CS221579B1

CS221579B1 - Neodymium or ruby laser excitation cavity

Info

Publication number: CS221579B1
Application number: CS543581A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Rohlicek; Jiri Kvapil; Jaroslav Synecek
Original assignee: Frantisek Rohlicek; Jiri Kvapil; Jaroslav Synecek
Priority date: 1981-07-16
Filing date: 1981-07-16
Publication date: 1983-04-29

Abstract

Využívá se při konstrukci budicí dutiny neodymového nebo rubínového laseru tvořené zrcadlem tvaru eliptického válce obsahující budicí výbojku a buď válcový výbrus aktivního materiálu dotovaného ionty neodymu, nebo válcový výbrus rubínu, umíst těné v ohniskových přímkách eliptického válce. Dociluje se reabsorpce nežádoucí části * světla ke zvýšení účinnosti budicího systému. Podstatou vynálezu je vložení selektivního rovinného zrcadla s odrazivostí alespoň 50 % v pásmech vlnových délek 200 nm až 450 nm a 900 nm až 1200 nm u neodymového laseru a v pásmech vlnových délek 200 nm až 350 nm a 650 nm až 1200 nm u rubínového laseru, a to v pásmu o šířce alespoň 100 nm uvnitř těchto intervalů vlnových délek.It is used in the construction of the excitation cavity of a neodymium or ruby laser formed by a mirror in the shape of an elliptical cylinder containing an excitation discharge tube and either a cylindrical cut of an active material doped with neodymium ions or a cylindrical cut of ruby, placed in the focal lines of the elliptical cylinder. The reabsorption of the unwanted part of the light is achieved to increase the efficiency of the excitation system. The essence of the invention is the insertion of a selective plane mirror with a reflectivity of at least 50% in the wavelength bands of 200 nm to 450 nm and 900 nm to 1200 nm for a neodymium laser and in the wavelength bands of 200 nm to 350 nm and 650 nm to 1200 nm for a ruby laser, in a band with a width of at least 100 nm within these wavelength intervals.

Description

Vynález se týká budicí dutiny neodymového nebo rubínového laseru, tvořené zrcadlem tvaru eliptického válce, obsahující budicí výbojku a bud válcový výbrus aktivního materiálu dotovaného ionty neodymu, nebo válcový výbrus rubínu, umístěné v ohniskových přímkách eliptického válce.The invention relates to a neodymium or ruby laser excitation cavity formed by an elliptical cylinder mirror comprising an exclamatory lamp and either a cylindrical cut of active material doped with neodymium ions, or a cylindrical cut of ruby located in the focal lines of the elliptical cylinder.

Opticky buzené lasery využívají pro buzení aktivního materiálu jako světelného zdroje impulsní xenonovou nebo trvale hořící kryptonovou výbojku. Systém zrcadel nebo difúzně odrážejících ploch, nazývaný budicí dutina laseru, soustřeďuje záření světelného zdroje do aktivního materiálu, který část záření absorbuje a přechází do vybuzeného stavu charakterizovaného inverzí v populaci funkčních kvantových hladin odpovídajících laserovému přechodu. Účinnost přenosu energie ze světelného zdroje do aktivního materiálu závisí jednak na geometrii a kvalitě povrchů budicí dutiny laseru, jednak na stupni přizpůsobení spektra záření výbojky užitečné části absorpčního spektra aktivního materiálu. Energie dodávaná aktivnímu materiálu mimo užitečnou část spektra, tj. tu část, která přímo souvisí vytvářením inverze v populaci funkčních hladin, má obvykle negativní vliv na funkci laseru. Projevuje se nežádoucím oteplováním aktivního materiálu, nebo vyvolává druhotné absorpce, které zhoršují jakost optického resonátoru přídavnými ztrátami. Jsou známy v podstatě čtyři způsoby úpravy spektra záření v budicí dutině laseru:Optically excited lasers use a pulsed xenon or permanently burning krypton lamp to excite the active material as a light source. A system of mirrors or diffuse reflecting surfaces, called a laser excitation cavity, concentrates the light source radiation into an active material that absorbs some of the radiation and enters an excited state characterized by inversion in a population of functional quantum levels corresponding to the laser transition. The efficiency of the energy transmission from the light source to the active material depends both on the geometry and the quality of the surfaces of the laser excitation cavity and on the degree of adaptation of the lamp radiation spectrum of the useful part of the absorption spectrum of the active material. The energy supplied to the active material outside the useful part of the spectrum, that is, the part directly related to the inversion of the functional level population, usually has a negative effect on the laser function. It exhibits undesirable warming of the active material or induces secondary absorptions which impair the quality of the optical resonator by additional losses. There are basically four ways of adjusting the radiation spectrum in the laser excitation cavity:

a) obal výbojky je vytvořen z křemene s příměsí iontů absorbujících ultrafialovou složku záření výbojky,(a) the lamp envelope is made of quartz admixed with ions absorbing the ultraviolet component of the lamp;

b) obal výbojky je z vnější strany opatřen selektivním dielektrickým zrcadlem, které odráží nežádoucí část spektra zpět do plazmatu výboje,(b) the lamp envelope shall be provided with a selective dielectric mirror from the outside, reflecting the unwanted part of the spectrum back into the plasma of the discharge;

c) stěny budicí dutiny typu eliptického válce jsou pokryty selektivním zrcadlem, které propouští nežádoucí část spektra ven z prostoru budicího systému,c) the walls of the excitation cavity of the elliptical cylinder type are covered with a selective mirror, which transmits unwanted part of the spectrum out of the excitation system space,

d) mezi výbojku a aktivní materiál je vřazen absorpční filtr s vhodnou propustností odpovídající absorpčním pásům aktivního materiálu. Tento filtr bývá bud ve tvaru rovinné desky, nebo ve tvaru trubky obklopující výbrus aktivního materiálu, nebo je tvořen kapalným prostředím vyplňujícím alespoň část prostoru budicí dutiny.d) an absorption filter having a suitable permeability corresponding to the absorption bands of the active material is inserted between the lamp and the active material. This filter is either in the form of a planar plate or in the form of a tube surrounding the cut of the active material, or it consists of a liquid medium filling at least part of the excitation cavity space.

Uvedené způsoby mají své nevýhody, které lze krátce shrnout takto: Jediný způsob, popsaný pod bodem b), využívá nežádoucí části spektra tak, že jeho reabsorpcí plazmatem výboje zvyšuje celkovou účinnost systému. Nanášení selektivních zrcadel přímo na rotační plášť výbojky je technologicky velmi obtížné a nehospodárné vzhledem k tomu, že výbojka je výměnný, spotřební díl zařízení s omezenou životností. Proto zřejmě tento způsob popisovaný v časopisech nenašel širší uplatnění. Ostatní způsoby, popsané pod body a), c], d), neužitečnou část spektra nevyužívají a nevedou tedy k výraznému zvýšení energetické účinnosti laseru.These methods have disadvantages, which can be briefly summarized as follows: The only method described under (b) utilizes unwanted portions of the spectrum such that its reabsorption by the plasma discharge increases the overall efficiency of the system. The application of selective mirrors directly to the rotating lamp housing is technologically very difficult and uneconomical due to the fact that the lamp is a replaceable, consumable part of a device with a limited life. Therefore, the method described in the magazines does not seem to find wider application. The other methods described under (a), (c), (d) do not utilize the useless part of the spectrum and therefore do not lead to a significant increase in the laser energy efficiency.

Nevýhody dosavadních konstrukcí budicích dutin odstraňuje budicí dutina podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že do roviny symetrie dutiny procházející malou poloosou eliptického řezu je vloženo selektivní rovinné zrcadlo s odrazivostí alespoň 50 % v pásmech vlnových délek 200 nm až 450 nm a 900 nm až 1200 nm u neodymového laseru a v pásmech vlnových délek 200 nm až 350 nm a 650 nm až 1200 nm u rubínového laseru nebo v pásmu o šířce alespoň 100 nm uvnitř těchto intervalů vlnových délek.Disadvantages of the prior art excitation cavity designs are eliminated by the excitation cavity according to the invention, which comprises inserting a selective plane mirror with a reflectivity of at least 50% in the wavelengths of 200 nm to 450 nm and 900 nm to the symmetry plane of the cavity passing through a small half-axis 1200 nm for a neodymium laser and in the wavelength bands 200 nm to 350 nm and 650 nm to 1200 nm in the ruby laser or in a band at least 100 nm wide within these wavelength intervals.

Vyšší účinek vynálezu se projevuje v tom, že toto uspořádání využívá reabsorpce nežádoucí části světla ke zvýšení účinnosti budicího systému. Realizace rovinného zrcadla je technologicky zcela nenáročná a s výhodou lze zrcadlo nanést na sklo s takovou spektrální propustností, že absorbuje funkční vlnovou délku laseru a snižuje tak ztráty superluminiscencí.The greater effect of the invention is that this arrangement utilizes the reabsorption of the unwanted portion of the light to increase the efficiency of the excitation system. The realization of a plane mirror is technologically undemanding and advantageously the mirror can be applied to a glass with a spectral transmittance such that it absorbs the functional wavelength of the laser and thus reduces the loss of super-luminescence.

Na přiloženém výkresu je v řezu schematicky znázorněna budicí dutina podle vynálezu. Mezi výbojku 1 a výbrus z aktivního materiálu 2 v zrcadlící dutině typu eliptického válce 3 je vloženo rovinné selektivní zrcadlo 4 tak, že záření odražené zrcadlem 4 je soustřeďováno zpět do prostoru výbojky 1.In the accompanying drawing, the excitation cavity according to the invention is schematically shown in section. A planar selective mirror 4 is inserted between the lamp 1 and the cut of active material 2 in the mirror cavity of the elliptical cylinder 3 type so that the radiation reflected by the mirror 4 is concentrated back into the lamp 1 space.

Praktickým příkladem réalizace je budicí dutina laseru s Nd : YAG buzeného pulsní xenonovou výbojkou 1 v dutině s eliptickým zrcadlem se stříbrným nebo hliníkovým povrchem. Do roviny symetrie dutiny je vloženo dielektrické zrcadlo 4 s odrazovostí v pásmech vlnových délek 330 až 450 nm a 850 až 1200 nm nanesené na podložce ze skla dotovaného SimOz. Přínos tohoto uspořádání se zvlášť výrazně projeví při použití krátkých impulsů záření výbojky 1, kdy část výkonu odražená zrcadlem 4 je několik desítek procent zářivého výkonu výbojky 1. Použití krátkých impulsů: budicí výbojky 1 samo o sobě zvyšuje energetickou účinnost systému, protože výrazně snižuje ztráty luminiscencí v Nd: YAG. Bez výše popsané úpravy budicího systému byl by tento přínos prakticky anulován právě nevhodnými změnami ve spektrálním složení záření výbojky.A practical example of realization is the excitation cavity of a Nd: YAG laser excited by a pulse xenon lamp 1 in a cavity with an elliptical mirror with a silver or aluminum surface. In the plane of symmetry of the cavity, a dielectric mirror 4 with reflection in the wavelengths 330 to 450 nm and 850 to 1200 nm is deposited on a SimOz-doped glass substrate. The benefits of this arrangement are particularly pronounced when using short bursts of lamp 1, where the power reflected by mirror 4 is several tens of percent of the lamp's radiant output 1. Using short bursts: exciter lamp 1 alone increases the energy efficiency of the system by significantly reducing luminescence losses in Nd: YAG. Without the excitation system modification described above, this benefit would be virtually nullified by inappropriate changes in the spectral composition of the lamp radiation.

Claims

SUBJECT

VYNALEZU

Neodymium or ruby laser excitation cavity, consisting of an elliptical cylinder mirror containing an exclamation lamp and either a cylindrical cut of active material doped with neodymium ions or a cylindrical ruby cut, located in the focal lines of an elliptical cylinder, characterized by a selective plane mirror (4) having a reflectance of at least 50% in the wavelengths 200 nm to 450 nm and 900 nm to 1200 nm for the neodymium laser and in the wavelengths 200 nm to 350 µm and 650 nm to 1200 nm for the ruby laser in a band at least 100 nm wide within these wavelength intervals.