ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ ЛАЗЕР Российский патент 1995 года по МПК H01S3/13 

Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано при разработке перестраиваемых лазеров и лазерных спектрометрических приборов.

Известен перестраиваемый лазер, содержащий дифракционную решетку, установленную с возможностью изменения пространственно-углового положения, и внутрирезонаторную апертурную диафрагму [1] К недостаткам аналога следует отнести отсутствие возможности регулировки внутрирезонаторных потерь, необходимой для получения одноволнового режима генерации на основной поперечной моде и выравнивания мощности генерации на частотах с различающимися коэффициентами усиления.

Наиболее близким к предлагаемому и принятым за прототип является перестраиваемый лазер, содержащий дифракционную решетку, установленную с возможностью изменения пространственно-углового положения, и внутрирезонаторную регулируемую апертурную диафрагму [2] К недостаткам прототипа следует отнести сложность процесса перестройки, обусловленную необходимостью регулирования апертуры диафрагмы независимо от настройки дифракционной решетки.

Цель изобретения упрощение процесса перестройки.

Цель достигается тем, что перестраиваемый лазер, содержащий спектрально-селективный элемент, установленный с возможностью изменения пространственно-углового положения, и внутрирезонаторную апертурную регулируемую диафрагму, дополнительно содержит профилируемый толкатель, кинематически связанный со спектрально-селективным элементом, а диафрагма снабжена приводным рычагом, кинематически связанным с профилированным толкателем.

Наличие отличительных признаков, а также то, что совокупность признаков не обнаружена в известных технических решениях, свидетельствуют о соответствии предложенного технического решения критериям изобретения.

Сущность предложения заключается в автоматизации изменения апертуры внутрирезонаторной диафрагмы в процессе перестройки длины волны генерации лазера за счет использования кинематической связи между спектрально-селективными элементами и приводом диафрагмы.

Как известно, коэффициент усиления лазера зависит от длины волны, что связано как со спектральными свойствами активной среды, так и со спектральной зависимостью потерь резонатора лазера, и лазер может генерировать в многоволновом и (или) многомодовом режиме. Волновая селекция и селекция типа колебаний осуществляются введением в резонатор лазера спектрально-селективных элементов, вносящих потери со спектральной зависимостью и пространственным распределением. Предложенное решение касается совместного использования спектрально-селективного элемента и апертурной диафрагмы для получения одноволнового режима генерации на основной поперечной моде. Очевидно, что при настройке спектрально-селективного элемента на длине волн с большими или меньшими коэффициентами усиления целесообразно соответственно варьировать уровень потерь, изменяя апертуру диафрагмы. Это позволяет получить устойчивую одноволновую генерацию на основной поперечной моде в широком спектральном диапазоне, причем с небольшим изменением выходной мощности. То, что каждую длину волны генерации можно сопоставить с оптимальной апертурой диафрагмы, при которой обеспечивается селекция основной моды, и дополнительно выровнять мощность генерации, позволяет реализовать автоматическое управление последней, используя профилированный толкатель и кинематические связи толкателя с приводом диафрагмы и спектрально-селективным элементом. Форма профиля толкателя определяется волновой зависимостью коэффициента усиления.

На фиг. 1 и 2 представлены два из возможных вариантов исполнения лазера.

Лазер содержит спектрально-селективный элемент 1, регулируемую апертурную диафрагму 2 с приводом 3 в виде рычага, профилируемый толкатель 4, активную среду 5, зеркала 6 и 7 резонатора. В лазере на фиг. 1 спектрально-селективный элемент 1 выполнен в виде отражательной дифракционной решетки, резонатор образован зеркалом 6 и спектрально-селективным элементом 1, диафрагма 2 выполнена ирисовой с Г-образным приводным рычагом 3 радиального действия. Профилированный толкатель 4 представляет собой пластину с фигурным пазом 8, в который вставлен приводной рычаг 3, и прямым пазом 9, в который вставлен рычаг 10, соединенный со спектрально-селективным элементом 1. В лазере на фиг. 2 в отличие от лазера на фиг. 1 спектрально-селективный элемент 1 выполнен в виде эталона Фабри-Перо, работающего на пропускание и имеющего угол клиновидности, диафрагма 2 выполнена ирисовой с приводом 3 в виде подпружиненного рычага нажимного действия. Профилированный толкатель 4 представляет собой жестко соединенную со спектрально-селективным элементом 1 пленку с фигурной поверхностью 11, в которую упирается конец приводного рычага 3.

Лазер работает следующим образом.

В активной среде 5 источником накачки (на чертежах не показан) создается инверсная заселенность энергетических уровней. Положим, что исходное положение спектрально-селективного элемента 1 и апертура диафрагмы 2 соответствуют настройке на длину волны, на которой усиление превышает потери только для основной поперечной моды резонатора, то есть лазер генерирует в одноволновом режиме на основной поперечной моде. Перестройку длины волны генерации осуществляют изменением положения спектрально-селективного элемента 1, что, благодаря кинематической связи между спектрально-селективным элементом 1 и приводным рычагом 3 диафрагмы 2, влечет за собой изменение апертуры диафрагмы. В лазере на фиг. 1 осуществляют поворот дифракционной решетки 1 вокруг оси О, параллельной штрихам дифракционной решетки, т.е. перпендикулярной плоскости чертежа. На фиг. 1 показан один из вариантов передачи кругового перемещения рычага 10, соединенного с дифракционной решеткой, в поступательное перемещение профилированного толкателя 4, подвижность которого ограничена направляющими (на чертеже не показаны) в направлении оси резонатора лазера. Профилированный паз 8 выполняется в направлении перемещения толкателя 4. Г-образный рычаг 3, являющийся приводом радиального действия диафрагмы 2, при перемещении толкателя 4 скользит по фигурному пазу 8, приоткрывая или прикрывая апертуру диафрагмы 2. Форма паза изготавливается так, чтобы настройке дифракционной решетки 1 на длину волны с максимальным коэффициентом усиления соответствовало минимальное значение апертуры диафрагмы 2, настройке на длину волны с минимальным коэффициентом усиления максимальное значение апертуры, а настройке на промежуточные длины волн соответственные промежуточные апертуры диафрагмы 2, обеспечивающие уверенную селекцию основной поперечной моды.

Работа лазера на фиг. 2 отличается лишь видом перемещения спектрально-селективного элемента 1 клиновидного эталона Фабри-Перо и исполнением кинематической связи между ним и приводным рычагом 3 диафрагмы 2. В процессе перестройки длины волны излучения перемещают поступательно в эталон 1 Фабри-Перо перпендикулярно ребру двугранного угла клиновидности и оси резонатора лазера. Жестко соединенный с эталоном 1 Фабри-Перо профилированный толкатель 4 перемещается так же. Приводной рычаг 3 диафрагмы 2 нажимного действия скользит по поверхности профиля 11, изменяя апертуру диафрагмы 2. Форма профиля 11 изготавливается аналогично форме паза 8 в лазере на фиг. 1.

Приведенные на фиг. 1 и 2 схемы не исчерпывают всех возможных реализаций лазеров по п. 1 и 2 формулы изобретения. Так, например, жесткая связь профилированного толкателя 4 со спектрально-селективным элементом 1 может быть реализована и при использовании дифракционной решетки.

Использование: лазерная техника и приборостроение. Сущность изобретения: для автоматизации процесса перестройки длины волны излучения лазера введена кинематическая связь между внутрирезонаторным спектрально-селективным элементом и приводом внутрирезонаторной диафрагмы, селектирующей основную поперечную моду. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЙ ЛАЗЕР, содержащий спектрально-селективный элемент, установленный с возможностью изменения пространственно-углового положения, и внутрирезонаторную регулируемую апертурную диафрагму, отличающийся тем, что он дополнительно содержит профилированный толкатель, кинематически связанный со спектрально-селективным элементом, а диафрагма снабжена приводом, кинематически связанным с профилированным толкателем. 2. Лазер по п.1, отличающийся тем, что профилированный толкатель жестко связан со спектрально-селективным элементом.