СПОСОБ ЧАСТОТНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1994 года по МПК H01S3/104 

Изобретение относится к квантовой радиофизике и касается нелинейной оптики, в частности частотного преобразования лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния.

Известны способы частотного преобразования лазерного излучения и устройства, в которых эти способы реализуются, где накачка осуществляется расфокусированным пучком [1] или параллельным пучком [2] . Недостатком таких способов и устройств является то, что для преобразования требуется мощный источник накачки.

Наиболее близки к изобретению способ и устройство для его осуществления, в которых накачка фокусируется в активную среду с помощью линзы, благодаря чему требуется источник накачки, мощность излучения которого много меньше, чем в двух предыдущих случаях. Эти способ и устройство взяты в качестве прототипа. Недостатком этого технического решения является то, что энергия, которую можно преобразовать, ограничена оптическим пробоем в фокусе линзы.

Цель изобретения - повысить энергию преобразованного излучения при заданной мощности пучка накачки.

Поставленная цель достигается тем, что из общего пучка накачки пространственно выделяется часть излучения, мощность которой меньше порогового значения, вызывающего оптический пробой, с помощью линзы, чья площадь меньше сечения пучка накачки, и эта часть накачки фокусируется в активную среду этой же линзой, при этом оставшаяся часть накачки направляется в кювету в виде параллельного пучка.

Сущность способа состоит в том, что при такой пространственно разделенной накачке активной среды происходит преобразование на одном проходе через среду, при этом возникшее вблизи фокуса линзы стоксово излучение усиливается и в поле сфокусированной накачки, и в поле параллельной накачки, что увеличивает энергию преобразованного излучения. Заявителю не известны технические решения, в которых повышение энергии преобразованного излучения достигалось бы за счет возбуждения активной среды одновременно и сфокусированным и параллельным пучками, поэтому способ удовлетворяет критерию "существенные отличия".

Для повышения энергии преобразованного излучения в предлагаемом устройстве, содержащем источник накачки, фокусирующую линзу, активную среду, расположенные на одной оптической оси, используется линза, частично перекрывающая пучок накачки.

При этом в одном случае используется линза, диаметр которой меньше диаметра пучка накачки, в другом - линза с отверстием.

В литературе нет сведений о том, что повышения эффективности преобразования и энергетического выхода преобразованного излучения можно добиться использованием пространственно разделенной линзы накачки, что позволяет считать предложенное устройство удовлетворяющим критерию "существенные отличия".

На чертеже показано устройство для осуществления способа. Устройство содержит источник 1 накачки, линзу 2, активную среду 3, размещенные на одной оптической оси.

Работа устройства состоит в следующем. Часть пучка накачки (в данном случае используется линза с отверстием) пропускается через линзу и фокусируется этой линзой в активную среду. Вторая часть пропускается через отверстие линзы. В активной среде вблизи фокуса возникает стоксово излучение, которое усиливается одновременно и в поле параллельного, и в поле конического пучков.

Способ реализован при использовании в качестве накачки трех наносекундного импульса неодимового лазера, а активной средой служил газообразный водород под давлением в 5 атм. Диаметр пучка накачки составляет 10 мм, диаметр отверстия в линзе 6 мм. Для сравнения преобразования по известному и предложенному способу опыты производились в одинаковых условиях. При обычной фокусировке линзой с фокусным расстоянием 1 м нельзя было поднять энергию накачки выше 80 мДж, так как при этом возникал пробой в активной среде. Однако используя линзу с отверстием, можно поднять энергию накачки до ≈ 150 мДж. При прочих равных условиях для неоптимизированного случая, чтобы продемонстрировать преимущество предложенного способа над известным, было получено преобразование в стоксово излучение при энергетическом выходе примерно 60 мДж, что почти в два раза выше того значения, которое получалось по прототипу. Оптимизируя способ, изменением диаметра отверстия в линзе, а также изменением ее фокусного расстояния и длины активной среды, возможно преобразовать практически всю накачку в первую стоксову компоненту.

Таким образом, предложенные способ и устройство позволяют при заданных значениях длины активной среды, диаметра пучка накачки и фокусного расстояния линзы поднять энергетический выход преобразованного излучения лишь за счет уменьшения диаметра линзы, либо путем использования линзы с отверстием.

Использование: приборы квантовой электроники с частотным преобразованием лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния. Сущность изобретения: частотное преобразование лазерного излучения осуществляют одновременным возбуждением активной среды 3 сфокусированным и параллельным пучками излучения от источника накачки 1 путем пропускания их через линзу 2, частично перекрывающую пучок накачки и выполненную либо с отверстием либо с диаметром, меньшим диаметра пучка накачки. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ частотного преобразования лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния, включающий возбуждение активной среды сфокусированным пучком накачки, отличающийся тем, что активную среду дополнительно возбуждают параллельным пучком, который в нее направляют одновременно со сфокусированным. 2. Устройство для частотного преобразования лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния, включающее оптически связанные источник накачки, фокусирующую линзу и активную среду, размещенные на одной оптической оси, отличающееся тем, что фокусирующая линза выполнена частично перекрывающей пучок накачки. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в линзе выполнено отверстие. 4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что диаметр линзы меньше диаметра пучка накачки.