Автoры: Михайлoв Виктoр Алекcеевич, Загуменный Алекcандр Иocифoвич, Калачев Юрий Львoвич, Пoдрешетникoв Владимир Владимирoвич, Заварцев Юрий Дмитриевич, Кутoвoй Сергей Алекcандрoвич, Фаузи Зеррoук.
Изoбретение oтнocитcя к oблаcти твердoтельных лазерoв, в чаcтнocти к лазерам c лазерной диодной накачкой, и промышленно применимо в медицине и коcметологии. Техничеcким результатом изобретения являетcя повышение надежноcти лазера, увеличение реcурcа его работы и повышение cредней мощноcти излучения. Квазитрехуровневый твердотельный лазер cодержит лазерный диод, активный элемент, уcтройство фокусировки излучения лазерного диода в активный элемент и резонатор лазера, при этом лазер содержит датчик температуры лазерного диода, блок управления током и температурой лазерного диода, электрически связанный с лазерным диодом, блоком термостабилизации и датчиком температуры лазерного диода, причем блок управления лазерного диода выполнен с возможностью одновременного варьирования тока и температуры лазерного диода. При осуществлении способа работы квазитрехуровневого твердотельного лазера через лазерный диод пропускают ток, излучение лазерного диода фокусируют внутри активного элемента, расположенного между входным и выходным зеркалами, затем отражают от выходной поверхности активного элемента; излучение, испускаемое активным элементом, пропускают через входную и выходную поверхности активного элемента, причем излучение, падающее на выходное зеркало резонатора, частично попускают через него, при этом ослабляют излучение лазерного диода, отраженное от элементов лазера, а во время переходных процессов, связанных с включением лазерного диода или изменения мощности его излучения, ток через лазерный диод изменяют таким образом, чтобы длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера.
Изобретение относится к области твердотельных лазеров, в частности к лазерам с лазерной диодной накачкой, и промышленно применимо в медицине и косметологии.
Формула изобретения
1. Квазитрехуровневый твердотельный лазер, содержащий лазерный диод для продольной накачки, активный элемент, устройство фокусировки излучения лазерного диода в активный элемент и резонатор лазера, причем активный элемент выполнен с возможностью обеспечения четного числа проходов излучения лазерного диода через него, отличающийся тем, что он дополнительно содержит датчик температуры лазерного диода, блок термостабилизации, блок управления током и температурой лазерного диода, электрически связанный с лазерным диодом, блоком термостабилизации и датчиком температуры лазерного диода, причем блок управления током и температурой лазерного диода выполнен с возможностью одновременного варьирования тока и температуры лазерного диода.
2. Лазер по п.1, отличающийся тем, что блок управления током и температурой лазерного диода выполнен на основе микроконтроллерного устройства.
3. Лазер по п.1, отличающийся тем, что угол между осью распространения излучения лазерного диода и оптической осью резонатора лазера находится в пределах от 1 до 10°.
4. Лазер по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит устройство оптической развязки, установленное между лазерным диодом и активным элементом, причем устройство оптической развязки выполнено с возможностью ослабления излучения накачки, отраженного от оптических элементов резонатора лазера.
5. Лазер по п.4, отличающийся тем, что устройство оптической развязки выполнено в виде 45-градусной ячейки Фарадея на длину волны излучения лазерного диода.
6. Лазер по п.4, отличающийся тем, что устройство оптической развязки содержит поляризатор и четвертьволновую пластинку, последовательно установленные на оси распространения излучения лазерного диода.
7. Лазер по п.4, отличающийся тем, что устройство оптической развязки выполнено в виде прозрачной оптически неоднородной пластины, обеспечивающей нерегулярные по сечению пучка отклонения прошедшего через нее излучения на угол не более 5°.
8. Лазер по п.4, отличающийся тем, что устройство фокусировки содержит две линзы.
9. Лазер по п.8, отличающийся тем, что между линзами расположен отрезок оптического волокна длиною L, удовлетворяющей соотношению L>20 D, где D - диаметр оптического волокна, причем оба конца волокна расположены в фокусах линз.
10. Лазер по п.8, отличающийся тем, что линзы выполнены с оптической сферической аберрацией в пределах от 0,1 до 0,2 оптической силы устройства фокусировки излучения лазерного диода в активный элемент.
11. Лазер по п.1, отличающийся тем, что активный элемент установлен с возможностью перемещения поперек оптической оси резонатора.
12. Лазер по п.1, отличающийся тем, что активный элемент содержит, по меньшей мере, один кристалл однокатионного или смешанного ванадата, легированного ионами Nd3+ или Tm3+.
13. Лазер по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит брюстеровскую пластину, установленную в резонаторе лазера.
14. Лазер по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит нелинейно-оптический преобразователь частоты, установленный в резонаторе лазера.
15. Лазер по п.14, отличающийся тем, что нелинейно-оптический преобразователь частоты выполнен в виде удвоителя частоты.
16. Лазер по п.15, отличающийся тем, что удвоитель частоты выполнен из нелинейно-оптических кристаллов из группы KTiOPO4, KNbO3, LiNbO3, LiIO3,
-ВаВ2O4, LiB3O5.
17. Лазер по п.14, отличающийся тем, что он дополнительно содержит отклоняющий элемент, установленный в резонаторе лазера между активным элементом и нелинейно-оптическим преобразователем частоты, и лазерный источник, выполненный в виде твердотельного лазера с диодной накачкой и содержащий дополнительный активный элемент, причем лазерный источник установлен таким образом, что его излучение и излучение на выходе отклоняющего элемента распространяются вдоль одного и того же направления.
18. Лазер по п.17, отличающийся тем, что отклоняющий элемент выполнен в виде дихроичного зеркала.
19. Лазер по п.17, отличающийся тем, что отклоняющий элемент выполнен в виде поляризатора.
20. Лазер по п.16, отличающийся тем, что лазерный источник электрически связан с дополнительным блоком питания, дополнительным блоком термостабилизации, дополнительным блоком управления и дополнительным датчиком температуры лазерного диода, а также дополнительный активный элемент, дополнительное устройство фокусировки излучения дополнительного лазерного диода в дополнительный активный элемент и дополнительный резонатор лазера.
21. Лазер по п.16, отличающийся тем, что активный элемент содержит кристалл ванадата, дополнительный активный элемент содержит кристалл YLiF03, легированный ионами Nd, а нелинейно-оптический преобразователь частоты содержит кристалл KTiOPO4.
22. Лазер по п.1, отличающийся тем, что в резонаторе лазера установлен спектральный селектор, выполненный с возможностью изменения длины волны излучения.
23. Лазер по п.22, отличающийся тем, что спектральный селектор выполнен в виде интерферометра Фабри-Перо.
24. Лазер по п.22, отличающийся тем, что спектральный селектор выполнен в виде фильтра Лио.
25. Способ работы квазитрехуровневого твердотельного лазера с продольной диодной накачкой, при осуществлении которого через лазерный диод пропускают ток, излучение лазерного диода фокусируют внутри активного элемента, расположенного между входным и выходным зеркалами, и затем отражают от выходной поверхности активного элемента, излучение, испускаемое активным элементом, пропускают через входную и выходную поверхности активного элемента, причем излучение, падающее на выходное зеркало резонатора, частично пропускают через него, отличающийся тем, что ослабляют излучение лазерного диода, отраженное от элементов лазера, а во время переходных процессов, связанных с включением лазерного диода или изменения мощности его излучения, ток через лазерный диод изменяют таким образом, чтобы длина волны излучения лазерного диода совпадала с центром линии поглощения активного элемента лазера.
26. Способ по п.25, отличающийся тем, что перед изменением тока через лазерный диод измеряют зависимость длины волны излучения лазерного диода от пропускаемого через него тока, которую вводят в память блока управления током и температурой лазерного диода.
27. Способ по п.25, отличающийся тем, что плоскость поляризации излучения лазерного диода поворачивают на 45° с помощью ячейки Фарадея, установленной между лазерным диодом и входным зеркалом.
28. Способ по п.25, отличающийся тем, что излучение лазерного диода преобразуют в поляризованное по кругу с помощью поляризатора и четвертьволновой пластинки, последовательно установленных между лазерным диодом и входным зеркалом.
29. Способ по п.25, отличающийся тем, что излучение лазерного диода рассеивают с помощью прозрачной оптически неоднородной пластины, установленной между лазерным диодом и входным зеркалом.
30. Способ по п.25, отличающийся тем, что распределение интенсивности пучка излучения лазерного диода по площади его сечения изменяют с помощью установленного между лазерным диодом и входным зеркалом отрезка оптического волокна длиною L>20 D, где D - диаметр оптического волокна.
31. Способ по п.25, отличающийся тем, что распределение интенсивности пучка излучения лазерного диода по площади его сечения изменяют с помощью линзы, выполненной с оптической сферической аберрацией в пределах от 0,1 до 0,2 оптической силы устройства фокусировки излучения лазерного диода в активный элемент.
32. Способ по п.25, отличающийся тем, что излучение, распространяющееся внутри резонатора лазера, пропускают через нелинейно-оптический преобразователь частоты, установленный перед выходным зеркалом.
33. Способ по п.32, отличающийся тем, что с помощью нелинейно-оптического преобразователя частоты удваивают частоту излучения лазера.
34. Способ по п.33, отличающийся тем, что внутри нелинейно-оптического преобразователя частоты смешивают лазерные излучения с разными длинами волн так, чтобы лазер испускал излучение суммарной частоты.
