Diseño de resonadores ópticos para láseres de estado-sólido de alta potencia

 R. Narro, M. Arronte, L. Ponce, E. de Posada y E. Rodríguez

Sumario.  Se presentan métodos y configuraciones para el diseño de resonadores ópticos en láseres de estado-sólido de alta potencia operando en régimen pulsado de generación libre. Para resonadores de alta potencia emitiendo en el modo fundamental, se propone un método para el diseño de resonadores con zonas de estabilidad unidas. En el caso de resonadores multimodo se introducen dos configuraciones que permiten maximizar la eficiencia total del láser a partir de la compensación del astigmatismo inducido por la excitación de medio activo. La primera de las dos configuraciones consiste en un resonador en anillo triangular. Los resultados de esta configuración se discuten teóricamente, mostrando que es posible compensar el astigmatismo de la lente térmica prácticamente en un 100%, sin embargo, sólo se consigue esta corrección en un rango muy estrecho de potencias de bombeo. La segunda de las configuraciones propone un resonador de doble medio activo, rotando 90 grados uno respecto al otro alrededor del eje óptico, donde cada uno de ellos funciona como una lente astigmática con el mismo poder dióptrico. La caracterización experimental de un resonador con doble medio activo de YAG:Nd diseñado según esta última configuración, corrobora los resultados encontrados teóricamente. Se encuentra que durante el intervalo de potencia para el cual se compensa el astigmatismo, la eficiencia se mantiene constante aún con el incremento de la potencia de excitación y el consecuente aumento del poder dióptrico de la lente térmica

Abstract.  Methods and configurations for the design of high power solid-state pulsed laser resonators, operating in free running, are presented. For fundamental mode high power resonators, a method is proposed for the design of a resonator with joined stability zones. In the case of multimode resonators, two configurations are introduced for maximizing the laser overall efficiency due to the compensation of the astigmatism induced by the excitation. The first configuration consists in a triangular ring resonator. The results for this configuration are discussed theoretically, showing that it is possible to compensate the astigmatism of the thermal lens virtually in a 100%; however this is only possible for a specific pumping power. The second configuration proposes a dual-active medium resonator, rotated 90 degree one from the other around the optical axis, where each active medium acts as an astigmatic lens of the same dioptric power. The reliability of this configuration is corroborated experimentally using a YAG:Nd dual-active medium resonator. It is found that in the pumping power range where the astigmatism compensation is possible, the overall efficiency is constant, even when increasing the excitation power with the consequent increase of the thermal lens dioptric power.

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