RU167541U1

RU167541U1 - Laser

Info

Publication number: RU167541U1
Application number: RU2016130889U
Authority: RU
Inventors: Антон Владимирович Комоско; Сергей Сергеевич Макаревич; Сергей Иванович Мироненко; Игорь Павлович Петрович; Владимир Иванович Покрышкин; Владимир Васильевич Руховец; Вадим Викентьевич Шандора; Сергей Николаевич Титовец
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Пеленг"
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2017-01-10

Abstract

Полезная модель относится к лазерной технике. Лазер содержит блок питания, источник оптического излучения накачки, отражатель и резонатор, образованный выходным и глухим зеркалами, внутри которого расположены активный элемент и пассивный затвор, а также фотоприемник, усилитель электрического сигнала и управляемый ключ. При этом фотоприемник оптически связан с одним из зеркал резонатора и электрически связан с входом усилителя электрического сигнала, выход которого электрически связан с управляющим электродом управляемого ключа, а управляемый ключ подключен параллельно источнику оптического излучения накачки. Технический результат заключается в обеспечении возможности исключения повторной лазерной генерации. 3 ил.The utility model relates to laser technology. The laser contains a power supply, an optical pump radiation source, a reflector and a resonator formed by output and blind mirrors, inside of which there is an active element and a passive shutter, as well as a photodetector, an electric signal amplifier, and a controlled key. In this case, the photodetector is optically connected to one of the resonator mirrors and is electrically connected to the input of the electric signal amplifier, the output of which is electrically connected to the control electrode of the controlled key, and the controlled key is connected in parallel with the pump optical radiation source. The technical result consists in making it possible to exclude repeated laser generation. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области лазерной техники и может быть использована при создании лазерных источников, например, для дальнометрии.The utility model relates to the field of laser technology and can be used to create laser sources, for example, for ranging.

Известен лазер [1], содержащий блок питания, источник оптического излучения накачки, электрически связанный с блоком питания, отражатель и резонатор, образованный выходным и глухим зеркалами, внутри которого расположен активный элемент, при этом источник оптического излучения накачки и активный элемент расположены внутри отражателя.A known laser [1], comprising a power supply, an optical pump radiation source electrically connected to the power supply, a reflector and a resonator formed by output and dull mirrors, inside which an active element is located, while the pump optical radiation source and the active element are located inside the reflector.

В таком устройстве при подаче электрического импульса в источник оптического излучения накачки возникает световой импульс, переводящий активный элемент в состояние усиления света, вследствие чего в направлении оптической оси резонатора развивается световой импульс лазерной генерации.In such a device, when an electric pulse is supplied to the pump optical radiation source, a light pulse arises, which transfers the active element to a state of light amplification, as a result of which a laser pulse develops in the direction of the optical axis of the resonator.

Недостатком известного лазера является значительная длительность импульса лазерной генерации, сопоставимая с длительностью импульса накачки и составляющая десятки и сотни микросекунд. Такие длительности импульсов не позволяют использовать лазер в дальнометрии.A disadvantage of the known laser is the significant duration of the laser pulse, comparable with the duration of the pump pulse and amounting to tens and hundreds of microseconds. Such pulse durations do not allow the use of a laser in ranging.

Лучшими временными характеристиками излучения обладает лазер [2], являющийся наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату и выбранный в качестве прототипа.The laser has the best temporal characteristics of radiation [2], which is the closest in technical essence and the achieved result and selected as a prototype.

Известный лазер [2] содержит блок питания, источник оптического излучения накачки, электрически связанный с блоком питания, отражатель и резонатор, образованный выходным и глухим зеркалами, внутри которого расположены активный элемент и пассивный затвор, при этом источник оптического излучения накачки и активный элемент расположены внутри отражателя.The known laser [2] contains a power supply, an optical pump radiation source electrically connected to the power supply, a reflector and a resonator formed by output and blind mirrors, inside which an active element and a passive shutter are located, while the pump optical radiation source and active element are located inside reflector.

Пассивный затвор лазера выполнен на основе насыщающегося поглотителя, который в нормальном состоянии поглощает излучение на длине волны генерации. При достижении пороговой интенсивности спонтанного излучения в резонаторе, образованном активным элементом и зеркалами, происходит насыщение затвора, поглощение резко падает и возникает «гигантский» импульс (моноимпульс) лазерной генерации. Интенсивность такого моноимпульса значительно выше, а длительность его значительно короче импульса накачки и составляет единицы или десятки наносекунд. Это позволяет использовать лазер в устройствах импульсной дальнометрии.The passive shutter of the laser is made on the basis of a saturable absorber, which in the normal state absorbs radiation at the generation wavelength. When the threshold intensity of spontaneous emission in the cavity formed by the active element and the mirrors is reached, the gate saturates, the absorption drops sharply, and a “giant” laser pulse (monopulse) arises. The intensity of such a single pulse is much higher, and its duration is much shorter than the pump pulse and amounts to units or tens of nanoseconds. This allows the use of a laser in pulse ranging devices.

Известное устройство обладает недостатком. После генерации лазерного импульса затвор возвращается в исходное состояние и, поскольку излучение источника оптической накачки не прекращается мгновенно, а уменьшается плавно, интенсивность спонтанного излучения снова возрастает и процесс генерации гигантского импульса может повториться. Так происходит, например, при уменьшении плотности затвора с изменением температуры окружающей среды или при его старении, при температурном увеличении коэффициента усиления в активном элементе, а также при отклонениях в большую сторону энергии накачки.The known device has a drawback. After the laser pulse is generated, the shutter returns to its original state and, since the radiation of the optical pump source does not stop instantly, but decreases smoothly, the intensity of spontaneous emission increases again and the process of generating a giant pulse can be repeated. This happens, for example, with a decrease in the gate density with a change in the ambient temperature or with its aging, with a temperature increase in the gain in the active element, as well as with deviations to a larger side of the pump energy.

Указанный недостаток ограничивает применение лазера и не позволяет использовать его, например, в лазерных дальномерах, которые должны работать в широком температурном диапазоне и иметь продолжительный срок службы. Кроме того, стабильность генерации зависит от свойств активного элемента, пассивного затвора и зеркал резонатора, что приводит к необходимости подбора этих элементов и увеличивает трудоемкость сборки и наладки лазера.This drawback limits the use of the laser and does not allow its use, for example, in laser rangefinders, which must operate in a wide temperature range and have a long service life. In addition, the stability of generation depends on the properties of the active element, passive shutter and resonator mirrors, which leads to the need to select these elements and increases the complexity of laser assembly and commissioning.

Задачей полезной модели является обеспечение генерации одиночного моноимпульса лазерного излучения в широком диапазоне рабочих температур и при изменениях свойств активного элемента, затвора и энергии накачки в процессе эксплуатации лазера, а также снижение трудоемкости процесса сборки и наладки лазера.The objective of the utility model is to ensure the generation of a single monopulse of laser radiation in a wide range of operating temperatures and with changes in the properties of the active element, the shutter and pump energy during the operation of the laser, as well as reducing the complexity of the laser assembly and adjustment process.

Решение поставленной задачи достигается тем, что лазер, содержащий блок питания, источник оптического излучения накачки, электрически связанный с блоком питания, отражатель и резонатор, образованный выходным и глухим зеркалами, внутри которого расположены активный элемент и пассивный затвор, при этом источник оптического излучения накачки и активный элемент расположены внутри отражателя, в отличие от прототипа, дополнительно содержит фотоприемник, усилитель электрического сигнала и управляемый ключ, при этом фотоприемник оптически связан с одним из зеркал резонатора и электрически связан с входом усилителя электрического сигнала, выход которого электрически связан с управляющим электродом управляемого ключа, а управляемый ключ подключен параллельно источнику оптического излучения накачки.The solution to this problem is achieved by the fact that the laser contains a power supply, an optical pump radiation source electrically connected to the power supply, a reflector and a resonator formed by output and blind mirrors, inside which an active element and a passive shutter are located, while the pump optical radiation source and the active element is located inside the reflector, in contrast to the prototype, further comprises a photodetector, an electric signal amplifier and a controlled key, while the photodetector is optically knitted with one of the resonator mirrors and electrically connected to the input of the electric signal amplifier, the output of which is electrically connected to the control electrode of the controlled key, and the controlled key is connected in parallel with the pump optical radiation source.

При использовании предлагаемой конструкции лазера оптическое излучение моноимпульса лазера преобразуется фотоприемником в электрический сигнал, который через усилитель подается на управляющий вход управляемого ключа, вызывает его срабатывание и шунтирование источника оптического излучения накачки, в результате чего повторная генерация моноимпульса становится невозможной независимо от изменений свойств элементов лазера. Это позволяет обеспечить стабильную генерацию одиночного моноимпульса лазера при изменении свойств его элементов в процессе эксплуатации в широком диапазоне температур окружающей среды, а также исключить необходимость подбора элементов и тем самым снизить трудоемкость сборки и наладки лазера.When using the proposed laser design, the optical radiation of the monopulse of the laser is converted by the photodetector into an electrical signal, which is fed through the amplifier to the control input of the controlled key, causing it to operate and bypass the source of optical pump radiation, as a result of which repeated generation of the monopulse becomes impossible regardless of changes in the properties of the laser elements. This allows us to ensure stable generation of a single monopulse of the laser when changing the properties of its elements during operation in a wide range of ambient temperatures, and also to eliminate the need for selection of elements and thereby reduce the complexity of laser assembly and commissioning.

На фиг. 1 представлена заявляемая схема лазера.In FIG. 1 presents the inventive laser circuit.

На фиг. 2 изображена диаграмма интенсивности излучения в прототипе.In FIG. 2 shows a diagram of the radiation intensity in the prototype.

На фиг. 3 изображена диаграмма интенсивности излучения в заявляемом лазере.In FIG. 3 shows a diagram of the radiation intensity in the inventive laser.

Заявляемый лазер содержит блок 1 питания лазера, электрически связанный с источником 2 оптического излучения накачки, отражатель 3 и резонатор, образованный выходным зеркалом 4 и глухим зеркалом 5, внутри которого расположены активный элемент 6 и пассивный затвор 7, при этом источник 2 оптического излучения накачки и активный элемент 6 расположены внутри отражателя, а также фотоприемник 8, усилитель 9 электрического сигнала и управляемый ключ 10. Фотоприемник оптически связан с глухим зеркалом 5 резонатора и электрически связан с входом усилителя 9 электрического сигнала, а выход последнего электрически связан с управляющим электродом управляемого ключа 10, который подключен параллельно источнику 2 оптического излучения накачки.The inventive laser includes a laser power unit 1, electrically connected to a source 2 of optical pump radiation, a reflector 3 and a resonator formed by an output mirror 4 and a blind mirror 5, inside which are located the active element 6 and the passive shutter 7, while the source 2 of optical pump radiation and the active element 6 is located inside the reflector, as well as a photodetector 8, an electric signal amplifier 9 and a controlled key 10. The photodetector is optically coupled to a blind mirror 5 of the resonator and electrically connected to the input of the amplifier eating 9 electric signal, and the output of the latter is electrically connected to the control electrode of the controlled key 10, which is connected in parallel with the source 2 of optical pump radiation.

Фотоприемник 8 может быть установлен также со стороны выходного зеркала 4 и оптически связан с последним посредством дополнительного оптического элемента: призмы, плоскопараллельной пластинки и т.п.The photodetector 8 can also be mounted on the side of the output mirror 4 and is optically coupled to the latter via an additional optical element: a prism, a plane-parallel plate, etc.

В качестве управляемого ключа может быть использован тиристор или высоковольтный сильноточный транзистор.As a controlled key, a thyristor or a high-voltage high-current transistor can be used.

Лазер работает следующим образом.The laser operates as follows.

Блок 1 питания лазера формирует электрический импульс накачки и подает его на электроды источника 2 оптической накачки (например, газоразрядной лампы), расположенного в отражателе 3.The laser power supply unit 1 generates an electric pump pulse and supplies it to the electrodes of the optical pump source 2 (for example, a gas discharge lamp) located in the reflector 3.

Под действием излучения накачки происходит изменение оптических свойств активного элемента 6, который вследствие этого начинает усиливать оптическое излучение на определенной длине волны. При достижении некоторой пороговой интенсивности этого излучения в резонаторе, образованном оптически связанными выходным зеркалом 4 и глухим зеркалом 5, происходит насыщение поглощения («просветление») затвора 7 и возникает короткий импульс оптического излучения (моноимпульс).Under the influence of pump radiation, the optical properties of the active element 6 change, which consequently begins to amplify optical radiation at a certain wavelength. When a certain threshold intensity of this radiation is reached in the cavity formed by the optically coupled output mirror 4 and the blind mirror 5, the absorption (“bleaching”) of the gate 7 becomes saturated and a short optical radiation pulse (monopulse) occurs.

При генерации моноимпульса часть световой энергии за счет остаточного пропускания глухого зеркала 5 попадает на оптически связанный с зеркалом фотоприемник 8 и преобразовывается в электрический импульс, который усиливается электрически связанным с фотоприемником 8 усилителем 9 электрического сигнала и подается на управляющий электрод управляемого ключа 10. Управляемый ключ 10 переходит в проводящее состояние и шунтирует источник 2 оптического излучения накачки, пропуская через себя ток накачки и уменьшая тем самым электрическую мощность источника 2 оптического излучения накачки. За счет снижения мощности источника 2 оптического излучения накачки уменьшается интенсивность излучения накачки. В силу снижения интенсивности излучения накачки генерация повторного моноимпульса становится невозможной.When generating a monopulse, part of the light energy due to the residual transmission of the deaf mirror 5 is incident on the photodetector 8 optically coupled to the mirror and converted into an electric pulse, which is amplified by an electric signal amplifier 9 electrically connected to the photodetector 8 and supplied to the control electrode of the controlled key 10. Controlled key 10 goes into a conducting state and shunts the source 2 of optical pump radiation, passing through itself a pump current and thereby reducing the electric power s 2 source of optical pumping radiation. By reducing the power of the source 2 of the optical pump radiation, the intensity of the pump radiation decreases. Due to the decrease in the intensity of the pump radiation, the generation of a repeated monopulse becomes impossible.

При работе лазера в составе дальномера в качестве электрического сигнала для усиления и управления ключом может быть использован импульс «Старт» самого дальномера, получаемый от встроенного в дальномер фотоприемника.When the laser is operated as part of a range finder, the “Start” pulse of the range finder itself, obtained from the photodetector integrated in the range finder, can be used as an electrical signal to amplify and control the key.

Диаграммы интенсивностей излучения в прототипе и в предлагаемой конструкции лазера проиллюстрированы на фиг. 2, 3, где интенсивности импульсов лазерной генерации показаны условно. Фактически их значения превосходят значения интенсивности накачки на несколько порядков величины.The radiation intensity diagrams in the prototype and in the proposed laser design are illustrated in FIG. 2, 3, where the intensities of the laser pulses are shown conditionally. In fact, their values exceed the values of the pump intensity by several orders of magnitude.

Из сопоставления диаграмм видно, что применение заявляемого устройства позволяет снизить интенсивность оптической накачки после генерации первого лазерного импульса, обеспечивая быстрое снижение («провал») интенсивности импульса накачки и тем самым исключая возможность повторной лазерной генерации, что обеспечивает стабильную работу лазера в широком диапазоне температур. При этом результат достигается независимо от свойств элементов лазера, что исключает необходимость подбора этих элементов и обеспечивает снижение трудоемкости сборки и наладки лазера.From a comparison of the diagrams it can be seen that the use of the inventive device can reduce the optical pump intensity after the generation of the first laser pulse, providing a rapid decrease ("dip") in the pump pulse intensity and thereby eliminating the possibility of repeated laser generation, which ensures stable laser operation in a wide temperature range. The result is achieved regardless of the properties of the laser elements, which eliminates the need for selection of these elements and reduces the complexity of the Assembly and commissioning of the laser.

Источники информацииInformation sources

1. Зверев Г.М., Голяев Ю.Д., Шалаев Е.А., Шокин А.А. Лазеры на алюмоиттриевом гранате с неодимом. М.: Радио и связь, 1985. С. 64.1. Zverev G.M., Golyaev Yu.D., Shalaev E.A., Shokin A.A. Neodymium aluminum yttrium garnet lasers. M .: Radio and communications, 1985.S. 64.

2. Импульсный твердотельный лазер ИТЛ-1001-(У). Комплект технической документации. М.: ООО «Латиком», 2012, С. 15. Режим доступа: http://www.laticom.ru/files/dis/to_itl_1001-u.pdf. - прототип.2. Pulse solid-state laser ITL-1001- (U). A set of technical documentation. M .: Latikom LLC, 2012, S. 15. Access mode: http://www.laticom.ru/files/dis/to_itl_1001-u.pdf. - prototype.

Claims

A laser containing a power supply unit, a pump optical radiation source electrically coupled to the power supply unit, a reflector and a cavity formed by output and blind mirrors, inside which an active element and a passive shutter are located, while the pump optical radiation source and active element are located inside the reflector, characterized the fact that it contains a photodetector, an electric signal amplifier and a controlled key, while the photodetector is optically connected to one of the resonator mirrors and is electrically connected to the input an electric signal amplifier, the output of which is electrically connected to the control electrode of the controlled key, and the controlled key is connected in parallel with the source of optical pump radiation.