ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР Российский патент 1994 года по МПК H01S3/08 

Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к газовым лазерам, и может быть использовано при создании и разработке газовых лазеров субмиллиметрового диапазона длин волн.

Одним из основных параметров лазера является мощность лазерного излучения. Добиваясь повышения мощности лазерного излучения, как правило, приходится улучшать какие-либо другие параметры лазера (усложнять юстировку, увеличивать расходимость луча, ухудшать монохроматичность и т.д.). Поэтому повышение мощности лазерного излучения без ухудшения других параметров лазера является особенно актуальным.

Одни из известных аналогов предлагаемому устройству является лазер, содержащий лазерный резонатор, включающий две одномерные проволочные решетки, установленные с 90-градусным азимутом, и двугранное 90-градусное зеркало [1].

Недостатком такого устройства являются сложность юстировки и дополнительные потери в двугранном зеркале, что, в свою очередь, приводит к снижению выходной лазерной мощности. Невозможность устранения разрыва между разрядной трубкой и отражателем также приводит к дополнительным потерям.

Ближайшим по назначению и технической сущности аналогом (прототипом) предлагаемого устройства является лазер, в котором резонатор образован анизотропным зеркалом в виде одномерной проволочной решетки и фазовоанизотропным отражателем, выполненным в виде двугранного 90-градусного зеркала [2].

Для повышения мощности оптимизируют связь лазерного резонатора с внешней средой путем установки решетки и двугранного зеркала с азимутом в несколько единиц градусов.

Недостатком этого устройства является наличие двугранного зеркала, которое затрудняет юстировку лазера, а также приводит к снижению мощности лазерного излучения за счет дополнительных потерь, связанных с таким зеркалом.

Целью изобретения является упрощение юстировки оптического резонатора и повышение мощности генерации.

Кроме того, целью изобретения является получение лазерного излучения с круговой поляризацией.

Цель достигается тем, что в газовом лазере, содержащем разрядную трубку с активной средой, оптический резонатор, включающий отражающее зеркало и одномерную проволочную решетку, введена дополнительная одномерная проволочная решетка с устройством ее поворота вокруг оси резонатора, дополнительная решетка установлена между разрядной трубкой и основной проволочной решеткой на расстоянии, не равном n от нее, где n=1, 2, 3 ..., λ- длина волны излучения. Угол α между направлениями проволок решеток выбирается в пределах 45^о< α <90^o, а отражающее зеркало выполнено плоским.

Кроме того, для получения лазерного излучения с круговой поляризацией основная решетка выполнена из проволок диаметром, составляющим одну четверть от периода решетки, а лазер содержит устройство наклона дополнительной решетки относительно оси резонатора.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 изображено взаимное расположение проволок решеток и направлений векторов поляризации излучений.

Предлагаемый газовый лазер содержит резонатор с активной средой 1. Оптический резонатор образован основной проволочной решеткой 2 и отражающим зеркалом 3. Между активной средой 1 и основной проволочной решеткой 2 установлена дополнительная проволочная решетка 4 на расстоянии l, не равном n от решетки 2, а направление проволок решетки 2 составляет угол α по отношению к проволокам решетки 4. Активная среда 1 возбуждается в разрядной трубке 5, торцы которой вплотную подходят к зеркалу 3 и решетке 4.

Кроме того, для получения лазерного излучения с круговой поляризацией решетка 4 снабжена устройством 6 наклона к оси резонатора, а решетка 2 выполнена из проволок диаметром, составляющим одну четверть от ее периода.

Устройство работает следующим образом.

В активной среде возникает стимулированное излучение. Поляризация этого излучения задается проволоками решетки 4, а направление вектора поляризации этого излучения будет перпендикулярно проволокам решетки 4. Для этого излучения решетка 4 является полностью пропускающей. Проходя через решетку 4, излучение попадает на решетку 2. Направление вектора поляризации излучения будет составлять угол ϕ=90-α с направлением проволок решетки 2. На решетке 2, в силу известных свойств, происходит расщепление компонента А на два ортогональных компонента B и С. При этом компонент B свободно проходит сквозь решетку 2, а одна часть компонента С, равная T ˙C (где Т - пропускание решетки) проходит сквозь решетку 2, а другая часть, равная С˙ (1-Т), отражается от решетки 2 и падает на решетку 4. Направление вектора поляризации этого компонента [C(1-T)] будет составлять угол α с направлением проволок решетки 4. На решетке 4 происходит расщепление компонента на две составляющие, одна из которых, D, параллельная проволокам решетки 4, отражается и выходит в качестве выходного лазерного излучения, проходя через решетку 2, а другая составляющая, перпендикулярная проволокам решетки 4, проходит сквозь решетку 4, через активную среду 1, усиливается и проходит сквозь решетку 4 и попадает на решетку 2. Далее цикл повторяется.

Для получения лазерного излучения круговой поляризации необходимо иметь два ортогонально поляризованных компонента, равных по амплитуде, сдвинутых по фазе на .

В предложенном устройстве равенство по амплитуде обеспечивается подбором угла ϕ , а фазовый сдвиг достигается выбором решетки 2, изготовленной из проволок диаметром в одну четверть ее периода. Решетка 4 устанавливается под углом к оси резонатора, а составляющая, отражающаяся от проволок решетки 4, может выводиться под углом к оси лазера.

Использование предлагаемого изобретения позволяет упростить юстировку оптического резонатора, уменьшить потери за счет исключения одной отражающей поверхности и разрыва между двугранным зеркаалом и разрядной трубкой, расширить функциональные возможности лазера.

Использование: квантовая электроника, а именно газовые лазеры субмиллиметрового диапозона длин волн. Сущность: газовый лазер содержит разрядную трубку с активной средой, помещенную в оптический резонатор. Резонатор образован плоским отражающим зеркалом с основной одномерной проволочной решеткой. Между разрядной трубкой и основной проволочной решеткой установлена дополнительная одномерная проволочная решетка с устройством поворота ее вокруг оси резонатора. Расстояние между дополнительной и основной проволочными решетками не равно n^(λ/2) , где n = 1, 2, 3; λ - длина волны излучения, при этом угол a между направлениями проволок решеток удовлетворяет условию 45° < α < 90 °. Кроме того, лазер содержит устройство наклона дополнительной решетки относительно оси резонатора, основная решетка при этом выполнена из проволок диаметром, составляющим одну четверть периода решетки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР, содержащий разрядную трубку с активной средой, оптический резонатор, включающий отражающее зеркало и одномерную проволочную решетку, отличающийся тем, что, с целью упрощения юстировки оптического резонатора и повышения мощности генерации излучения, в лазер введена дополнительная одномерная проволочная решетки с устройством поворота ее вокруг оси резонатора, дополнительная решетка установлена между разрядной трубкой и основной проволочной решеткой на расстоянии, не равном n от последней,
где n = 1,2,3;
λ - длина волны излучения,
при этом угол α между направлениями проволок решеток удовлетворяет условию
45^o< α < 90^o,
а отражающее зеркало выполнено плоским. 2. Лазер по п.1, отличающийся тем, что, с целью получения лазерного излучения с круговой поляризацией, лазер дополнительно содержит устройство наклона дополнительной решетки относительно оси резонатора, основная решетка выполнена из проволок с диаметром, составляющим одну четверть оси периода решетки.