186161. lajstromszámú szabadalom • Impulzus üzemű
1 kalmazását teszik szükségessé. (Szemben az Nd:YAG kristály esetén használt 50%-os kezdeti Q-kapcsoló transzmisszióval és 30%-os reflexiójú tükörrel.) Foto-villanólámpa gerjesztő fényforrásban a magas hőmérsékletű plazma átmérője csupán 1-2 mm szemben az ismert speciális gerjesztő fényforrások 3-5 mm es nlazmaátmérőjével, s így a reflektor a vékonyabb fényszálat jobb hatásfokkal koncentrálja a 3 mm-nél kisebb átmérőjű aktív anyag belsejébe. Másrészt a kommersz foto-villanólámpa jóval olcsóbb, mint a speciális lézer-gerjesztő fényforrások. Számos alkalmazásnál célszerű, ha a lézer-rezonátor állítható, a kilépő teljesítmény és más paraméterek optimalizálhatók. Ilyen esetben célszerű rugalmas alátét ellenében állítható tükröket és az interferometrikus veszteségeket minimalizáló állítható Q-kapcsoló-kristálybefogót alkalmazni, melyek biztosítják, hogy a tükrök normálisan, illetve a Q-kapcsoló kristály normálisa az aktív anyag tengelyéhez képest állítható legyen. Kompakt rendszerek esetén célszerű, ha a lézer szerelése mennél egyszerűbb, stabilitása mennél nagyobb. Ilyenkor előnyös ha a részben áteresztő tükör, a 0,-kapcsoló, az aktív anyag és a zárótükör merev, szerves egységet képez. Ez egyben csökkenti a rezonátor hosszát is, és ezzel a lézerimpulzus hossza is csökken — ami a csúcsteljesítményt növeli, a lézerimpulzus hosszát mérsékli. Célszerű az LiF-Q-kapcsoló kristályban olyan F szincentrum eloszlást biztosítani, mely megőrzi, sőt kiemeli a gerjesztés eloszlást követő alapmódusű intenzitáseloszlást és így biztosítja az alapmódusú működést. A nem tengely irányú fénysugaraknak ugyanis a tengely menti, még ki nem világosított részen kell áthaladniok — míg az ismert vékony-folyadékréteg, vagy plasztiklemez Q-kapcsolókban az alapmódusú és a többi módus ugyanazon a keresztmetszeten halad keresztül, így az alapmódus növekvő intenzitása konkurensei számára is telítésbe viszi a 0,-kapcsoló elnyelését, s azok vele gyütt erősödhetnek, míg a több mm vastagságú LiF/F^/kristályban az eltérő szögű transzverzális módusokrrure kivilágosítanák az útjukba eső kristályrészt a jóval gyorsabban fejlődő alapmódus felhasználja erősödéséhez azokat a gerjesztett Nd-ionokat, melyek a versengő módusokat táplálhatták volna. A találmány szerinti szilárdtest lézert részletesebben rajz alapján ismertetjük, amelyen az ismert és a találmány szerinti szilárdtest lézer néhány példakénti kiviteli alakját és a hozzájuk tartozó működés diagramokat tüntettük fel. A rajzon az 1. ábra egy ismert Q-kapcsolóval ellátott szilárdtest lézer;a 2. ábra a lézerintenzitás időbeli lefutása; a 3. ábra a gerjesztő fényforrás fényének időbeli lefutása; a 4-5. ábra a gerjesztés eloszlása a kristályban polírozott, illetve matt felület esetén; a 6. ábra a találmány szerinti szilárdtest lézer egy példakénti kiviteli alakja; a 7-8. ábra a gerjesztés eloszlása Li Nd La foszfátüveg aktív anyagban mattított, illetve polírozott felület esetén; a 9. álma a találmány szerinti szilárdtest lézer aktív anyaga 4F,,2 állapotának élettartama, a lézer teljesítménysűrűsége és a szükséges betáplált energia az Nd koncentrációjának függvényében ; a 2 10. ábra a találmány szerinti szilárdtest lézer egy további példakénti kiviteli alakja. Az 1. ábra egy ismert Q-kapcsolóval ellátott hordozható szilárdtest lézer elrendezését mutatja. A gerjesztő 16 fényforrás egy ellipszis keresztmetszetű 18 reflektorban van elhelyezve az Nd:YAG 14 kristály körkeresztmetszetű rúd mattított palásttal, melynek egyik, pl. jobb oldali végére záró 15 tükör van párologtatva. A záró 15 tükör reflexiója közel lOO^os. A gerjesztő 16 fényforrást impulzus üzemben a 17 tápforrás táplálja. A gerjesztő 16 fényforrás fényét a 18 reflektor koncentrálja az NdiYAG 14 kristályba, és így létrejön a működéshez szükséges populációinverzió. Ennek hatására a 14 kristályból kilépő fény előbb egy ultraibolya 13 szűrön, majd 12 Q-kapcsolón és a részben áteresztő 11 tükrön át 19 fénysugár formájában hagyja el a szilárdtest lézert. Az ultraibolya 13 szűrő a 12 O,-kapcsolót védi a gerjesztő 16 fényforrás ultraibolya sugárzástól. A 12 Q-kapcsoló pl. egy plasztik lemez, amely a lézerfény hatására kivilágosodó festéket tartalmaz. A gerjesztő 16 fényforrás felvillanásának hatására létrejövő populáció-inverzió addig növekszik, míg az alkalmazott l,4xl020 Nd/cin3 koncentráicójú aktív anyag erősítése a veszteségeket nem pótolja. A veszteségek közül az ún szabad generációban (0,-kapcsoló nélkül) a részben áteresztő - kilépő — 11 tükör okozta hasznos veszteség - kilépő fény — dominál. A Q- kapcsolt üzemben a 12 0,-kapcsoló egynél kisebb transzmissziója szintén lényeges veszteséget jelent, így a populáció inverzió mértéke jóval a szabad generációs érték fölé nő. A részben áteresztő 11 tükör és a 12 Q-kapcsoló okozta veszteséget kompenzálva a lézer beindul, és ennek hatására a záró 15 és a részben áteresztő 11 tükör alkotta rezonátoron belül nő a fényintenzitás, és a passzív 12 Q-kapcsoló elnyelését - abszorbcióját - telítésbe viszi. Az ilymódon átlátszóvá vált, közel egységnyi transzmissziójú passzív 12 0,-kapcsoló már nem jelent veszteséget, és a 12 0,-kapcsoló által (a szabad generációs populáció-inverzió) fölé "felduzzasztott populáció 10—20 nsos és MW nagyságrendű fényimpulzus formájában hagyja el a szilárdtest lézert. A fénysugár széttartása nagy, 5-10 mrad, nagyságrendű, mely pl. lézeres megmunkálásnál a fókuszálhatóságot, lézeres távmérésnél pedig a hatótávolságot csökkenti. A kilépő fényimpulzus energiája a gerjesztő elektromos energiának kb. 0,1%-a, míg az ún. szabad generációban az impulzus NdiYAG lézerek hatásfoka 1—3%, A 2. ábra egy szilárdtest lézerből kilépő fénysugár intenzitásának időbeli lefutását mutatja szabad generáció (a görbe), illetve Q-kapcsolás (b görbe) esetén. A 3. ábrán (a 2. ábrával azonos léptékben) a gerjesztő fényforrás fényének tipikus időbeli lefutását láthatjuk egy ismert, Q-kapcsolóval ellátott hordozható szilárdtest lézer esetében. A 2. és 3. ábrán látható, hogy a Q-kapcsolt lézerfény-impulzus kialakulásához kevesebb mint 50 fjs is elegendő - innen a felismerés, hogy a felső lézernívó élettartamának 230 alá csökkenése nem befolyásolhatja lényegesen a nála egy nagyságrenddel gyorsabban lezajló lézerim pulzus-ki alakulás folyamatot. A 4. ábrán a ~ rjesztés (populációin) eloszlása látható polírozott palástú NdiYAG kristályban a lézerrúd o tengelyétől mért r távolság függvényében. A szaggatott k vonal a lézer beindulásához szükséges po-3 186 161 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
