LT6022B - Būdas generuoti arba stiprinti keleto bangos ilgių lazerio spinduliuotę viename optiniame rezonatoriuje - Google Patents

Būdas generuoti arba stiprinti keleto bangos ilgių lazerio spinduliuotę viename optiniame rezonatoriuje Download PDF

Info

Publication number
LT6022B
LT6022B LT2012075A LT2012075A LT6022B LT 6022 B LT6022 B LT 6022B LT 2012075 A LT2012075 A LT 2012075A LT 2012075 A LT2012075 A LT 2012075A LT 6022 B LT6022 B LT 6022B
Authority
LT
Lithuania
Prior art keywords
wavelengths
radiation
resonator
optical
laser
Prior art date
Application number
LT2012075A
Other languages
English (en)
Other versions
LT2012075A (lt
Inventor
Jonas Jonuška
Original Assignee
Integrated Optics, Uab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Integrated Optics, Uab filed Critical Integrated Optics, Uab
Priority to LT2012075A priority Critical patent/LT6022B/lt
Priority to DE201211006808 priority patent/DE112012006808T5/de
Priority to US14/421,826 priority patent/US20150236468A1/en
Priority to JP2015527032A priority patent/JP2015525002A/ja
Priority to GB201500488A priority patent/GB2519455A/en
Priority to PCT/IB2012/055815 priority patent/WO2014027226A1/en
Publication of LT2012075A publication Critical patent/LT2012075A/lt
Publication of LT6022B publication Critical patent/LT6022B/lt

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0092—Nonlinear frequency conversion, e.g. second harmonic generation [SHG] or sum- or difference-frequency generation outside the laser cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08004—Construction or shape of optical resonators or components thereof incorporating a dispersive element, e.g. a prism for wavelength selection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08086—Multiple-wavelength emission
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/0619—Coatings, e.g. AR, HR, passivation layer
    • H01S3/0621—Coatings on the end-faces, e.g. input/output surfaces of the laser light
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/08—Construction or shape of optical resonators or components thereof
    • H01S3/08059—Constructional details of the reflector, e.g. shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
    • H01S3/1083—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering using parametric generation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/108—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
    • H01S3/109—Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • H01S3/1611—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth neodymium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/163—Solid materials characterised by a crystal matrix
    • H01S3/164—Solid materials characterised by a crystal matrix garnet
    • H01S3/1643—YAG
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2375—Hybrid lasers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)

Abstract

Šio išradimo tikslias yra pateikti lazerinį šaltinį galintį vienu metu generuoti kelių bangos ilgių spinduliuotę pageidaujamais tarpusavio galios santykiais. Minėta dviejų ar daugiau bangos ilgių spinduliuotė gali būti naudojama minėtų bangos ilgių maišyme netiesinėje optinėje terpėje, taip išgaunant kito bangos ilgio spinduliuotę nei tos, kurios yra stiprinamos aktyviojoje terpėje. Tinkamiausiame įgyvendinimo variante, lazerinis šaltinis turi dispersinį optinį elementą, patalpintą optiniame rezonatoriuje, turinčiame vieną optinę ašį. Dispersinis elementas priverčia skirtingų bangos ilgių spinduliuotę keliauti šiek tiek skirtingais optiniais keliais per dispersinį elementą. Lazerio derinimas yra vykdomas judinant arba pakreipiant dispersinį elementą rezonatoriaus ašies atžvilgiu. Dėl to norimi vidutinės galios santykiai arba proporcijos yra pasiekiami kiekvienam bangos ilgiui. Turėti būdą keisti galios santykius yra svarbu norit pasiekti vienalaikį kelių bangos ilgių generavimą vienoje aktyviojoje terpėje, taip išvengiant sužadintų būsenų nuskurdinimo pagrindiniu bangos ilgiu.

Description

Šis išradimas yra susijęs su lazeriais. Ypač jis yra susijęs su lazeriniais šaltiniais, galinčiais generuoti keleto bangos ilgių spinduliuotę vienu metu arba generuoti pageidaujamus bangos ilgius panaudojant bangų maišymą netiesinėje terpėje.
IŠRADIMO SRITIS
Galimybė generuoti keletą bangos ilgių viename lazeriniame prietaise kelia daug susidomėjimo ir turi daug galimų pritaikymų. Daug biotechnologinių taikymų ir įrankių parametrų yra ribojami bangos ilgių, kurie šiuo metu yra prieinami. Todėl kai kurie fluorescenciniai dažai negali būti naudojami arba tokie parametrai, kaip sugertis, perspinduliavimas, Ramano sklaida ar panašūs negali būti išmatuojami naudojant bangos ilgius, kurie nėra standartiniai diodais kaupinamų kietojo kūno lazerių arba lazerinių diodų asortimente. Populiariausios diodais kaupinamų kietojo kūno lazerių konstrukcijos pasižymi 1064 nm, 1030 nm, 532 nm, 515 nm bangos ilgių spinduliuote. Tai atitinka pirmąją, antrąją neodimiu arba iterbiu legiruotų aktyviųjų terpių harmonikas; taip pat, trečiąją ir aukštesnes harmonikas, kurios yra dažnai naudojamos.
Plačiai derinamų bangos ilgių lazeriai, pvz., optiniai parametriniai stiprintuvai, generatoriai ir osciliatioriai yra tinkami platiems taikymams spektroskopijoje ir kitur, kur bangos ilgių įvairovė yra laikoma pranašumu. Tačiau tokie įtaisai yra labai brangūs ir reikalauja aukštos kvalifikacijos personalo, kuris juos valdytų.
Suminio dažnio generavimo (SDG), skirtuminio dažnio generavimo (SDG), keturbangio maišymo (KBM) lazeriai teikia kitą alternatyvą sudėtingiems spektroskopijos taikymams, tačiau norint gauti egzotinius bangos ilgius, taikomos sudėtingos lazerių konstrukcijos, kur naudojami keli atskiri lazeriai kaupinti netiesinį kristalą, arba sudėtingos optinio rezonatoriaus konstrukcijos, siekiant gauti efektyvų stiprinimą ir kelių bangos ilgių maišymą.
JAV patentinė paraiška nr. US2009207868, publikuota 2009-09-20 aprašo derinamojo bangos ilgio lazerį, kuriame pritaikoma dispersinė optika skirta atskirti sugeneruotus lazerio impulsus į pirmojo ir antrojo bangos ilgio impulsus, nukreiptus pirmuoju ir antruoju optiniu keliu. Pirmasis ir antrasis atspindintys veidrodžiai yra pašalinti atitinkamai iš pirmojo ir antrojo optinių kelių. Lazerio išėjimo veidrodis yra iš dalies atspindintis ir iš dalies skaidrus pirmajam bangos ilgiui ir antrajam bangos ilgiui pagal pateiktus kriterijus. Pirmojo rezonatoriaus ilgis yra apibrėžiamas, kaip atstumas tarp išėjimo veidrodžio ir pirmojo veidrodžio, o antrojo rezonatoriaus ilgis apibrėžiamas, kaip atstumas tarp išėjimo veidrodžio ir antrojo veidrodžio. Antrojo rezonatoriaus ilgis yra pirmojo rezonatoriaus ilgio funkcija.
Kitas JAV patentas nr. 5345457 aprašo dviejų bangos ilgių lazerinę sistemą su vidiniu rezonatoriumi, suminio dažnio maišymą, įskaitant bifurkacinį rezonatorių, turintį pirmąją atšaką, antrąją atšaką ir bendrąją atšaką; pirmasis lazerinis kristalas pirmoje atšakoje generuoja pirmojo bangos ilgio lazerio pluoštą; antrasis lazerinis kristalas antroje atšakoje generuoja antrojo bangos ilgio lazerio pluoštą; netiesinis bangų maišymo elementas yra bendrojoje atšakoje; ir pluoštus kombinuojantis įtaisas, skirtas kombinuoti pirmąjį ir antrąjį lazerio pluoštus ir perduodantis juos netiesiniam maišymo elementui, siekiant generuoti trečiojo bangos ilgio išėjimo lazerio pluoštą, kurio energija yra įėjimo lazerio pluoštų energijų suma.
Kiti būdai konstruoti supaprastintus lazerio rezonatorius, skirtus suminio dažnio generavimui, skirtuminio dažnio generavimui, keturbangio baišymo, apima sudėtingų atspindinčių dangų su skirtingais atspindžio koeficientais skirtingiems bangos ilgiams, kurie būtų stiprinami pageidaujamu vidutinių galių santykiu, panaudojimą. Tokiame įgyvendinime yra labai sudėtinga pasiekti aukštą šviesinį našumą iš optinės kaupinimo galios į išėjimo spinduliuotę.
Ankstesni išradimai leidžia vienu metu generuoti kelių bangos ilgių spinduliuotę ir atlikti jų maišymą. Tačiau vis dar trūksta supaprastintų ir ekonomiškų optinių konfigūracijų šiam tikslui.
Čia ir toliau, pasakymas „maišymas” arba „bangų maišymas” rei6kia bet kurį iš suminio dažnio generacijos, skirtuminio dažnio generacijas, keturbangio maišymo arba panašių netiesinių procesų principus.
IŠRADIMO ESMĖ
Šio išradimo tikslas yra pagaminti lazerinį šaltinį, galintį vienu metu generuoti keleto bangos ilgių spinduliuotę norimu tarpusavio galios santykiu arba/ir minėtų bangos ilgių maišymą netiesinės optikos terpėje, siekiant gauti kitokio bangos ilgio spinduliuotę, nei tos, kurios yra stiprinamas aktyviojoje terpėje.
Tinkamiausiame įgyvendinimo variante, lazerio šaltinį sudaro dispersinis optinis elementas, patalpintas optinėje terpėje, turinčioje tik vieną optinę ašį. Dispersinis elementas priverčia skirtingų bangos ilgių spinduliuotę keliauti šiek tiek skirtingais optiniais keliais per dispersinj elementą. Lazerio derinimas yra atliekamas judinant arba pakreipiant dispersinj elementą rezonatoriaus ašies atžvilgiu. Dėl to, pageidaujami vidutinės galios santykiai arba proporcijos yra pasiekiami kiekvienam bangos ilgiui.
Turėti galimybę keisti galios santykius yra svarbu, norit pasiekti vienalaikę kelių bangos ilgių generaciją vienoje aktyviojoje terpėje, tokiu būdu išvengiama sužadintų būsenų nuskurdinimo dominuojančiu bangos ilgiu.
TRUMPAS BRĖŽINIŲ FIGŪRŲ APRAŠYMAS
Norint geriau suprasti išradimą ir įvertinti jo praktinius pritaikymus, pateikiami šie aiškinamieji brėžiniai. Brėžiniai pateikiami tik kaip pavyzdžiai ir jokiu būdu neriboja išradimo apimties.
Fig. 1 vaizduoja įvairias mikro lazerio konstrukcijas, kur kiekvieną maketą sudaro skirtingos konfigūracijos rezonatoriaus išvadinis veidrodis.
Fig. 2 padidintas vaizdas skirtingų rezonatoriaus išvadinio veidrodžio konfigūracijų. Storos linijos j kairę nuo rezonatoriaus išvadinio veidrodžio (5.1, 5.2, 5.3) atitinka krentantį lazerio pluoštą, o dvi plonesnės linijos viduje rezonatoriaus išvadinio veidrodžio kontūro vaizduoja kelius skirtingo bangos ilgio spinduliuotei rezonatoriaus išėjimo veidrodyje, kur viena linija krenta statmenai antrajam paviršiui (11) rezonatoriaus išėjimo veidrodyje ir kita linija krenta į antrąjį paviršių (11) tam tikru nuokrypiu j normalę. Akivaizdus atskyrimas tarp dviejų linijų rezonatoriaus išvadinio veidrodžio viduje pateikiami dėl vaizdumo, tikrovėje šis tarpas yra nykstamai mažas.
TINKAMIAUSIŲ ĮGYVENDINIMO VARIANTŲ DETALUS APRAŠYMAS
Šio išradimo tikslas yra sukurti lazerinį šaltinį, kuris gali būti pritaikytas spinduliuoti daugelio tradicinių ir egzotiškų bangos ilgių šviesą, pavieniui arba kelis bangos ilgius vienu metu. Lazerio optinė konstrukcija yra supaprastinta iki vienos ašies rezonatoriaus ir skirtingi bangos ilgiai yra stiprinami kaip aktyviajai terpei būdingi emisijos bangos ilgiai arba generuojami naudojant antrosios harmonikos generaciją, suminio dažnio generacija, skirtuminio dažnio generaciją arba keturių bangų maišymą rezonatoriaus viduje. Dėl to gali būti gaunama plati įvairovė skirtingų bangos ilgių, panaudojant tą pačią lazerio aktyviąją terpę, kuri turi daugiau negu vieną emisijos liniją. Pavyzdžiui, Nd:YAG lazerio aktyvioji terpė turi keturias esmines emisijos linijas, kai kaupinama 808 nm bangos ilgio kaupinimo pluoštu. Būdingos emisijos linijos Nd:YAG kristalui yra 946 nm, 1064 nm, 1123 nm ir 1319 nm. Antroji harmonika, sugeneruota iš šių būdingųjų linijų būtų 532 nm, 562 nm ir 660 nm. Tačiau daugumą iš šių pirmųjų ir antrųjų harmonikų bangos ilgių, išskyrus 1064 nm ir 532 nm, nėra lengva stiprinti dėl dominuojančios 1064 nm spinduliuotės, kuri stipriai nuskurdina sužadintą būseną. Norint stiprinti lazerio spinduliuotę kitoms, nedominuojančioms emisijos linijoms, rezonatorius privalo būti optimizuotas tokiu būdu, kad 1064 nm spinduliuotė būtų slopinama ir geros stiprinimo sąlygos būtų sukurtos tam tikroms silpnesnėms emisijos linijoms.
Panašiai, aukštesnių harmonikų spinduliuotė ir emisijos linijos atsirandančios dėl bangų maišymo - visos jos gali būti stiprinamos individualiai arba grupėmis, jeigu tam tikros sąlygos yra tenkinamos tam tikros spinduliuotės slopinimui ir kitos spinduliuotės stimuliavimui. Kitais žodžiais tariant, reikalingos priemonės, kuriomis būtų galima pakeisti stiprinimo/generavimo santykį tarp kiekvieno iš bangos ilgių. Čia ir toliau šiame aprašyme, sakydami stiprinimas, mes turime omenyje abu arba bet kurį iš lazerio spinduliuotės generavimo iš kvantinio triukšmo arba stiprinimą iš signalo, kuris yra jau sugeneruotas arba įleistas į rezonatorių.
Tinkamiausiame įgyvendinimo variante, dispersinis elementas (5.1, 5.2, 5.3) yra dedamas į rezonatorių ir priverčia įvairius bangos ilgius keliauti šiek tiek skirtingais optiniais keliais. Todėl kiekvienam bangos ilgiui atskirai, atsiranda nuokrypio nuo optinės ašies nuostoliai, t. y. sukuriamos skirtingos stiprinimo/generavimo sąlygos kiekvienam iš minėtų bangos ilgių. Stiprinimo/generavimo santykis yra nustatomas pakreipiant dispersinį elementą (5.1, 5.2, 5.3) rezonatoriaus ašies atžvilgiu arba/ir judinant jj išilgai rezonatoriaus ašies. Todėl, vienas vyraujantis spinduliuotės bangos ilgi gali būti slopinamas, o kitas gali turėti palankias sąlygas būti stiprinamas.
Dar viename įgyvendinimo variante, dispersinis elementas (5.1, 5.2, 5.3) yra suformuojamas kaip rezonatoriaus išvadinis veidrodis. Sudėtinė atspindinti danga uždedama ant dispersinio elemento (5.1, 5.2, 5.3) galinio paviršiaus ir dalinai arba visiškai atspindi pageidaujamo bangos ilgio spinduliuotę atgal į rezonatorių.
Atspindys gali būti parinktas skirtingai kiekvienam pasirinktam bangos ilgiui.
Tinkamiausiu atveju, nepageidaujamiems bangos ilgiams yra suformuojamos skaidrinančios dangos, taip išvengiant pašalinio sužadintos būsenos nuskurdinimo.
Dar viename įgyvendinimo variante, dispersinis elementas yra prizmės tipo elementas (5.1), turintis du plokščius paviršius, nuožulnius vienas kito atžvilgiu. Kitais žodžiais tariant, bent vienas paviršius yra nuožulnus rezonatoriaus optinės ašies atžvilgiu. Kampas tarp nuožulnaus paviršiaus ir optinės ašies yra apskaičiuojamas turint omenyje bangos ilgius, kurie bus stiprinami. Norint, turėti minimalius nukrypimo nuo optinės ašies nuostolius konkrečiam bangos ilgiui, pleišto formos optinis komponentas turėtų būti įrengtas taip, kad po lūžio pirmajame paviršiuje, pluoštas kristų statmenai į antrąjį paviršių. Tokiame išdėstyme, bent dalis spinduliuotės atsispindi nuo antrojo paviršiaus ir keliauja atgal j rezonatorių tuo pačiu optiniu keliu, užtikrinant geriausias galimas stiprinimo sąlygas. O bangos ilgis, kuris turėjo būti slopinamas, krenta į pleištinio elemento antrąjį paviršių kampu, kiek kitokiu nei normalės, taip jis patiria nukrypimo nuo optinės ašies nuostolius, kai grįžta atgal į rezonatorių.
Reikėtų pastebėti, kad šios srities specialistas, gali naudoti šią techniką įvairiais būdais, kad pasiektų pageidaujamą stiprinimo santykį tarp kelių bangos ilgių. Dispersinio elemento paviršių padengimas skirtingomis atspindinčiomis ir neatspindinčiomis dangomis lazerių inžinieriui yra bendrasis įgūdis, taigi šis išradimas nėra ribotas vienai tam tikrai dispersinio elemento (5.1, 5.2, 5.3) geometrijai, taip pat ir ant šio elemento uždedamoms dangoms. Mes parodome skirtingus dispersinio elemento (5.1, 5.2, 5.3) pavyzdžius ir formas, kad pateiktume nuorodas j tinkamus šio išradimo jgyvendinimo variantus.
Kitame įgyvendinimo variante, dispersinis optinis elementas yra elementas, turintis kreivą paviršių, kaip, pavyzdžiui, lęšis arba lęšio dalis (5.2). Priklausomai nuo kreivo paviršiaus vietos lyginant su rezonatoriaus optine ašimi, gali būti parinkti skirtingi pluošto kritimo kampai. Šiuo atžvilgiu, elementas turintis kreivą paviršių (5.2) yra universalesnis negu pleišto pavidalo dispersinis elementas (5.1), kuris buvo aprašytas aukščiau.
Kitame įgyvendinimo variante, dispersinis elementas yra gradientinio lūžio rodiklio plokštelė (5.3). Gradientinio lūžio rodiklio optinis elementas yra elementas, kuriame yra tolygus medžiagos lūžio rodiklio kitimas (9). Pageidautina, kad tokio dispersinio elemento pirmas (10) ir antras (11) paviršiai būtų lygiagretūs vienas kitam. Lūžio rodiklis kinta tolygiai kryptimi, kuri yra, iš esmės, statmena spinduliuotės pluošto optiniam keliui plokštelėje. Gradientinio lūžio rodiklio plokštelė (5.3) yra, pageidautinai, pakreipta kampu krentančios spinduliuotės atžvilgiu. Tokiame įgyvendinimo variante, optinis kelias gradientinio lūžio rodiklio plokštelės (5.3) viduje yra šiek tiek kreivas, kaip parodyta Fig. 2. Geriausios stiprinimo sąlygos yra tenkinamos tuo atveju, kai pluoštas krenta statmenai antrajam (11) gradientinio lūžio rodiklio plokštelės (5) paviršiui. 3). Šis įgyvendinimo variantas nesukelia aberacijų. Kvalifikuotam asmeniui turėtų būti akivaizdu, kad sudėtingesnės lūžio rodiklio variacijos gali būti panaudotos pasiekti pageidaujamus rezultatus naudojant šią techniką.
Labiausiai supaprastintame įgyvendinimo variante, optinė lazerio konstrukcija susideda iš kaupinimo modulio (1), geriausiai, lazerio diodo, kolimavimo optikos (2), aktyviosios terpės (3) ir rezonatoriaus išėjimo veidrodžio (5). Pirmasis lazerio rezonatoriaus atspindintis paviršius (arba, rezonatoriaus veidrodis) gali būti suformuotas iš atskiro veidrodinio elemento (neparodytas figūrose) arba padengiant kaupinimo terpės (3) pirmąjį galą atspindinčia danga. Išvadinis rezonatoriaus veidrodis gali būti suformuotas kaip atskiras optinis komponentas, arba gali būti suformuotas ant galinio dispersinio elemento (5) paviršiaus.
Dar kitame įgyvendinimo variante, du ar daugiau aktyvios terpės elementų (3) yra išdėliojami optinėje ašyje ir pasirenkami du ar daugiau charakteringi bangos ilgiai (bent vienas bangos ilgis kiekvienai aktyviajai terpei) ir rezonatorius (7) optimizuojamas stiprinti pasirinktų bangos ilgių spinduliuotę pageidaujamomis galiomis.
Dar kitame įgyvendinimo variante, optinis elementas, turintis χ2 netiesiškumą (4) , rezonatoriuje įmontuojamas taip, kad sukurtų dvigubo dažnio generavimą iš fundamentinių bangos ilgių, suminio dažnio generavimą arba skirtuminio dažnio generavimą.
Dar kitame įgyvendinimo variante, optinis elementas, turintis χ(3) netiesiškumą (4), yra įmontuojamas rezonatoriuje taip, kad įgalintų keturių bangų maišymą arba parametrinį stiprinimą/osciliavimą/generavimą.
Lazerio pluošto išėjimo veidrodis, kartu su dispersiniu elementu, gali būti sumontuotas į vieną optinį elementą, kur dispersinio elemento plokščiasis kraštas padengiamas atspindinčia danga.
Sakydami dispersinis elementas, turime omenyje optinį elementą, kuris priverčia skirtingų bangos ilgių (arba dažnių) spinduliuotę keliauti skirtingais keliais, dėl refrakcijos ant optinio elemento paviršiaus pagal Snelijaus dėsnį arba dėl refrakcijos medžiagos viduje, kai optinės savybės kinta per skersinius optinio elemento matmenis.
Kaip išradimo pritaikymo pavyzdį, mes pateikiame aprašymą, kaip pasiekiama geltona-oranžinė arba 589 nm bangos ilgio spinduliuotė, naudojant aukščiau aprašytą metodiką. 589 nm spinduliuotė pasiekiama suminio dažnio generavimo proceso metu, kada du infraraudonieji bangos ilgiai, kurie atitinka emisijos linijas, priklausančias neodimiu legiruotam kristalui, yra sumuojami netiesinėje terpėje, tokioje kaip BBO, LBO, KDP kristalai arba kitose.
Pavyzdiniame įgyvendinimo variante, 1064 nm ir 1319 nm emisijos linijos yra stiprinamos vienu metu. 1064 nm spinduliuotė yra slopinama, dispersiniame elemente sukeliant nuokrypį nuo optinės ašies, ir optimalios stiprinimo sąlygos yra tenkinamos nedominuojančiai 1319 nm emisijos linijai. Suminis dažnis nurodytoms emisijos linijoms yra 589 nm, kas atitinka geltoną-oranžinę spinduliuotę. Panašiai, 607 nm, 551 nm, 546 nm, 513 nm ir 501 nm spinduluotė gali būti gauta, sumuojant bet kurias 2 iš 4 būdingų emisijos linijų Nd:YAG aktyviajai terpei. Ir atvirkščiai nei skirtuminio dažnio generavimo atveju, gali būti sugeneruoti bangos ilgiai tolimosios ir vidurinės infraraudonosios spinduliuotės srityje. Tai pačiai Nd:YAG aktyviajai terpei gaunami bangos ilgiai skirtuminio dažnio generacijos metu yra 5504 nm, 3345 nm, 6002 nm, 7557 nm ir 20252 nm. Nustatyti gerą galios santykį tarp dviejų skirtingų bangos ilgių yra labai svarbu siekiant gero SFG ar DFG procesų efektyvumo.
Skirtingų bangos ilgių rinkiniai gali būti apskaičiuoti bet kokiai aktyviajai terpei su keliomis charakteringomis emisijos linijomis. Aktyviosios terpės, tokios kaip Nd:YAG, Nd:YLF, Nd:YAP, Nd:LSB, Nd:GLASS, Ti:Safyro, Er:YAG ir daug kitų gali būti naudojamos norint gauti naudos iš šio išradimo ir kvalifikuotas asmuo turėtų lengvai pajėgti panaudoti tas medžiagas taikant čia minėtus principus ir taip įgyvendinti šį išradimą.
Šis išradimas neturėtų būti ribotas tam tikrai aktyviąja terpe ar terpių kombinacijai. Tiek keli bangos ilgiai iš vienos aktyviosios terpės, tiek ir kelių bangos ilgių spinduliuotė iš kombinuotų dviejų ar daugiau aktyviosios terpės kristalų, gali būti taikomi norint pasiekti plačias egzotiškų bangos ilgių generavimo galimybes.
Kiti netiesiniai procesai, tokie kaip trečios, ketvirtos ir aukštesnių harmonikų generavimas, iš esmės yra specifiniai suminio dažnio generavimo atvejai, todėl jie nebus čia smulkiai nagrinėjami. Kvalifikuotam asmeniui turėtų būti akivaizdu, kaip kelių bangos ilgių spinduliuotė, su valdomu galių santykiu, gali būti naudojama generuoti kitų bangos ilgių spinduliuotę tiek rezonatoriaus (7) viduje, tiek ir išorėje.
IŠRADIMO APIBRĖŽTIS

Claims (8)

  1. IŠRADIMO APIBRĖŽTIS
    1. Būdas vienu metu generuoti ir/ar stiprinti du ar daugiau bangos ilgių spinduliuotę rezonatoriuje, turinčiame aktyviąją terpę pozicionuotą vienoje optinėje ašyje, besiskiriantis tuo, kad stiprinimo santykis tarp minėtų bangos ilgių yra keičiamas panaudojant dispersinj elementą, įtaisytą tokiu būdu, kad būtų galima keisti rezonatoriaus nuostolius kiekvienam iš minėtų bangos ilgių.
  2. 2. Būdas pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad minėtas dispersinis elementas gali būti prizmė, pleištas, lęšis arba gradientinio lūžio rodiklio optinis elementas.
  3. 3. Būdas pagal 1 arba 2 punktą, besiskiriantis tuo, kad minėta aktyvioji terpė yra sudaryta iš vienos lazerinės medžiagos, turinčios dvi ar daugiau emisijos linijų.
  4. 4. Būdas pagal 1 arba 2 punktą, besiskiriantis tuo, kad minėta aktyvi terpė susideda iš dviejų ar daugiau lazerinių medžiagų ir naudojamos dvi ar daugiau medžiagos emisijos linijos iš kiekvienos iš minėtų medžiagų.
  5. 5. Būdas pagal vieną iš 1-4 punktų, besiskiriantis tuo, kad netiesinė optinė terpė yra naudojama rezonatoriaus (7) viduje arba išorėje ir yra pritaikyta harmonikų generavimui arba suminio dažnio generavimui, arba skirtuminio dažnio generavimui, arba keturių bangų maišymui.
  6. 6. Būdas pagal 5 punktą, besiskiriantis tuo, kad minėta netiesinė optinė terpė (4) turi χ(2) netiesiškumą.
  7. 7. Būdas pagal 5 punktą, besiskiriantis tuo, kad minėta netiesinė optinė terpė (4) turi χ(3) netiesiškumą.
  8. 8. Lazerinis šaltinis, susidedantis bent iš kaupinimo šaltinio, aktyviosios terpės, dviejų atspindinčių arba dalinai atspindinčio paviršių, kur bent dviejų bangos ilgių spinduliuotė yra tuo pačiu metu stiprinama vienoje aktyvioje terpėje, besiskiriantis tuo, kad galių santykis tarp skirtingų bangos ilgių spinduliuotės yra keičiamas pagal metodą aprašytą bet kuriame iš 1-7 apibrėžties punktų.
LT2012075A 2012-08-16 2012-08-16 Būdas generuoti arba stiprinti keleto bangos ilgių lazerio spinduliuotę viename optiniame rezonatoriuje LT6022B (lt)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2012075A LT6022B (lt) 2012-08-16 2012-08-16 Būdas generuoti arba stiprinti keleto bangos ilgių lazerio spinduliuotę viename optiniame rezonatoriuje
DE201211006808 DE112012006808T5 (de) 2012-08-16 2012-10-23 Verfahren zum Erzeugen oder Verstärken mehrerer Wellenlängen einer Laserstrahlung in einem einzigen optischen Hohlraum
US14/421,826 US20150236468A1 (en) 2012-08-16 2012-10-23 Method for generating or amplifying several wavelengths of laser radiation in a single optical cavity
JP2015527032A JP2015525002A (ja) 2012-08-16 2012-10-23 単一の光共振器において複数の波長のレーザ放射を生成または増幅する方法
GB201500488A GB2519455A (en) 2012-08-16 2012-10-23 A method for generating or amplifying several wavelength laser radiation in a single optical cavity
PCT/IB2012/055815 WO2014027226A1 (en) 2012-08-16 2012-10-23 A method for generating or amplifying several wavelength laser radiation in a single optical cavity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2012075A LT6022B (lt) 2012-08-16 2012-08-16 Būdas generuoti arba stiprinti keleto bangos ilgių lazerio spinduliuotę viename optiniame rezonatoriuje

Publications (2)

Publication Number Publication Date
LT2012075A LT2012075A (lt) 2014-02-25
LT6022B true LT6022B (lt) 2014-04-25

Family

ID=47557402

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LT2012075A LT6022B (lt) 2012-08-16 2012-08-16 Būdas generuoti arba stiprinti keleto bangos ilgių lazerio spinduliuotę viename optiniame rezonatoriuje

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20150236468A1 (lt)
JP (1) JP2015525002A (lt)
DE (1) DE112012006808T5 (lt)
GB (1) GB2519455A (lt)
LT (1) LT6022B (lt)
WO (1) WO2014027226A1 (lt)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103956641B (zh) * 2014-05-16 2016-09-21 中国科学院福建物质结构研究所 高效宽温半导体阵列泵浦腔内倍频固体激光器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5345457A (en) 1993-02-02 1994-09-06 Schwartz Electro-Optics, Inc. Dual wavelength laser system with intracavity sum frequency mixing
US20090207868A1 (en) 2008-02-15 2009-08-20 Usa As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Multiple-Wavelength Tunable Laser

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4896875U (lt) * 1972-02-22 1973-11-16
US4063106A (en) * 1977-04-25 1977-12-13 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Optical fiber Raman oscillator
JPS62123788A (ja) * 1985-11-22 1987-06-05 Toshiba Corp 波長可変形レ−ザ発振装置
JPH0734492B2 (ja) * 1987-01-28 1995-04-12 浜松ホトニクス株式会社 異波長同時モ−ド同期レ−ザ−発振装置
US5226054A (en) * 1991-09-18 1993-07-06 Coherent, Inc. Cavity mirror for suppressing high gain laser wavelengths
US5408481A (en) * 1992-10-26 1995-04-18 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Intracavity sum frequency generation using a tunable laser containing an active mirror
WO2002021646A1 (en) * 2000-09-05 2002-03-14 Lumenis Inc. Frequency doubled nd: yag laser with yellow light output
JP2007266537A (ja) * 2006-03-30 2007-10-11 Showa Optronics Co Ltd 内部共振器型和周波混合レーザ
US7529281B2 (en) * 2006-07-11 2009-05-05 Mobius Photonics, Inc. Light source with precisely controlled wavelength-converted average power
CN101878564B (zh) * 2007-11-27 2012-07-18 松下电器产业株式会社 波长转换激光器

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5345457A (en) 1993-02-02 1994-09-06 Schwartz Electro-Optics, Inc. Dual wavelength laser system with intracavity sum frequency mixing
US20090207868A1 (en) 2008-02-15 2009-08-20 Usa As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Multiple-Wavelength Tunable Laser

Also Published As

Publication number Publication date
GB2519455A (en) 2015-04-22
US20150236468A1 (en) 2015-08-20
LT2012075A (lt) 2014-02-25
DE112012006808T5 (de) 2015-05-07
WO2014027226A1 (en) 2014-02-20
JP2015525002A (ja) 2015-08-27
GB201500488D0 (en) 2015-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7535938B2 (en) Low-noise monolithic microchip lasers capable of producing wavelengths ranging from IR to UV based on efficient and cost-effective frequency conversion
JP4636315B2 (ja) １次元照明装置及び画像生成装置
US7457330B2 (en) Low speckle noise monolithic microchip RGB lasers
CN105210245B (zh) 具有圆形输出光束的高效单通型谐波发生器
US7924892B2 (en) Fiber amplifier based light source for semiconductor inspection
US20210191229A1 (en) Supercontinuum source, method for generating and emitting a supercontinuum, multiphoton excitation fluorescence microscope, and multiphoton excitation method
US20120044959A1 (en) Terahertz source
US7154920B2 (en) Broad-band variable-wavelength laser beam generator
EP2369695B1 (en) Fiber amplifier based light source for semiconductor inspection
US6775053B2 (en) High gain preamplifier based on optical parametric amplification
US20100278200A1 (en) External frequency-quadruped 1064 nm mode-locked laser
JP6542874B2 (ja) キャビティ増強広帯域パルス内差周波数を生成する方法および装置
CN103066488B (zh) 一种超短脉冲激光的多通放大系统
Ionin et al. Mode‐locked CO laser frequency doubling in ZnGeP2 with 25% efficiency
US6658029B2 (en) Laser beam-generating apparatus
US11435646B2 (en) Laser device
US9306366B2 (en) Optical amplifier arrangement
US6804044B2 (en) Narrow bandwidth, pico-second, beta barium borate-master oscillator power amplifier system and method of operation of same
LT6022B (lt) Būdas generuoti arba stiprinti keleto bangos ilgių lazerio spinduliuotę viename optiniame rezonatoriuje
Ermolenkov et al. A radiation source based on a solid-state Raman laser for diagnosing tropospheric ozone
JP7204085B2 (ja) テラヘルツ波発生方法、及びテラヘルツ波発生装置
Perrett et al. Spectral line narrowing in PPLN OPO devices for 1-µm wavelength doubling
JP2015525002A5 (lt)
Mason et al. A high-repetition-rate PPLN mid-infrared optical parametric oscillator source
CN116171515A (zh) 短脉冲激光系统

Legal Events

Date Code Title Description
BB1A Patent application published

Effective date: 20140225

FG9A Patent granted

Effective date: 20140425

MM9A Lapsed patents

Effective date: 20170816