МОНОБЛОЧНЫЙ КОЛЬЦЕВОЙ ЛАЗЕР Российский патент 1995 года по МПК H01S3/83 

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в технике оптической связи, спектроскопии и голографии.

Известен лазеp [1] представляющий моноблочную конструкцию из активного вещества иттрий алюминиевого граната с неодимом с кольцевым неплоским резонатором и монохроматической накачкой полупроводниковым лазером, обеспечивающий стабильную одночастотную, однонаправленную генерацию лазерного излучения.

Однако, такой лазер сложен в изготовлении и требует сложной юстировки.

Наиболее близким к изобретению является лазер [2] с плоским моноблочным кольцевым резонатором. Такой лазер весьма прост в изготовлении и юстировке.

Однако недостатком его конструкции является слабое подавление магнитным полем одной из распространяющихся в нем встречных волн, что требует для получения однонаправленной, одночастотной генерации наложения значительных магнитных полей, что весьма усложняет конструкцию лазера.

Технической задачей изобретения является повышение стабильности мощности и частоты излучения за счет обеспечения эффективного подавления одной из волн с помощью магнитного поля.

Для этого в моноблочном кольцевом лазере с плоским резонатором, имеющим одно сферическое зеркало, кристаллографические оси активного кристалла ориентированы таким образом, что ось с составляет угол 45^о с плоскостью резонатора.

Целесообразно моноблок выполнить так, чтобы он обладал плоскостью симметрии, а вторая кристаллографическая ось была параллельна оси симметрии резонатора.

Целесообразно чтобы вторая кристаллографическая ось была направлена вдоль стороны резонатора, пересекающей сферическое зеркало.

В предлагаемом изобретении используется возможность повышения амплитудной и частотной стабильности моноблочного лазера путем выбора ориентации кристаллографических осей его активного элемента.

На фиг.1 приведена принципиальная схема моноблочного лазера; на фиг.2 и 3 конструкция активного элемента и ориентация кристаллографических осей в нем.

Моноблочный кольцевой лазер содержит полупроводниковый источник 1 накачки с блоком 2 питания, систему 3 фокусировки излучения накачки, активный элемент (монокристалл) 4, постоянный магнит 5 и сферическое зеркало 6.

Лазер работает следующим образом.

Излучение источника 1 накачки фокусируется системой 3 в активный монокристалл 4 и возбуждает в нем двунаправленную лазерную генерацию. В области накачки происходит разогрев монокристалла, что приводит к возникновению в нем термических напряжений, вследствие чего в кристалле возникает наведенное двулучепреломление. При наложении на активный моноблок магнитного поля в резонаторе лазера создается оптическая невзаимность, приводящая к подавлению одной из встречных волн.

Соответствующий выбор ориентации кристаллографических осей активного элемента позволяет существенно повысить амплитудные потери для одной из волн, в то время как для другой волны они будут незначительными. Это обеспечивает более эффективное подавление одной из встречных волн, что позволяет повысить стабильность мощности и частоты излучения для другой волны.

В полностью изотропных твердых телах (стеклах) невзаимный эффект и подавление одной из встречных волн при наложении магнитного поля отсутствуют, так как потери для встречных волн определяются модулем угла магнитооптического поворота поляризации, одинаковым для встречных волн. Для появления невзаимного эффекта в таком лазере необходимо создать двулучепреломление в некотором участке лазера, причем оптические оси двулучепреломляющего участка должны быть повернуты относительно плоскости резонатора. В предложенном лазере роль двулучепреломляющего элемента играет оптически накачиваемый участок активного элемента либо небольшая анизотропия, всегда присутствующая или создаваемая механически в активных элементах из кристаллических веществ. Использование термического двулучепреломления наиболее эффективно в симметричном лазере со второй кристаллографической осью, параллельной оси симметрии резонатора.

Изобретение было реализовано в моноблочном лазере с плоским резонатором на YAG:Nd³⁺. Резонатор был образован сферическим зеркалом и тремя поверхностями полного внутреннего отражения. Накачка осуществлялась через сферическую поверхность полупроводниковым InGaAsP/GaAs-лазером, излучающим в области λ 0,810 мкм. Зеркало, нанесенное на сферическую поверхность, имело высокое отражение на длине волны генерации λ=1,064 мкм и высокое пропускание для накачки. При изготовлении моноблока его кристаллографические оси были ориентированы при помощи поляриметра под углом 45^о к плоскости резонатора. Магнитное поле на моноблок накладывалось постоянным редкоземельным магнитом.

Измерение характеристик излучения лазера показало, что однонаправленная генерация достигается уже в слабых магнитных полях (до 100 Э). Стабильность мощности излучения составила ΔР/P≈ 10^-4, стабильность частоты Δ V/V ≈ 10-10. Таким образом, в простой по конструкции схеме с плоским резонатором достигнуты результаты не хуже, чем в более сложной конструкции с неплоским контуром.

Использование: в технике оптической связи, спектроскопии и голографии. Сущность изобретения: активный элемент моноблочного кольцевого лазера выполнен из монокристалла, оптические оси которого ориентированы определенным образом относительно плоскости резонатора лазера. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. МОНОБЛОЧНЫЙ КОЛЬЦЕВОЙ ЛАЗЕР с плоским резонатором, имеющим одно сферическое зеркало, выполненный из кристаллического активного материала, отличающийся тем, что моноблочный резонатор лазера выполнен так, что кристаллографическая ось c составляет угол 45^o с плоскостью резонатора. 2. Лазер по п.1, отличающийся тем, что моноблочный резонатор выполнен так, что он обладает плоскостью симметрии, а кристаллографическая ось a кристаллического активного материала параллельна оси симметрии резонатора. 3. Лазер по п.1, отличающийся тем, что кристаллографическая ось a направлена вдоль стороны оптического резонатора, пересекающей сферическое зеркало.