202683. lajstromszámú szabadalom • Szembiztos szilárdtest lézer
1 HU 202683 B 2 A találmány tárgya szembiztos szilárdtest lézer. A szembiztos tartományok valamelyikében sugárzó lézerek használata biztonságot nyújt a méréstechnikai, orvosi, anyagmegmunkálási és minden más alkalmazásnál, melyek közben a lézerfény kis töredéke a szembe juthat. Mint ismeretes, a szilárdtest lézereket, különösen a Nd-lézereket, széles körben használják a legkülönbözőbb feladatok megoldására az ipartól kezdve a kutatáson át a gyógyászatig. Ezeknek a lézereknek két párhuzamos tükörből álló rezonátora, és a rezonátorban elhelyezett, célszerűen neodimiummal szennyezett aktív lézeranyaga, és passzív Q-kapcsolója van. Főleg a távolságmérés és a szemészeti alkalmazások esetében előtérbe került a szem, elsősorban a retina, nem kívánt elváltozásainak - pontosabban ezek elkerülhetőségének - kérdése (Eyesafe Laser Rangefinders: Lasers & Applications 1984. Sept. 93-96. old.). Ahogy az az idézett cikk 1. táblázatából kiderül, a Nd-lézerek eredeti 1,06 pm-es hullámhossza már 1,6 pJ/cm2/impu!zus energiasűrűségtől veszélyes a szemre. Más hullámhosszakon a veszélyszint jóval magasabban van: 2,01 pm-nél (Holmium) 10 mJ/cm2/ imp. 1,54 pm-nél (Erbium) pedig 1 J/cm2/impulzus. A magyarázat nyilvánvalóvá válik, ha pl. J. E. Harry: Lézerek és alkalmazásaik (Műszaki Könyvkiadó, Bp. 1979.) c. könyvének 6.2 és 6.3 ábráira pillantunk (192. old.) ugyanis a szem közegeinek áteresztése és a retina (recehártya) abszorpciója a hullámhossz függvényében mutatja, hogy az ún. látható tartomány a legveszélyesebb (hiszem ebben a tartományban nemhogy védekezni próbál a természet, hanem minél jobb hatásfokkal igyekszik érzékelni - abszorbeálni - a beeső fényt). A Nd-lézer láthatóhoz közeli infravörös hullámhosszán a szem közegei a beeső sugárzás 50-60%-át áteresztik és a retina abszorpciója is 10% felett van. 1,4 pm-es hullámhossz felett (mintegy 2 pm-ig) a szem közegei nem átlátszók, a retina pedig szinte semmit sem abszorbeál. Egy közbülső tartomány (1,2-1,29 pm) szintén szembiztosnak tekinthető (Lasers & Applications 1983. Oct. 73-74. old.), mivel ebben a hullámhossz intervallumban a retina abszorpciója 0,1% csupán. Mindezeknek megfelelően az ismert megoldások (Erbium-oculaser: 1,228 pm, Erbium-laser: 1,54 pm, Holmium- laser: 2,01 pm) olyan lézeranyagokra épülnek, melyekben az aktív ionok a szembiztos tartományokban sugároznak. Ezek az anyagok azonban az egyetlen előny - a szembiztosság - miatt elvesztik a Nd-lézerek összes előnyét, az alacsony működési küszöböt, a jó hatásfokot, a széles körben elterjedt előállítás-technológiai hátteret és kiegészítő eszközöket (aktív és passzív Q-kapcsolók, módus-szinkronizátorok, stb.). Tehát az eddig ismert szembiztos lézerek rossz hatásfokúak, speciális anyagra épülnek, passzív (olcsó) Q-kapcsolásuk nem megoldott, stb. - így drágák. A találmánnyal célunk a fentiekben vázolt hátrányok megszüntetése és egyben a szembiztosság garantálása, azaz olyan, célszerűen Nd-lézeranyagra épülő eszköz létehozása, mely a szembiztos tartományokban sugároz anélkül, hogy hatásfoka, működési küszöbe, passzív Q-kapcsolója és így ára lényegesen eltérne a viszonylag olcsó Nd-lézerekétől. A találmány alapja az a felismerés, hogy megfelelő passzív Q-kapcsoló anyaggal az eredeti, pl. Nd-hullámhosszra és egy kiválasztott szembiztos hullámhosszra optimalizált (esetleg integrált) rezonátorokkal (rezonátorral) megoldható a szemre veszélyes - de jó hatásfokkal előállítható - hullámhosszú sugárzás kis veszteséggel járó transzformációja a szembiztos tartományokba. A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldjuk meg, hogy az aktív lézeranyagot és a Q-kapcsolót közrevevő rezonátor mindkét tükre az aktív lézeranyag által kibocsátott, a szem érzékenységi tartományába eső eredeti hullámhosszra zárótükör, de legalább egyikük egy kiválasztott szembiztos, pl. az 1,2—1,29 vagy 1,4-2,2 pm-es hullámhossztartományba eső hullámhosszra áteresztő, a Q-kapcsoló a Q-kapcsoláson kívül az eredeti hullámhossznak a kiválasztott szembiztos hullámhosszra transzformálására is alkalmas anyagból van, továbbá a lézer a kiválasztott szembiztos hullámhosszra egy második rezonátort is tartalmaz, amely legalább a Q-kapcsolót közrevevő két tükörből áll, amelyek egyike zárótükör, a másik pedig nyitótükör. A találmány szerinti szembiztos szilárdtest lézer tehát olyan, célszerűen Nd-lézer, melynek passzív Q-kapcsolója a nem szembiztos eredeti hullámhosszon kezdetben abszorbeál, majd abszorpciója telítésbe megy (abszorbeáló centrumai gerjesztődésével), s az abszorbeált energiát lumineszcencia spektrumának és választott hullámhosszra optimalizált rezonátorának megfelelő szembiztos tartományban sugározza ki. Célszerű Q-kapcsolóként alkáli-halogenid kristályt használni, melynek kezdeti transzmisszióját a benne létrehozott színcentrumok koncentrációja határozza meg, de más, az eredeti hullámhosszon abszorbeáló és a szembiztos tartományok valamelyikében lumineszkáló anyagok is felhasználhatók, ha sérülési küszöbük, hatásfokuk és stabilitásuk megfelelő. A találmány értelmében a lézer-rezonátor tükrei az eredeti, tehát Nd-lézer esetén az 1,06 pm-es hullámhosszra zárók (közel 100% reflexiójúak) kell legyenek, miközben a választott szembiztos hullámhosszra csupán az egyik záró (~100%) a másik nyitó-tükör (az üzemmódnak és a használt anyagok sérülési küszöbének megfelelően optimalizált 10—50 % közötti reflexióval). Előnyösen a szembiztos szilárdtest lézernek külön tükrökből álló rezonátora van az eredeti és a kiválasztott szembiztos hullámhosszakra. Célszerűen a két rezonátor legalább egy olyan közös tükröt tartalmaz, amely egyszerre valósítja meg a két különböző hullámhosszra a záró-záró, illetve a záró-nyitó tükröket. Egy másik kiviteli alaknál a Q-kapcsoló színcentrumokat tartalmazó ionkristály, Q-kapcsolás esetén tipikusan 5-50% közötti kezdeti transzmisszióval. Előnyös továbbá, hogy a kiválasztott szembiztos hullámhossz rezonátorának egyik tükre az aktív lézeranyag és a Q-kapcsoló között, például a Q-kapcsolóra párolva helyezkedik el. A találmány tárgyát rajz alapján a találmány szerinti szembiztos szilárdtest lézer két példakénti kiviteli alakját feltüntetve ismertetjük. A rajzon az 1. ábra a találmány szerint kialakított szembiztos Nd-lézer külön-külön (egymásba skatulyázott) rezonátor tükrökkel a Nd és a szembiztos hullámhosszra; a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
