накачки 8 Вт.The active element 4 is mounted on a transparent heat-conducting plate 3 made of Al 2 O 3 corundum, with the help of which the active element 4 was cooled. It was pumped by diode laser radiation with a fiber output 1 with a diameter of 250 μm and a numerical aperture of 0.22. Output 1 was matched with the input of the active element 4 using a micro lens 2. In the process of testing the microlaser, green radiation with a power of 1.5 W and a diode pump power of 8 W was obtained.
Claims (23)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000107371A RU2177665C2 (en) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | Internally radiation-frequency doubling solid-state laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000107371A RU2177665C2 (en) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | Internally radiation-frequency doubling solid-state laser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2177665C2 true RU2177665C2 (en) | 2001-12-27 |
Family
ID=20232343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000107371A RU2177665C2 (en) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | Internally radiation-frequency doubling solid-state laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2177665C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2644448C1 (en) * | 2016-11-21 | 2018-02-12 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Device for transmission of high-power light radiation |
| RU2726915C1 (en) * | 2019-12-24 | 2020-07-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) | Method for nonlinear intracavity wavelength conversion in a laser with longitudinal pumping |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5751751A (en) * | 1993-08-26 | 1998-05-12 | Laser Power Corporation | Deep blue microlaser |
| US5761227A (en) * | 1994-08-23 | 1998-06-02 | Laser Power Corporation | Efficient frequency-converted laser |
| US5796766A (en) * | 1994-08-23 | 1998-08-18 | Laser Power Corporation | Optically transparent heat sink for longitudinally cooling an element in a laser |
| US5802086A (en) * | 1996-01-29 | 1998-09-01 | Laser Power Corporation | Single cavity solid state laser with intracavity optical frequency mixing |
-
2000
- 2000-03-28 RU RU2000107371A patent/RU2177665C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5751751A (en) * | 1993-08-26 | 1998-05-12 | Laser Power Corporation | Deep blue microlaser |
| US5761227A (en) * | 1994-08-23 | 1998-06-02 | Laser Power Corporation | Efficient frequency-converted laser |
| US5796766A (en) * | 1994-08-23 | 1998-08-18 | Laser Power Corporation | Optically transparent heat sink for longitudinally cooling an element in a laser |
| US5802086A (en) * | 1996-01-29 | 1998-09-01 | Laser Power Corporation | Single cavity solid state laser with intracavity optical frequency mixing |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| СЫЧУГОВ В.А. и др. Коротковолновый (λ=914 нм) микролазер на кристалле YVО 4 :Nd 3 , Квантовая электроника, 2000, т.30, N1, c.l3. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2644448C1 (en) * | 2016-11-21 | 2018-02-12 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Device for transmission of high-power light radiation |
| RU2726915C1 (en) * | 2019-12-24 | 2020-07-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН) | Method for nonlinear intracavity wavelength conversion in a laser with longitudinal pumping |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5181211A (en) | Eye-safe laser system | |
| US5651019A (en) | Solid-state blue laser source | |
| WO1993023898A1 (en) | Tunable solid state laser | |
| Danielewicz et al. | Hybrid output mirror for optically pumped far infrared lasers | |
| US6287298B1 (en) | Diode pumped, multi axial mode intracavity doubled laser | |
| CN106229806A (en) | The tunable alaxadrite laser of Raman gold-tinted pumping | |
| CN102570280B (en) | Blue, green and ultraviolet solid laser device based on submarine communication application and laser generating method thereof | |
| CN108429125A (en) | A kind of intracavity pump acousto-optic Q modulation mixes holmium solid state laser | |
| CN109038192A (en) | Single-frequency blue green light optical fiber laser is converted in one kind | |
| CN109462139A (en) | Infrared Mode Locked Laser in 2.9 microns a kind of | |
| US5058980A (en) | Multimode optical fiber interconnect for pumping Nd:YAG rod with semiconductor lasers | |
| CN103972776B (en) | Kerr lens mode-locked Yb:(YLa)2 O3 all-solid-state femtosecond laser pumped by laser diode | |
| CN104503183A (en) | Self-frequency-conversion terahertz parametric oscillator | |
| CN113381279B (en) | A Narrow Linewidth Ultraviolet Raman Laser | |
| CN102751653A (en) | Photonic crystal fiber based medium-infrared optical fiber parametric oscillator for degenerating four-wave mixing | |
| CN111262124A (en) | Brillouin laser | |
| CN109193329B (en) | A Kerr lens self-mode-locked Ti:sapphire laser based on blue laser diode pumping | |
| CN102044834B (en) | Nonlinear mirror self-mode-locking laser | |
| Lin et al. | Diode-pumped high-power continuous-wave intracavity frequency-doubled Pr3+: YLF ultraviolet lasers around 349 nm | |
| CN104283103A (en) | Broadband Tunable CW 530-780nm Optical Parametric Oscillator | |
| RU2177665C2 (en) | Internally radiation-frequency doubling solid-state laser | |
| CN105098591A (en) | Continuous wave self-Raman laser of wavelength-locked LD resonance pumping | |
| Ishibashi et al. | New cavity configurations of Nd: MgO: LiNbO3 self-frequency-doubled lasers | |
| CN214280414U (en) | Device for Intracavity Frequency Doubling of Fiber Laser in Visible Light Band to Generate Ultraviolet Laser | |
| EP0457523A2 (en) | Apparatus and method for pumping of a weakly absorbing lasant material |