СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ ИЗЛУЧЕНИЯ ИЗ ИМПУЛЬСОВ КОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ БОЛЬШЕЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ Российский патент 1995 года по МПК H01S3/10 

Изобретение относится к технической физике, в частности к формированию импульсов лазерного излучения заданной длительности и используется в метрологии волоконно-оптических линий связи.

В лазерной технике для получения импульсов с длительностью 10^-10 10^-12 с известны способы осуществления генерации, предусматривающие применение резонаторов с модулированной добротностью. Известен также способ укорочения длительности лазерного импульса, при котором импульс, генерированный лазером, направляется на диспергирующее устройство с определенными дисперсионными свойствами, которые обеспечивают самосжатие импульса. Недостатком указанных способов является отсутствие возможности контролируемого укорочения длительности.

Наиболее близким техническим решением является способ уменьшения длительности импульса, заключающийся в том, что импульс, длительность которого необходимо уменьшить, направляется в нелинейную поглощающую среду, коэффициент поглощения которой тем меньше, чем больше мгновенное значение интенсивности излучения. При распространении импульса в такой среде поглощение на его крыльях оказывается более сильным, чем вблизи пика, что приводит к уменьшению длительности, зависящему от длины пути импульса в среде.

Недостатком известного способа является следующее. Степень укорочения импульса зависит от его мощности и длины пути в поглощающей среде. Следовательно, для получения импульсов одинаковой длительности но различной мощности необходимо для каждого импульса подбирать соответствующую длину пути. Кроме того, обычно импульсы, генерируемые лазером, имеют разброс по энергии и длительности в 10-15% вследствие чего длительности укороченных импульсов также будут иметь разброс.

Целью изобретения является получение сверхкоротких импульсов излучения с контролируемой длительностью.

Поставленная цель достигается тем, что исходный импульс, обладающий крутым передним (или задним) фронтом направляется на просветляющую плоско-параллельную пластинку. Толщину пластинки или угол падения импульса на пластинку подбирается так, чтобы коэффициент отражения пластинки на несущей частоте импульса был бы равен нулю, т.е. выполнялось условие про- светления πp где ω_o несущая частота, Р целое число.

Отраженный от пластинки импульс формируется за счет многолучевой интерференции, причем при выполнении условия просветления эта интерференция носит деструктивный характер. Непогашенным остается отраженный от первой границы раздела пластинки с воздухом короткий участок переднего (или заднего) фронта падающего на пластинку импульса. Этот участок и является сверхкоротким импульсом, длительность которого определяется соотношением
T 2 где n показатель преломления пластинки, d ее толщина, с скорость света в вакууме, α угол падения излучения на пластинку. Интенсивность сверхкороткого импульса составляет долю в r² от интенсивности падающего импульса, где r² коэффициент отражения материала пластинки для соответствующей поляризации. Приведенная формула для длительности Т справедлива при условии, что длительность исходного импульса и время Δτ нарастания его переднего фронта (или убывания заднего фронта) удовлетворяют соотношению Δτ< Т <<τ При соблюдении этого условия длительность получаемого сверхкороткого импульса определяется только параметрами пластинки и углом падения, следовательно разброс энергий и длительностей исходных импульсов не будет сказываться на длительности получаемого импульса. Углы падения, обеспечивающие эффективную многолучевую интерференцию подбираются исходя из величины параметра na/d, где a радиус падающего пучка. При na/d<1 следует устанавливать малые углы падения, удовлетворяющие условию α << na/d. При na/d>>1 эффективная интерференция имеет место практически для всех углов падения.

На чертеже показана блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа. Устройство содержит источник импульсов с крутым фронтом 1, диэлектрическую пластинку 2 и систему регистрации длительности получаемых импульсов 3.

Источником импульсов с крутым фронтом служат наносекундный рубиновый лазер и кювета с нитробензолом. Световой импульс от лазера длительностью 20 нс и длиной волны 6943 А направляется в кювету, откуда выходит импульс вынужденного комбинационного рассеяния с крутым передним фронтом, время нарастания которого составляет 10 нс. Далее этот импульс направляется на плоско-параллельную пластинку. При помощи микрометpических винтов пластинка устанавливается так, чтобы обеспечить выполнение условия просветления на несущей частоте падающего импульса. Вращением турельного держателя, на котором установлены различные пластинки, можно оперативно осуществлять их смену, добиваясь необходимой длительности получаемых сверхкоротких импульсов. Длительность отраженных сверхкоротких импульсов измеряется с помощью фотохронографа "Агат-СФ 3". Использование пластинки из флинтгласса с показателем преломления n 1,75 и толщиной 0,5 см при малых углах падения позволяет получать сверхкороткие импульсы длительностью 58 нс и интенсивностью в 7% от интенсивности падающего импульса.

Преимуществами предлагаемого способа получения сверхкоротких импульсов по сравнению с существующими являются:
1. Длительности получаемых импульсов зависят только от параметров пластинки и угла падения, что делает возможным получение наперед заданных длительностей, при этом обеспечивается высокая стабильность этих длительностей, связанная с отсутствием влияния на них разброса по энергиям и длительностям исходных импульсов.

2. Одна и та же пластинка может быть использована при различных по мощности, частоте и длительности исходных импульсах.

3. Простота варьирования длительности получаемых импульсов.

Изобретение позволяет достаточно простым методом получать импульсы наперед заданной длительности, обеспечивая при этом высокую стабильность. По предлагаемому способу используют когерентные импульсы большой длительности с крутым передним ( или задним) фронтом, которые направляют на просветляющую диэлектрическую пластину, при этом длительность сформированного вследствие многолучевой интерференции отраженного сверхкороткого импульса задают выражением , где n - показатель преломления пластинки, d - ее толщина, c - скорость света в вакууме, α - угол падения излучения на пластинку. 1 ил.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХКОРОТКИХ ИМПУЛЬСОВ ИЗЛУЧЕНИЯ ИЗ ИМПУЛЬСОВ КОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ БОЛЬШЕЙ ДЛИТЕЛЬНОСТИ, включающий направление импульсов излучения с крутым фронтом на среду и регистрацию сверхкоротких импульсов, отличающийся тем, что, с целью обеспечения контролируемой длительности импульсов, в качестве среды используют просветляющую диэлектрическую пластину, выбирают угол падения импульса на пластину так, что коэффициент отражения пластины на частоте импульса равен нулю, регистрируют сформированный вследствие многолучевой интерференции отраженный сверхкороткий импульс длительностью

где n показатель преломления пластины;
d толщина пластины;
c скорость света в вакууме;
α угол падения излучения на пластину.