ES2340548T3 - Dispositivo de amplificacion que comprende un medio amplificador laser de forma paralelepipedica y medios de bombeo que comprenden lamparas. - Google Patents

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Abstract

Dispositivo de amplificación que comprende un medio (2) amplificador de forma paralelepipédica, medios de refrigeración del medio amplificador y lámparas que comprenden la circulación de un fluido (20) de refrigeración y medios de bombeo que comprenden lámparas (5) que emiten en un intervalo de frecuencia una primera radiación útil para la amplificación y una segunda radiación susceptible de degradar el medio amplificador, caracterizado porque se integran lámparas en una camisa (3) que absorbe al menos una parte de la segunda radiación y que comprende aberturas de secciones diferentes destinadas a la circulación de un fluido (20) de refrigeración.

Description

Dispositivo de amplificación que comprende un medio amplificador láser de forma paralelepipédica y medios de bombeo que comprenden lámparas.
El campo de la invención es el de los dispositivos de amplificación láser mediante un medio amplificador de forma paralelepipédica y se aplica concretamente a láseres de nanosegundos, picosegundos o incluso femtosegundos bombeados mediante lámparas.
En el campo de los dispositivos de amplificación láser con medio sólido, existían hasta hace poco dos grandes tipos de materiales amplificadores:
- por una parte, los materiales monocristalinos, por ejemplo el granate de itrio y aluminio, también denominado YAG, el zafiro o el rubí. Estos materiales se dopan generalmente con iones de tierras raras o incluso con titanio o cromo.
- por otra parte, las matrices amorfas, tales como el vidrio de fosfato, por ejemplo, o el vidrio de silicato. Estas matrices se dopan principalmente con iones de tierras raras.
De manera general, los dispositivos de amplificación con un medio amplificador monocristalino, de tipo matriz de YAG por ejemplo, permiten obtener tasas de repetición elevadas pero con energías por haz moderadas. Esta limitación de energía se debe a la sección limitada de los medios amplificadores monocristalinos, limitación fijada por la cristalogénesis. Por ejemplo, la dificultad de hacer crecer el YAG monocristalino dopado con neodimio, denominado Nd:YAG, sobre grandes secciones y la limitación de su umbral de daño permiten, en el mejor de los casos, obtener energías del orden de 4 a 5 julios para una sección de 2 cm^{2}, en régimen pulsado con una duración de pulsos láser de algunos nanosegundos.
Por otro lado, los dispositivos de amplificación que comprenden un medio amplificador de tipo vidrio permiten alcanzar energías elevadas, de una decena de julios a varios kilojulios por haz, pero con cadencias respectivas que van del hercio a menos de un disparo láser por hora. Se permiten las grandes energías gracias a las grandes secciones posibles de un medio amplificador de este tipo. No hay ninguna limitación de la sección para las matrices de vidrio al contrario que para los monocristales. En cambio, las matrices de vidrio, debido a sus malas propiedades termomecánicas, impiden el aumento de cadencia de los láseres y obligan, a veces, a poner en práctica concretamente medios complejos de compensación de la distorsión del frente de onda.
Con respecto a las principales técnicas de bombeo óptico de los medios amplificadores sólidos, existe el bombeo mediante lámpara continua o mediante lámpara de destellos, por una parte, y el bombeo mediante diodo láser continuo o pulsado, por otra parte. Las características principales de cada una de estas técnicas de bombeo óptico son las siguientes:
\bullet Las lámparas continuas emiten un espectro de múltiples líneas que se superpone con un espectro continuo bastante débil.
\bullet Las lámparas de destellos emiten un espectro constituido esencialmente por un espectro continuo con el que se superponen líneas espectrales de baja intensidad. La posición espectral de las líneas de emisión depende del/de los
gas(es) usado(s) en la lámpara.
\bullet Los diodos láser emiten según una única línea espectral que depende del semiconductor usado.
Cuando se bombea un material láser mediante una de esas técnicas, se convierte en amplificador para una o varias longitudes de onda características.
Cada una de estas dos técnicas de bombeo presenta ventajas e inconvenientes, siendo los principales los siguientes:
\bullet Cuando se bombea un material láser mediante lámpara, sólo una pequeña parte del espectro de emisión de la lámpara es útil para el bombeo, disipándose de manera térmica parcialmente la otra parte en el medio láser. Esta carga técnica, se si vuelve demasiado elevada, puede inducir distorsiones del frente de onda y/o de la birrefringencia limitando las posibles aplicaciones del láser.
\bullet La vida útil de las lámparas continuas y de las lámparas de destellos con frecuencia es mucho más débil que, respectivamente, la de los diodos continuos y los diodos pulsados. Esto se traduce en una frecuencia más elevada de las operaciones de mantenimiento de los láseres bombeados mediante lámpara.
\bullet A igual rendimiento, el precio de los amplificadores bombeados mediante lámparas es mucho menor que el de los amplificadores bombeados mediante diodos.
\bullet Para un cierto número de materiales láser, existen diodos de bomba que emiten según una longitud de onda que coincide con una de las líneas de absorción. Debido a ello la carga térmica depositada en el medio amplificador se reduce y se reducen los efectos nefastos inducidos (distorsión del frente de onda, birrefringencia inducida...). Así, con un bombeo continuo puede obtenerse una potencia media mayor a la salida del láser si se bombea mediante diodo más que mediante lámparas. Y con un bombeo pulsado, se obtienen las mismas energías a la salida del láser independientemente del tipo de bomba (lámpara de destellos o diodo) aunque pueden alcanzarse tasas de repetición más elevadas con el bombeo por diodo.
\bullet El coste de los diodos es mucho mayor que el de las lámparas y debido a ello el coste de mantenimiento en condiciones de funcionamiento puede ser superior al de un láser bombeado mediante lámparas.
Por tanto, concretamente en el campo de los láseres pulsados, actualmente pueden fabricarse:
\bullet amplificadores láser sólidos que suministran fuertes energías, del tipo de los materiales láser a base de vidrio, pero con tasas de repeticiones muy bajas debido a efectos térmicos si se bombean mediante lámparas de destellos.
\bullet amplificadores láser sólidos que suministran fuertes energías, del tipo de los materiales láser a base de vidrio, pero con tasas de repeticiones bajas debido a efectos térmicos y a costes muy elevados si se bombean mediante diodos.
\bullet amplificadores láser sólidos bombeados mediante lámparas de destellos que funcionan con tasas de repeticiones intermedias, del orden de 10 a 100 Hz, gracias al uso de ciertos materiales láseres monocristalinos que tienen buenas propiedades termomecánicas pero que suministran energías limitadas a algunos julios debido a la sección limitada de los cristales que pueden realizarse mediante cristalogénesis.
\bullet amplificadores láser sólidos bombeados mediante diodos, costosos, que funcionan con tasas de repeticiones elevadas, a más de 50 Hz, gracias al uso de ciertos materiales láseres monocristalinos que tienen buenas propiedades termomecánicas pero que suministran energías limitadas a algunos julios debido a la sección limitada de los cristales que pueden realizarse mediante cristalogénesis.
La aparición de nuevos materiales láser que combinan las ventajas de las matrices de vidrio, que tienen grandes secciones disponibles que permiten obtener fuertes energías, y las de los mejores materiales monocristalinos, que tienen buenas propiedades termomecánicas, abre nuevas perspectivas. Estos nuevos materiales láser son estructuras sólidas policristalinas también denominadas cerámicas láser.
Ahora pueden realizarse dispositivos amplificadores láser que suministran al mismo tiempo fuertes energías a tasas de repetición intermedias, en el caso de un bombeo mediante lámpara de destellos, o elevadas, en el caso de un bombeo mediante diodos. La elección de la técnica de bombeo se ve guiada principalmente por consideraciones de coste de adquisición y de coste de mantenimiento. Para bombear volúmenes de medios amplificadores, que pueden alcanzar más de 200 cm^{3} en comparación con aproximadamente 20 cm^{3} anteriormente, el coste de adquisición de un dispositivo de amplificación bombeado mediante diodos puede ser elevado. El bombeo mediante lámparas resulta entonces una alternativa interesante para los industriales.
Por ejemplo, la cerámica YAG dopada con iones de tierras raras Nd^{3+}, debido a su estructura policristalina que permite realizar medios amplificadores de grandes dimensiones, cuya sección supera los 20 cm^{2} con un monocristal de Nd:YAG, puede emplearse para realizar dispositivos de amplificación de fuertes energías. Estas energías obtenidas son del orden de varias decenas de julios, superando así los de 4 a 5 julios habitualmente obtenidos. Las cadencias obtenidas superan ampliamente los 10 Hz.
No obstante, existen ciertos problemas para bombear las cerámicas láser mediante lámparas. Una parte del espectro de emisión de las lámparas está situado en la región ultravioleta. Esta radiación es perjudicial para las cerámicas láser ya que induce un efecto de solarización que con el tiempo degrada las propiedades ópticas de la cerámica láser utilizada como medio amplificador. Por consiguiente, en el diseño de los dispositivos de amplificación láser que utilizan cerámicas láser, es necesario poner en práctica técnicas que impiden la degradación de la cerámica láser por la radiación ultravioleta de las lámparas.
Con estas cerámicas láser, pueden concebirse nuevos láseres que permiten suministrar potencias medias importantes con un coste medio del vatio muy inferior al de las soluciones complejas actualmente puestas en práctica, del tipo de la multiplicación del número de láseres o la multiplexación de los haces, entre otras.
El dispositivo propuesto en la invención combina el uso de materiales realizables en grandes dimensiones en forma de barras paralelepipédicas, por ejemplo la cerámica YAG dopada con iones de tierras raras Nd^{3+}, y medios que permiten filtrar las radiaciones indeseables.
Un objetivo del dispositivo de amplificación, que comprende un medio amplificador de forma paralelepipédica y medios de bombeo que comprenden lámparas que emiten en un intervalo de frecuencia una primera radiación útil para la amplificación y una segunda radiación susceptible de degradar el medio amplificador, es integrar lámparas en una camisa que absorbe al menos una parte de la segunda radiación.
La principal ventaja de estos materiales amplificadores, de tipo cerámica dopada, con iones de tierras raras por ejemplo, es que su fabricación ya no impone un tamaño límite de realización. Por tanto, los medios amplificadores pueden ser más grandes y el bombeo óptico más importante. La amplificación de los haces láser se vuelve entonces posible a energías de varias decenas de julios para los láseres pulsados y todo ello con cadencias que superan la decena de hercios. Para los láseres continuos, puede realizarse la amplificación de los haces láser a potencias de varias decenas de kilovatios.
En Journal of Alloys and Compounds, vol. 421 2006, páginas 195-199 de Hideki et al "Flashlamp pumped laser operation with a UV cut filter", se da a conocer un láser con un cristal Nd:YAG con lámparas de bombeo. El cristal está envuelto en un tubo filtrante de samario para bloquear las radiaciones UV. En Optics and Laser Technology, vol. 24 n.º 5 1992, páginas 267- 271 de Q LÜ et al "The influence of ultra violet cutoff filters on the performance of a 300 W Cr:Nd:GGG slab laser", se da a conocer un láser con un filtro UV colocado entre la cámara que comprende lámparas de bombeo y la cámara que comprende el cristal láser, refrigerado por un fluido.
La invención es según la reivindicación 1.
Según la invención el dispositivo dispone de lámparas de destellos integradas en la camisa. El dispositivo comprende medios de refrigeración del medio amplificador, que comprenden la circulación de un fluido de refrigeración, medios de refrigeración de las lámparas, y la camisa presenta aberturas de secciones diferentes entre sí de manera que se controla el caudal del fluido de refrigeración en el interior de la camisa.
Según una variante de la invención, el dispositivo comprende un medio amplificador a base de cerámica. Según una variante de la invención, el dispositivo comprende un medio amplificador de cerámica de YAG dopada con iones Nd^{3+}. Según una variante de la invención, el dispositivo comprende un medio amplificador de cerámica de YAG dopada con iones Nd^{3+} dopada conjuntamente con iones Cr^{3+}. Según una variante de la invención, el dispositivo de bombeo es simétrico según el plano formado por el medio amplificador. Según una variante de la invención, al menos dos caras opuestas del medio amplificador están inclinadas entre sí un ángulo de algunos grados mediante rotación alrededor del eje Oy, en este caso el medio amplificador tiene una forma casi paralelepipédica. Según una variante de la invención, el dispositivo comprende una camisa compuesta por un material a base de cuarzo o de vidrio dopado con iones samario. Según una variante de la invención, el dispositivo comprende una camisa que contiene lámparas que emiten una segunda radiación en la región UV. Según una variante de la invención, el dispositivo comprende una camisa que absorbe los fotones cuyo espectro coincide con la línea de emisión láser del medio
amplificador.
Según una variante de la invención, el dispositivo comprende un filtro UV colocado entre la camisa y el medio amplificador. Según una variante de la invención, el dispositivo comprende un difusor óptico que recubre o rodea la camisa que tiene por función uniformizar el bombeo del medio amplificador. Según una variante de la invención, el dispositivo comprende un difusor compuesto por un polvo de MgO comprimido en un revestimiento o una cerámica no dopada.
Otras características y ventajas de la invención surgirán con ayuda de la siguiente descripción realizada con referencia a las figuras adjuntas en las que:
\bullet la figura 1 representa una vista en despiece ordenado en perspectiva de un ejemplo del dispositivo de amplificación según la invención.
\bullet la figura 2 representa un plano de corte de la figura 1.
\bullet la figura 3 representa una vista completa de un ejemplo del dispositivo de amplificación que integra medios de refrigeración según la invención.
La figura 1 presenta un ejemplo de dispositivo de amplificación, en una vista en despiece ordenado en perspectiva, que comprende un medio 2 amplificador de forma paralelepipédica de cerámica dopado con uno o varios tipo(s) de iones de tierras raras u otros. Estos iones pueden ser normalmente neodimio, iterbio. La cerámica puede estar dopada conjuntamente con iones Cr^{3+}. El medio amplificador presenta dos caras grandes enfrente de las lámparas 5 de bombeo. El bombeo se realiza perpendicularmente a estas caras. El haz 6 atraviesa el medio amplificador por su cara lateral perpendicular al eje de las lámparas y da lugar a un haz 7 amplificado tras su paso en el dispositivo. Las lámparas, por ejemplo lámparas 5 de destellos, están dispuestas en una camisa 3. Esta camisa tiene una función triple:
\bullet Esta camisa, compuesta por un material de cuarzo/vidrio dopado con iones samario por ejemplo, permite absorber todo o una parte de las radiaciones UV emitidas por las lámparas.
\bullet Absorbe los fotones emitidos por las lámparas cuyo espectro concuerda con la línea de emisión láser del medio amplificador. Esta línea es de 1064 nm, por ejemplo, para una cerámica YAG dopada con Nd^{3+}. Esta función permite evitar el despoblamiento de la ganancia del láser según un eje Ox, mediante emisión estimulada mediante las lámparas.
\bullet Permite garantizar una velocidad suficiente del fluido de refrigeración destinado a refrigerar las lámparas y el medio amplificador. Este fluido permite por tanto evacuar una gran parte del calor inducido por la radiación de las lámparas.
A ambos lados de las caras grandes del medio 2 amplificador, puede disponerse ventajosamente un filtro 4 UV entre la camisa y el medio amplificador. Este filtro UV tiene un papel redundante al de la camisa. No obstante, este filtro es facultativo en función de la potencia UV emitida por las lámparas. Se representa como ejemplo en la figura 1. El medio amplificador dispone de medios para realizar un bombeo homogéneo. Se emplea un medio 1 difusor óptico, denominado difusor, para uniformizar el bombeo del medio amplificador. La radiación recibida por el medio amplificador es la suma de la radiación directa emitida por las lámparas y de la radiación reflejada por el difusor. El objetivo del difusor es difundir la radiación útil en el medio amplificador lo más uniformemente posible, y por tanto entre las lámparas. La geometría del difusor óptico está adaptada para uniformizar la radiación recibida por el medio amplificador. Por ejemplo, cada lámpara puede estar en el centro de una parábola constituida por el difusor óptico. Además, la simetría del dispositivo también permite garantizar un bombeo homogéneo en el medio amplificador. El haz 6 láser incidente entra en el medio amplificador por la cara formada por el plano Oxy. Por una parte, al ser el eje de propagación del haz láser Oz perpendicular al eje de las lámparas Oy, y por otra parte debido a la simetría del dispositivo según el plano Oyz, el bombeo es simétrico en el medio amplificador según el plano Oyz. El bombeo es por tanto muy homogéneo según el plano Oyz. Por otra parte, la simetría del dispositivo presenta otra ventaja. Permite evitar cualquier torsión del medio amplificador.
La figura 2 representa un corte en el plano Oxz del dispositivo de la figura 1. La potente radiación emitida por las lámparas tiene el inconveniente de calentar el medio amplificador y de degradar sus propiedades ópticas. Para ello se coloca un doble dispositivo de refrigeración en la estructura. Se introduce un fluido 20 de refrigeración a ambos lados del medio 2 amplificador y circula a lo largo de sus caras de superficies mayores (plano Oyz de la figura 1). Permite controlar así una parte del calor del dispositivo de bombeo. También puede integrarse un dispositivo de refrigeración en la camisa 3. Esta última presenta aberturas de secciones diferentes de manera que se controla el caudal del fluido 20 de refrigeración en el interior de la camisa. El fluido de refrigeración circula por tanto en el interior de la camisa alrededor de las lámparas 5 y alrededor de la misma. Este último dispositivo de refrigeración permite evacuar el calor inducido por la radiación de las lámparas y limita el calor del medio amplificador. La camisa 3 está confinada dentro del difusor 1. El difusor 1 está constituido por un depósito transparente a la radiación de las lámparas en el que puede comprimirse un polvo de MgO, por ejemplo. Eventualmente, puede utilizarse una cerámica no dopada en otro caso de realización. Al tener este medio la función de difundir la luz emitida por las lámparas, reflejándola, su forma puede optimizarse y puede variar con respecto al caso de realización de la figura 2. El difusor 1, el líquido 20 de refrigeración, la camisa 3 y el filtro 4 UV, están insertados en un recinto 22 estanco al fluido de refrigeración. Para ello, juntas 21 fijan el recinto al medio 2 amplificador. Al ser el dispositivo simétrico con respecto al plano principal Oyz formado por la superficie mediana mayor del medio amplificador, se encuentra a ambos lados de este medio, un recinto 22 que comprende los elementos descritos anteriormente. Por una parte, la simetría del dispositivo de bombeo presenta un interés para la refrigeración homogénea y simétrica del medio amplificador limitando así la deformación mecánica de este último bajo el efecto de la carga térmica. Por otra parte, debido a la simetría del dispositivo de bombeo, la birrefringencia inducida por las tensiones termomecánicas sobre el medio amplificador aparece con ejes ópticos respectivamente según Ox y Oy. Por tanto, cualquier haz láser polarizado según uno de sus ejes y amplificado en el medio amplificador seguirá estando polarizado en toda la sección del haz. Este dispositivo tiene la ventaja, con respecto a las estructuras de bombeo realizadas con una varilla de láser cilíndrica, de no introducir efectos de despolarización dependiente del espacio del haz amplificado.
La figura 3 representa un ejemplo de dispositivo de amplificación que comprende conectores 30 fluidos que permiten inyectar y extraer el fluido de refrigeración. Mediante el control del caudal del fluido puede ajustarse la temperatura del dispositivo de bombeo. Se controla el calor inducido por las lámparas, la vida útil y las deformaciones del medio amplificador se adaptan a las necesidades. Los haces láser incidentes penetran en el medio amplificador por la cara A y salen amplificados por la cara B. La cerámica dopada con iones (de tierras raras, por ejemplo) que compone el medio amplificador permite realizar superficies A y B muy superiores a 2 cm^{2}, superficie máxima que puede realizarse para un monocristal de YAG por ejemplo. Las dimensiones de los medios amplificadores pueden ser muy grandes debido al propio procedimiento de la fabricación que ya no depende de la cristalogénesis sino más bien de la fabricación de la cerámica. Esta superficie ya no está limitada con las cerámicas láser (por ejemplo, cerámicas YAG dopadas con iones de tierras raras). Las grandes superficies permiten por tanto amplificar el haz a energías de varias decenas de julios en modo pulsado y varias decenas de millares de kilovatios en modo continuo. Las caras laterales C y D del medio amplificador están equipadas con un dispositivo que permite evitar el fenómeno parásito de emisión láser transversal entre estas caras. Este dispositivo puede ser de diversos tipos: un tratamiento antirreflectante a la longitud de onda láser del medio amplificador o un ranurado de las caras C y D y/o un deslustrado de las caras o la aplicación sobre las caras de un(os) material(es) absorbente(s). Este/estos último(s) material(es) absorbe(n) a la longitud de emisión láser de la cerámica dopada y realiza(n) una adaptación del índice óptico con la cerámica láser. Las caras A y B del medio amplificador están equipadas con un dispositivo que permite evitar el fenómeno parásito de emisión láser previa entre estas caras. Este dispositivo puede ser de diversos tipos: un tratamiento antirreflectante a la longitud de onda láser del medio amplificador y/o la inclinación de las caras A y B enfrentadas un ángulo de algunos grados mediante rotación alrededor del eje Oy: en este caso el medio amplificador se vuelve casi paralelepipédico. El número de lámparas 5, su disposición y la distancia entre ellas, son parámetros optimizados para obtener el depósito de bomba lo más homogéneo posible en el medio láser. Por tanto, las elecciones del difusor óptico y de su forma, junto con el ajuste de las lámparas (número, distancia, disposición), permiten obtener la ganancia máxima con una distribución homogénea del depósito de bomba en el medio amplificador.
Por tanto, existen varios ejemplos de aplicaciones, no exhaustivos, que pueden beneficiarse de los rendimientos de estos nuevos dispositivos amplificadores de fuerte potencia media:
\bullet En el campo de los láseres de femtosegundos, pueden utilizarse medios amplificadores tales como titanio-zafiro, denominado Ti:za, o amplificadores paramétricos de impulso con derivada de frecuencia, denominados OPCPA. El objetivo a corto plazo es poder generar potencias pico del orden del petavatio, es decir, del orden de 10^{15} vatios, a una decena de hercios. Para ello, los láseres de bomba deberán suministrar energías del orden de 100 julios, mediante impulsos, a 10 Hz en la banda del espectro visible correspondiente al verde. Habitualmente se necesitan 120 medios amplificadores bombeados mediante lámparas de destellos para bombear un sistema láser de este tipo, denominado láser de petavatios, con los dispositivos que incluyen monocristales de Nd:YAG. Gracias al dispositivo según la invención, ahora se necesitarán menos de 25 dispositivos amplificadores con cerámicas de Nd:YAG. Los costes de adquisición y de mantenimiento se reducirán fuertemente, la compacidad de las cadenas láser aumentará notablemente, el control mediante software se simplificará enormemente.
\bullet La mejora del comportamiento mecánico de la superficie de ciertos metales mediante choque láser podrá realizarse con ayuda de un sistema láser que comprende un amplificador de cerámica de Nd:YAG, por ejemplo, que puede suministrar impulsos de más de 10 J a cadencias superiores a 10 Hz. Esta aplicación encuentra mercado especialmente en la aeronáutica.
\bullet Las aplicaciones, tales como el decapado de pintura, por ejemplo, la ablación láser, el micromecanizado, el corte o la soldadura de materiales, a velocidades más elevadas que las actuales, son otros ejemplos de uso posibles del dispositivo amplificador según la invención.

Claims (13)

1. Dispositivo de amplificación que comprende un medio (2) amplificador de forma paralelepipédica, medios de refrigeración del medio amplificador y lámparas que comprenden la circulación de un fluido (20) de refrigeración y medios de bombeo que comprenden lámparas (5) que emiten en un intervalo de frecuencia una primera radiación útil para la amplificación y una segunda radiación susceptible de degradar el medio amplificador, caracterizado porque se integran lámparas en una camisa (3) que absorbe al menos una parte de la segunda radiación y que comprende aberturas de secciones diferentes destinadas a la circulación de un fluido (20) de refrigeración.
2. Dispositivo según la reivindicación anterior, caracterizado porque las lámparas son lámparas de destellos.
3. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el medio amplificador es a base de cerámica láser.
4. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el medio amplificador es una cerámica de YAG dopada con iones Nd^{3+}.
5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado porque el medio amplificador es una cerámica de YAG dopada conjuntamente con iones Cr^{3+}.
6. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo es simétrico según el plano (Oyz) formado por el medio (2) amplificador.
7. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos dos caras opuestas del medio (2) amplificador están inclinadas entre sí un ángulo de algunos grados mediante rotación alrededor del eje Oy, en este caso el medio amplificador tiene una forma casi paralelepipédica.
8. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la camisa está compuesta por un material a base de cuarzo o de vidrio dopado con iones de samario.
9. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las lámparas emiten una segunda radiación en la región UV.
10. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la camisa absorbe los fotones cuyo espectro coincide con la línea de emisión láser del medio amplificador.
11. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se coloca un filtro (4) UV entre la camisa (3) y el medio (2) amplificador.
12. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un difusor (1) óptico recubre la camisa que tiene la función de uniformizar el bombeo del medio amplificador.
13. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque el medio difusor es un polvo de MgO comprimido en un depósito o una cerámica no dopada.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2969401B1 (fr) 2010-12-17 2013-01-18 Thales Sa Dispositif d'emission d'un faisceau laser anti lasage transverse et a refroidissement longitudinal
WO2014099822A2 (en) 2012-12-17 2014-06-26 Brady Patrick K System and method for identifying materials using a thz spectral fingerprint in a media with high water content

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS563970Y2 (es) * 1972-06-30 1981-01-28
US4207541A (en) * 1978-02-21 1980-06-10 General Electric Company Cooling jacket for laser flash lamps
FR2593615B1 (fr) * 1986-01-28 1990-04-06 Bm Ind Sa Structure de pompage optique a plaque(s)
US4902127A (en) * 1988-03-22 1990-02-20 Board Of Trustees Of Leland Stanford, Jr. University Eye-safe coherent laser radar
JPH0738476B2 (ja) * 1988-11-11 1995-04-26 浜松ホトニクス株式会社 スラブ型固体レーザ発振器
JPH05190940A (ja) * 1992-01-13 1993-07-30 Fuji Electric Co Ltd 固体レーザ装置
JPH06350171A (ja) * 1993-04-15 1994-12-22 Fuji Electric Co Ltd 固体レーザ装置および積分球
US5422899A (en) * 1994-05-10 1995-06-06 Premier Laser Systems, Inc. High repetition rate mid-infrared laser
US5553092A (en) * 1994-05-17 1996-09-03 Alliedsignal Inc. Solid state laser with integral optical diffuser plate to homogenize optical pumping
US6021154A (en) * 1997-11-21 2000-02-01 General Electric Company Laser shock peening method and reflective laser beam homogenizer
FR2784809B1 (fr) * 1998-10-16 2001-04-20 Commissariat Energie Atomique Amplificateur optique de puissance a guide d'onde planaire pompe optiquement et laser de puissance utilisant cet amplificateur
JP2000261070A (ja) * 1999-03-05 2000-09-22 Fuji Electric Co Ltd スラブ型固体レーザ装置
JP2002057388A (ja) * 2000-08-11 2002-02-22 Nippon Avionics Co Ltd 固体レーザ発振器
WO2003047052A2 (en) * 2001-11-21 2003-06-05 General Atomics Laser containing a distributed gain medium

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