CS257033B1

CS257033B1 - Unstable solid state laser resonator

Info

Publication number: CS257033B1
Application number: CS865356A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Kubecek
Original assignee: Vaclav Kubecek
Priority date: 1986-07-14
Filing date: 1986-07-14
Publication date: 1988-04-15
Also published as: CS535686A1

Abstract

Řešení se týká rezonátoru se sníženým počtem optických prvků bez nutnosti jejich přesného nastavení a se zabezpečením generace záření s dobře definovaným a stabilním rozložením intenzity ve vzdálené zóně bez postranních maxim i pro různé rozložení intenzity v blízké zóně. Zadní zrcadlo rezonátoru je tvořeno plně odrazným konvexním zrcadlem, které je součástí kyvety s barvivém pro synchronizaci módu, a výstupní zrcadlo je rovinné a je tvořeno vyleštěným vnějším čelem výbrusu aktivního materiálu. Vnější čelo je kolmé na osu rezonátoru. Vyleštěné vnitřní čelo výbrusu je vzhledem k ose rezonátoru zkoseno pod úhlem menším než 90°. Tento nestabilní rezonátor lze využít například při konstrukci laserových dálkomerů a všude tam, kde je zapotřebí velmi krátkých impulsů o vysokém jasu.The solution concerns a resonator with a reduced number of optical elements without the need for their precise adjustment and ensuring the generation of radiation with a well-defined and stable intensity distribution in the far zone without lateral maxima even for different intensity distributions in the near zone. The rear mirror of the resonator is formed by a fully reflective convex mirror, which is part of the cuvette with dye for mode synchronization, and the output mirror is planar and is formed by the polished outer face of the cut of the active material. The outer face is perpendicular to the axis of the resonator. The polished inner face of the cut is beveled at an angle of less than 90° relative to the axis of the resonator. This unstable resonator can be used, for example, in the construction of laser rangefinders and wherever very short pulses of high brightness are needed.

Description

Vynález se týká nestabilního rezonátoru pevnolátkového laseru se synchronizací módu.The invention relates to an unstable solid state laser resonator with mode synchronization.

Pro lasery s dostatečně vysokým ziskem o velikosti větší než 50 % na jeden průchod je optimálním rezonátorem nestabilní rezonátor, který umožňuje nejlepší praktickou metodu téměř úplné extrakce energie z laserového média při zachování velmi dobré kvality výstupního svazku. Tyto rezonátory jsou použity v řadě laserových systémů, jako CO^ generující na vlnové délce 10,6 jim a Nd:YAG či Nd:sklo generující na vlnové délce 1,06 {im.For lasers with sufficiently high gains of more than 50% per pass, the optimal resonator is an unstable resonator that allows the best practical method of almost total energy extraction from the laser medium while maintaining very good output beam quality. These resonators are used in a variety of laser systems, such as CO 2 generating at a wavelength of 10.6 µm and Nd: YAG or Nd: glass generating at a wavelength of 1.06 µm.

V laserech se synchronizací módů jsou však tyto nestabilní rezonátory používány zřídka. V tomto případě se používají konfokální rezonátory p-typu jednak s různými typy difrakčního vyvažování výstupní energie a jednak s polarizačním vyvažováním této výstupní energie. Tyto systémy vykazují některé nevýhody, které jsou spojeny bud s okrajovými defekty kolem výstupního zrcadla, nebo s dvoj lomem aktivního prostředí.However, these instable resonators are rarely used in mode-synchronized lasers. In this case, p-type confocal resonators are used with different types of diffractive output energy balance and polarization of this output energy. These systems have some disadvantages that are associated either with edge defects around the exit mirror or with the birefringence of the active environment.

Tyto nevýhody odstraňuje zařízení, pracující rovněž s konfokálním rezonátorem p-typu, kde je použito vyvažování energie z rezonátoru přes polopropustné zrcadlo. Rozložení intenzity v blízké zóně má pak tvar kruhové struktury odpovídající Fresnelově difrakci na kruhové apertuře a ve vzdálené zóně tvar lehce deformovaného Aireyho obrazce s postranními maximy. Navíc tento typ rezonátoru používá větší počet optických elementů vyžadujících přesné nastavení.These disadvantages are overcome by a device also working with a p-type confocal resonator, where a balancing of energy from the resonator through a semi-transparent mirror is used. The intensity distribution in the near zone then has the shape of a circular structure corresponding to Fresnel diffraction on the circular aperture, and in the far zone a slightly deformed Airey pattern with lateral maxima. In addition, this type of resonator uses a plurality of optical elements requiring precise adjustment.

Výše uvedené nevýhody dosud známých nestabilních rezonátorů pevnolátkového laseru, tvořených zadním zrcadlem a výstupním zrcadlem, mezi je umístěna kyveta, clona a aktivní materiál, odstraňuje řešení podle vynálezu, jehož podstatou je to, že zadní zrcadlo je tvořeno plně odrazným konvexním zrcadlem, které je součástí kyvety s barvivém pro synchronizaci módu a výstupní zrcadlo je rovinné a je tvořeno vyleštěným vnějším čelem výbrusu aktivního materiálu. Toto vnější Čelo je kolmé na osu rezonátoru. Vyleštěné vnitřní čelo výbrusu aktivního materiálu je vzhledem k ose rezonátoru zkoseno pod úhlem menším než 90°.The above-mentioned disadvantages of the prior art unstable solid state laser resonators consisting of a rear mirror and an exit mirror between a cuvette, an aperture and an active material eliminate the solution according to the invention, which consists in the rear mirror being a fully reflective convex mirror. dye cuvettes for mode synchronization and the output mirror is planar and consists of a polished outer face of the active material cut. This outer face is perpendicular to the axis of the resonator. The polished inner face of the active material cut is tapered at an angle less than 90 ° to the resonator axis.

Výhodou tohoto nestabilního rezonátoru je, že má výhody konfokálního rezonátoru s polopropustným výstupním zrcadlem při současném snížení počtu optických elementů, vyžadujícíh přesné nastavení na minimum. Tento rezonátor, přesto že je v porovnání se známými nestabilními rezonátory podstatně jednodušší a výrobně levnější, zabezpečuje generaci záření s dobře definovaným a stabilním rozložením intenzity ve vzdálené zóně bez postranních maxim i pro různé rozložení intenzity v blízké zóně.The advantage of this unstable resonator is that it has the advantages of a confocal resonator with a semipermeable exit mirror while reducing the number of optical elements requiring accurate alignment to a minimum. This resonator, while being considerably simpler and less expensive to manufacture than the known unstable resonators, provides radiation generation with a well defined and stable intensity distribution in the distant zone without lateral maxima even for different intensity distribution in the near zone.

Příkladné uspořádání nestabilního rezonátoru pevnolátkového laseru se synchronizací módů podle vynálezu je schematicky uveden na přiloženém výkrese.An exemplary mode synchronous unstable solid state laser resonator according to the invention is schematically shown in the attached drawing.

Lineární konfigurace nestabilního rezonátoru sestává ze zadního plně odrazného konvexního zrcadla JL, jež spolu s klínovitou skleněnou podložkou £ tvoří kyvetu 6_ s barvivém pro synchronizaci módů, v jejíž blízkosti je umístěna souose clonka _5 a z výbrusu 2 aktivního materiálu, v tomto případě válcového. Vnější čelo 2 tohoto válcového výbrusu 2 aktivního materiálu je kolmé na osu rezonátoru a tvoří výstupní rovinné zrcadlo.The linear configuration of the unstable resonator consists of a rear fully reflective convex mirror 11, which together with the wedge-shaped glass substrate 6 forms a mode synchronizing dye 6, near which the diaphragm 5 is coaxial and a cut 2 of active material, in this case cylindrical. The outer face 2 of this cylindrical cut 2 of the active material is perpendicular to the axis of the resonator and forms an exit plane mirror.

Vnitřní čelo 7_ válcového výbrusu 2 aktivního materiálu je zbroušeno pod úhlem menším než 90°, vzhledem k ose rezonátoru. Velikost tohoto zkosení závisí na průměru a délce válcového výbrusu 2 aktivního materiálu a bývá 84 až 88°, což znamená řádově odchylku 2° až 6° od kolmice na osu rezonátoru.The inner face 7 of the cylindrical cut 2 of the active material is ground at an angle of less than 90 ° to the axis of the resonator. The magnitude of this chamfer depends on the diameter and length of the cylindrical grinding 2 of the active material and is usually 84 to 88 °, which is of the order of 2 ° to 6 ° from the perpendicular to the axis of the resonator.

Uspořádání nestabilního rezonátoru pevnolátkového laseru lze například využít ke generaci pikosekundových impulsů z Nd:YAG laseru. Použité plně odrazné konvexní zrcadlo 2 je v tomto případě dielektrické. Při jeho poloměru křivosti 2 m má odrazivost vyšší než 99 % na vlnové délce 1,06 pm. Nd:YAG válcový výbrus 2 ° rozměrech ó 6,35 x 71 mm má vnitřní čelo 7_ zbroušeno pod úhlem 84° vzhledem k ose rezonátoru a vnější čelo 2 je zbroušeno kolmo k ose rezonátoru a tvoří pak rovinné výstupní zrcadlo o odrazivosti 8 %.For example, an unstable solid state laser resonator arrangement can be used to generate picosecond pulses from an Nd: YAG laser. The fully reflective convex mirror 2 used in this case is dielectric. With a radius of curvature of 2 m, it has a reflectance greater than 99% at a wavelength of 1.06 µm. Nd: YAG cylindrical grinding 2 ° dimensions δ 6.35 x 71 mm has an inner face 7 ground at an angle of 84 ° to the resonator axis and the outer face 2 is ground perpendicular to the axis of the resonator and forms a planar output mirror of 8% reflectivity.

Clonka 5_ o průměru 2 mm je umístěna těsně u klínovité skleněné podložky 4, která tvoří spolu spině odrazným konvexním zrcadlem JL kyvetu 6_ se saturovatelným barvivém Kodak č. 9 860 v 1,2-dichloretanu o transmisi 30 %. Délka rezonátoru je v tomto případě 1,35 m. Výstupní záření je složeno ze sledu čtyř impulsů o celkové energii 52 - 5 mJ a délce jednotlivého impulsu 30 - 3 ps, Profil svazku ve vzdálené zóně je pak radiálně symetrický bez postranních maxim a při různých profilech v blízké zóně při zvětšujícím se průměru clonky J5.A diaphragm 5 with a diameter of 2 mm is placed close to the wedge-shaped glass substrate 4, which together form a spin-reflective convex mirror 11 of a cuvette 6 with saturable Kodak No. 9 860 dye in 1,2-dichloroethane with a 30% transmission. The length of the resonator in this case is 1.35 m. The output radiation consists of a sequence of four pulses with a total energy of 52 - 5 mJ and a single pulse length of 30 - 3 ps. The beam profile in the distant zone is radially symmetrical without profiles in the near zone with increasing diameter of orifice J5.

Divergence svazku na úrovni 1/e maximální intenzity, kde e je Eulerovo číslo, jeThe beam divergence at level 1 / e of maximum intensity, where e is the Euler number, is

4,0 - 0,4 x 10 radiánu. Jas, odpovídající jiskře vzduchu s čočkou o ohniskové vzdálenosti4.0 - 0.4 x 10 radians. Brightness, corresponding to a spark of air with a focal length lens

,. v -17 -2 -1,. at -17 -2 -1

- 33 cm je v tomto případe 0,3 x 10 W cm srad- 33 cm in this case is 0.3 x 10 W cm set

Takto koncipovaný laser s rezonátorem podle vynálezu lze využít například při konstrukci laserových dálkoměrů a všude tam, kde je zapotřebí velmi krátkých impulsů o vysokém jasu.The resonator laser designed in this way can be used, for example, in the construction of laser rangefinders and wherever very short pulses of high brightness are required.

Vynález lze uplatnit i v laserech, pracujících s jinými aktivními materiály, jako například rubín, YAP apod. i v jiných režimech jako Q - spínaném apod.The invention can also be applied in lasers working with other active materials such as ruby, YAP and the like as well as in other modes such as Q-switched and the like.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

An unstable solid state laser resonator, consisting of a rear mirror and an exit mirror, between which a cuvette with an aperture and active material is placed, characterized in that the rear mirror is formed by a fully reflective convex mirror (1) which is part of the cuvette (6) dye for mode synchronization and the output mirror is planar and consists of a polished outer face (2) of the grinding (3) active material, where the outer face (2) is perpendicular to the resonator axis, while the polished inner face (7) of the grinding (3) the material is chamfered at an angle less than 90 ° to the resonator axis,

1 drawing