Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 7028
(13) U
(46) 2011.02.28
(51) МПК (2009)
H 01S 3/00
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54) ЖИДКОСТНЫЙ ЛАЗЕР
(21) Номер заявки: u 20100599
(22) 2010.07.02
(71) Заявитель: Белорусский государст-
венный университет (BY)
(72) Авторы: Жуковский Виктор Владими-
рович; Манак Иван Степанович; Лео-
неня Максим Сергеевич (BY)
(73) Патентообладатель: Белорусский госу-
дарственный университет (BY)
(57)
Жидкостный лазер, содержащий раствор активной среды в кювете планарной конфи-
гурации и трехзеркальный резонатор, образованный двумя протяженными высокоотра-
жающими излучение генерации зеркалами на двух установленных под углом α друг к
другу противоположных боковых стенках кюветы и выносным полупрозрачным для излу-
чения генерации зеркалом, расположенным так, что отраженное от него излучение падает
на торцевую стенку кюветы под углом 90°, установленную под углом ϕ к одному из высо-
коотражающих зеркал и выполненную без отражающего лазерное излучение покрытия, а
между выносным зеркалом и этой торцевой стенкой введен оптический элемент в виде
активного или пассивного модулятора добротности резонатора, диспергирующего эле-
мента или преобразователя частоты лазерного излучения для управления спектральными,
временными или энергетическими характеристиками лазерного излучения, отличающий-
ся тем, что одна из плоскопараллельных стенок кюветы выполнена с высокоотражающим
покрытием на длине волны излучения накачки, подводимого через противоположную
прозрачную для этого излучения плоскопараллельную ей стенку кюветы.
(56)
1. Патент BY 9071, МПК H 01S 3/05 //Афiцыйны бюлетэнь. - № 2(55). - 2007. - С. 161-
162.
2. Патент BY 4919, МПК H 01S 3/00 // Афiцыйны бюлетэнь. - № 6(65). - 2008. - С. 221-
222.
3. Бураков В.С., Самсон А.М., Жуковский В.В., Исаевич А.В. // Журнал прикладной
спектроскопии. - 1987. - Т.46. - № 6. - С. 912-917.
BY7028U2011.02.28

2. BY 7028 U 2011.02.28
2
Предлагаемая полезная модель относится к области квантовой электроники и лазер-
ной физики и может найти применение при разработке лазеров с активными веществами
на растворах органических соединений или других химических элементов, в научных ис-
следованиях, технике, медицине и т.д.
Известен жидкостный лазер с оптической накачкой [1], содержащий раствор активной
среды в кювете планарной конфигурации и трехзеркальный резонатор, образованный по-
лупрозрачным для лазерного излучения выходным зеркалом и двумя протяженными вы-
сокоотражающими излучение генерации зеркалами на двух установленных под углом α
друг к другу противоположных боковых стенках кюветы, выход лазерного излучения из
которой осуществляется через торцевую стенку, установленную под углом ϕ к одной из
стенок с высокоотражающим зеркалом, при этом все стенки кюветы выполнены из про-
зрачного для лазерного излучения материала, две параллельные между собой боковые и
торцевая стенки, установленные под углом 90° к одному из глухих зеркал, - из прозрачно-
го для излучения накачки материала, внешние плоские поверхности каждой из боковых и
торцевых стенок кюветы параллельны внутренним.
Основным недостатком данного лазера является невозможность использования высо-
коэффективных внутрирезонаторных методов диагностики вещества и средств управле-
ния спектральными, временными и энергетическими характеристиками его излучения из-
за выполнения всех трех зеркал резонатора на стенках кюветы с раствором активной сре-
ды, что существенно ограничивает области его применения.
Наиболее близким по технической сущности к заявленной полезной модели является
жидкостный лазер [2], содержащий раствор активной среды в кювете планарной конфигу-
рации и трехзеркальный резонатор, образованный двумя протяженными высокоотражаю-
щими излучение генерации зеркалами на двух установленных под углом α друг к другу
противоположных боковых стенках кюветы и выносным полупрозрачным для излучения
генерации зеркалом, расположенным так, что отраженное от него излучение падает на
торцевую стенку кюветы под углом 90°, установленную под углом ϕ к одному из высоко-
отражающих зеркал и выполненную без отражающего лазерное излучение покрытия, а
между выносным зеркалом и этой торцевой стенкой введен оптический элемент в виде
активного или пассивного модулятора добротности резонатора, диспергирующего эле-
мента или преобразователя частоты лазерного излучения для управления спектральными,
временными или энергетическими характеристиками лазерного излучения.
Недостатками такого лазера являются низкая эффективность и неоднородность излу-
чения накачки в направлении, перпендикулярном плоскопараллельным стенкам кюветы,
особенно в случае малых толщин и низких коэффициентов поглощения раствора лазера.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание жидкостного лазера, обес-
печивающего повышение эффективности использования излучения накачки и его одно-
родности раствора лазера.
Поставленная задача решается тем, что создан жидкостный лазер, содержащий рас-
твор активной среды в кювете планарной конфигурации и трехзеркальный резонатор, об-
разованный двумя протяженными высокоотражающими излучение генерации зеркалами
на двух установленных под углом α друг к другу противоположных боковых стенках кю-
веты и выносным полупрозрачным для излучения генерации зеркалом, расположенным
так, что отраженное от него излучение падает на торцевую стенку кюветы под углом 90°,
установленную под углом ϕ к одному из высокоотражающих зеркал и выполненную без
отражающего лазерное излучение покрытия, а между выносным зеркалом и этой торцевой
стенкой введен оптический элемент в виде активного или пассивного модулятора доброт-
ности резонатора, диспергирующего элемента или преобразователя частоты лазерного из-
лучения для управления спектральными, временными или энергетическими характе-
ристиками лазерного излучения.

3. BY 7028 U 2011.02.28
3
Новым, по мнению авторов, является то, что одна из плоскопараллельных стенок кю-
веты выполнена с высокоотражающим покрытием на длине волны излучения накачки,
подводимого через противоположную прозрачную для этого излучения плоскопараллель-
ную ей стенку кюветы.
Сущность полезной модели поясняется фигурой. Жидкостный лазер содержит раствор
активной среды в кювете 1, внешние и внутренние плоские поверхности каждой из четы-
рех боковых abgf, ched, bchg и adef и двух торцевых abcd и efgh стенок которой парал-
лельны, и трехзеркальный резонатор, образованный двумя наклоненными друг к другу
под углом α противоположными боковыми стенками abgf и ched кюветы с высокоотра-
жающими для лазерного излучения зеркалами на поверхности каждой из них и выносным
зеркалом 3, частично пропускающим лазерное излучение, а также оптический элемент 2,
управляющий основными характеристиками излучения.
Лазер работает следующим образом. Через стенку кюветы adef в жидкую активную
среду, содержащую ионы, молекулы или комплексы вещества активатора, например мо-
лекулы красителя родамина 4С (активатор), растворенные в этиловом спирте [3], вводят
излучение от внешнего источника, например излучение 2-й гармоники лазера на неодимо-
вом стекле (длина волны λ = 0,53 мкм) [3], для оптической накачки вещества активатора.
Часть излучения накачки, достигшая стенки bchg кюветы, отражается на высокоотра-
жающем зеркале, выполненном на этой стенке кюветы, и вторично поглощается ионами,
молекулами или комплексами (активаторами) в растворе, что повышает инверсную засе-
ленность энергетических уровней. В результате вынужденных переходов между этими
уровнями в активной среде жидкостного лазера возникает генерация когерентного элек-
тромагнитного излучения (например, в лазере на красителе родамина 4С в этиловом спир-
те генерация осуществляется в спектральном диапазоне 588-606 нм). Начиная от
выходного зеркала 3 световой луч распространяется в кювете, попеременно отражаясь от
каждого из высокоотражающих зеркал на стенках abgf и ched (с уменьшением угла паде-
ния после каждой пары отражений на 2α) и усиливаясь за счет вынужденного испускания
при его распространении в активной среде. После N отражений ( α
ϕ+= lN - число отра-
жений за половину обхода резонатора) угол падения луча на одно из высокоотражающих
зеркал становится равным нулю, происходит обратное отражение и самовоспроизведение
всего пути распространения вплоть до исходной точки на зеркале 3.
Варьируя углы ϕ и α, можно изменять число проходов N, тем самым можно получить
полную длину L пути одного прохода луча по такому резонатору, намного превышающую
рабочую длину l активной среды.
При достаточно малых величинах α могут быть реализованы значения L = (2 ÷ 10)l,
что приводит к эффективному использованию энергии, накопленной внутри жидкой ак-
тивной среды, а также позволяет использовать жидкие активные среды с малыми коэффи-
циентами усиления и интенсивностью насыщения.
В предложенной конструкции лазера реализуется возможность повышения эффектив-
ности использования излучения накачки и не требуются дополнительные источники на-
качки со стороны стенки bchg, что упрощает конструкцию предлагаемого лазера.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.