СКАНИРУЮЩИЙ ЛАЗЕР Российский патент 1997 года по МПК H01S3/10 H01S3/22 

Изобретение относится к лазерной технике и может использоваться в системах лазерной локации, связи, обработки, передачи и хранения информации, а также при создании лазерных технологических установок для высокоточной обработки материалов.

В настоящее время для решения широкого круга задач, таких как лазерная локация, высокоскоростная маркировка и т.п. чрезвычайно актуальна проблема создания сканирующих лазеров с высокой частотой следования импульсов генерации наносекундного диапазона длительностей.

Известен сканирующий лазер (R. A. Myers, R.V. Pole The Elekctron Beam Scanlaser: Theoretical and Operationel Studies. IBM Journal. September 1967, p. p. 502 510), содержащий активный элемент, находящийся в линейном самосопряженном резонаторе, состоящем из непрозрачного зеркала, первой сферической линзы, установленной на фокусном расстоянии от зеркала перед активным элементом, второй сферической линзы, расположенной за активным элементом на двойном фокусном расстоянии от первой, выходного полупрозрачного зеркала, размещенного в фокусе второй линзы, и элементы управления направлением излучения: электронную пушку, кристалл КДР с покрытием из CdO и кварцевую фазовую пластинку.

Такие лазеры не нашли широкого применения из-за нерешенной проблемы разрушения кристалла мишени электронным пучком и использования сложной высоковакуумной системы формирования узкого электронного пучка.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является сканирующий лазер с модовым селектором (см. заявку Великобритании N 1383539, кл. H 01 S 3/101, приоритет от 12.02.75), включающий расположенные на оптической оси резонатора частично пропускающее зеркало, первую сферическую линзу, установленную на фокусном расстоянии от зеркала, активный элемент с брюстеровскими окнами, вторую сферическую линзу, установленную на двойном фокусном расстоянии от первой, полностью отражающее зеркало, установленное на фокусном расстоянии от второй линзы, и пространственно-временной модулятор света (ПВМС), выполненный в виде двух разнесенных электроуправляемых пластин с взаимно ортогонально расположенными линейными управляющими электродами.

В описанной в заявке схеме не удается достигнуть существенного повышения контраста и усиления яркости изображений, а также невозможно обеспечить быструю, от импульса к импульсу, спектральную кодировку при высокой скорости переключения направлений сканирования излучения.

Технический эффект предложенного нами сканирующего лазера заключается в повышении контраста и усилении яркости изображений, в повышении мощности генерации при пространственном сканировании многоспектрального лазерного излучения, а также в расширении функциональных возможностей лазера путем обеспечения поимпульсной спектральной кодировки сканируемого луча.

Для достижения вышеназванного эффекта нами создан сканирующий лазер, включающий расположенные на оптической оси резонатора частично пропускающее зеркало, первую сферическую линзу, установленную на фокусном расстоянии от зеркала, активный элемент, вторую сферическую линзу, установленную на двойном фокусном расстоянии от первой, полностью отражающее зеркало, установленное на фокусном расстоянии от второй линзы, пространственно-временной модулятор света, выполненный в виде внутрирезонаторной электроуправляемой пластины с линейными управляющими электродами, установленной вблизи зеркала резонатора, и источник накачки. Новым в сканирующем лазере является то, что в него дополнительно введены полный поляризатор, расположенный между зеркалом резонатора и линзой, и четвертьволновая пластинка, установленная между зеркалом резонатора и поляризатором, при этом линейные управляющие электроды пластины пространственно-временного модулятора света расположены под углом 45^o к плоскости пропускания поляризатора, в качестве активного элемента выбрана среда с несколькими длинами волн генерации, толщина D четвертьволновой пластинки выбрана из условия
,
где λ₁, λ₂, ... λ_n длины волн генерации лазера;
M₁,M₂,M_n целые числа;
показатели преломления для необыкновенного и обыкновенного лучей для длины волны λ_i
а линзы выполнены в виде ахроматизированных объективов на рабочие длины волн генерации.

В лазерах такого класса электрически управляемые пространственно-временные модуляторы света традиционно применяются с устройствами управления. Схемы таких устройств разнообразны и достаточно широко описаны в различной литературе.

Нами была обоснована и экспериментально подтверждена возможность одновременной генерации сканируемого в пространстве лазерного луча с разными длинами волн путем существенного снижения внутрирезонаторных потерь и получения эффективной положительной обратной связи в резонаторе. Это стало возможным благодаря созданию четвертьволновой пластинки со строго определенной толщиной D, являющейся эффективным круговым поляризатором многоспектрального лазерного излучения, которая в сочетании с полным линейным поляризатором, установленным между зеркалом самосопряженного резонатора и линзой, позволила с многоволновой активной средой добиться эффективной многоцветной генерации с быстродействующим (поимпульсным) сканированием.

Если мы между внутрирезонаторной электроуправляемой пластиной и полностью отражающим зеркалом (см. п. 2 формулы) дополнительно введем второй поляризатор с ортогональной первому плоскостью поляризации, вторую внутрирезонаторную электроуправляемую пластину пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами и вторую четвертьволновую пластинку толщиной D, причем линейные управляющие электроды электроуправляемых пластин расположим взаимно ортогонально и под углом 45^o к плоскостям пропускания поляризаторов, а в качестве активного элемента выберем среду с большим коэффициентом усиления и малым временем существования инверсии, то получим дополнительный технический эффект возможность повышения контраста, мощности генерации и усиления яркости изображений, при двухкоординатном сканировании многоспектрального излучения, генерируемого лазерами на парах металлов.

Если мы в первом варианте устройства (см. п. 3 формулы) выполним поляризатор в виде поляризационного делителя, по ходу отраженной поляризатором компоненты излучения дополнительно установим четвертьволновую пластинку толщиной D, электроуправляемую пластину пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами и полностью отражающее зеркало, размещенное в фокусе второй сферической линзы, причем линейные управляющие электроды дополнительной электроуправляемой пластины расположим под углом 45^o к плоскости поляризации отраженной поляризатором компоненты, зеркала выполним спектрально селективными, а в качестве активного элемента выберем среду с большим коэффициентом усиления и малым временем существования инверсии, то получим возможность поимпульсной двухспектральной кодировки при однокоординатном сканировании излучения, генерируемого лазерами на парах металлов.

Если в первом варианте исполнения лазера (см. п. 4 формулы) между первыми зеркалом и сферической линзой мы дополнительно введем вторую внутрирезонаторную электроуправляемую пластину пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами, вторую четвертьволновую пластинку толщиной D, второй полный поляризатор с такой же плоскостью поляризации, как и у первого, причем линейные управляющие электроды электроуправляемых пластин расположим взаимно ортогонально и под углом 45^o к плоскости пропускания поляризаторов, а в качестве активного элемента выберем среду с большим коэффициентом усиления и малым временем существования инверсии, то также получим дополнительный технический эффект возможность повышения контраста, мощности генерации и усиления яркости изображений при двухкоординатном сканировании многоспектрального излучения, генерируемого лазерами на парах металлов.

Выполнив в последнем варианте (см. п. 5 формулы) поляризаторы в виде поляризационных делителей и дополнительно установив по ходу отраженных поляризаторами компонент излучения по четвертьволновой пластинке толщиной D, электроуправляемой пластине пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами, а также частично пропускающему или полностью отражающему зеркалу, размещенному в фокусе первой и второй сферических линз, соответственно, причем расположив линейные управляющие электроды дополнительных электроуправляемых пластин взаимно ортогонально и под углом 45^o к плоскости поляризации отраженных компонент, а зеркала выполнив спектрально селективными, получим возможность двухспектральной кодировки лазерного луча при его одновременном двухкоординатном сканировании.

Если во втором варианте устройства (см. п. 6 формулы) первый поляризатор выполним в виде поляризационного делителя, по ходу отраженной поляризатором компоненты излучения дополнительно установим четвертьволновую пластинку толщиной D, электроуправляемую пластину пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами и полностью отражающее зеркало, размещенное в фокусе второй сферической линзы, причем линейные управляющие электроды дополнительной электроуправляемой пластины расположим под углом 45^o к плоскости поляризации отраженной компоненты, а зеркала выполним спектрально селективными, то получим дополнительный технический эффект - возможность поимпульсной двухспектральной кодировки при смешанном, одно- и двухкоординатном сканировании.

Если в последнем варианте устройства (см. п. 7 формулы) по ходу отраженной поляризатором компоненты излучения между дополнительной внутрирезонаторной электроуправляемой пластиной и дополнительным полностью отражающим зеркалом введем второй дополнительный поляризатор с плоскостью поляризации, ортогональной плоскости поляризации отраженной компоненты, вторую дополнительную внутрирезонаторную электроуправляемую пластину пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами и дополнительную четвертьволновую пластинку толщиной D, причем линейные управляющие электроды электроуправляемых пластин расположим взаимно ортогонально и под углом 45^o к плоскости поляризации отраженной компоненты, а полностью отражающие зеркала выполним спектрально селективными, то обеспечим возможность поимпульсной двухспектральной кодировки при двухкоординатном сканировании лазерного луча.

Если в четвертом варианте устройства (см. п. 8 формулы) между поляризаторами и четвертьволновыми пластинками дополнительно введем, по меньшей мере, по одному селективному отражающему зеркалу, по ходу отраженной компоненты излучения которого дополнительно установим четвертьволновую пластинку толщиной D, электроуправляемую пластину пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами, а также частично пропускающее или полностью отражающее зеркало, размещенное в фокусе первой и второй сферических линз соответственно, причем линейные управляющие электроды дополнительных электроуправляемых пластин расположим взаимно ортогонально и под углом 45^o к плоскости поляризации отраженной компоненты, то получим возможность поимпульсной многоспектральной кодировки при двухкоординатном сканировании лазерного луча.

Если во втором варианте устройства (см. п. 9 формулы) между первым поляризатором и первой четвертьволновой пластинкой дополнительно введем по меньшей мере одно селективное отражающее зеркало, по ходу отраженной компоненты излучения которого дополнительно установим четвертьволновую пластинку толщиной D, электроуправляемую пластину пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами, поляризатор с плоскостью поляризации, ортогональной плоскости поляризации отраженной зеркалом компоненты, вторую электроуправляемую пластину пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами, вторую четвертьволновую пластинку толщиной D и размещенное в фокусе второй сферической линзы полностью отражающее зеркало, причем линейные управляющие электроды дополнительных электроуправляемых пластин расположим взаимно ортогонально и под углом 45^o к плоскости поляризации отраженной компоненты, а полностью отражающие зеркала выполним спектрально селективными, то также получим возможность поимпульсной многоспектральной кодировки при двухкоординатном сканировании лазерного луча.

На фиг. 1 приведено схематическое изображение сканирующего лазера, содержащего расположенные на оптической оси резонатора частично пропускающее зеркало 1, первую сферическую линзу 2, установленную на фокусном расстоянии F от зеркала 1, активный элемент 3, вторую сферическую линзу 4, установленную на двойном фокусном расстоянии 2F от первой, полностью отражающее зеркало 5, установленное на фокусном расстоянии F от второй линзы 4, пространственно-временной модулятор света 6, выполненный в виде внутри резонаторной электроуправляемой пластины с линейными управляющими электродами, установленной вблизи зеркала 5 резонатора, и источник накачки 7. В него дополнительно введены полный поляризатор 8, расположенный между зеркалом 5 резонатора и линзой 4, и четвертьволновая пластинка 9, установленная между зеркалом 5 резонатора и поляризатором 8, при этом линейные управляющие электроды пластины пространственно-временного модулятора света 6 расположены под углом 45^o к плоскости пропускания поляризатора 8.

На фиг. 2 изображена принципиальная схема лазера с двухкоординатным сканированием многоспектрального излучения, где между внутрирезонаторной электроуправляемой пластиной 6 и полностью отражающим зеркалом 5 дополнительно введены второй поляризатор 10 с ортогональной (8) первому плоскостью поляризации, вторая внутрирезонаторная электроуправляемая пластина 11 пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами и вторая четвертьволновая пластинка 12 толщиной D, причем линейные управляющие электроды электроуправляемых пластин расположены взаимно ортогонально и под углом 45^o к плоскостям пропускания поляризаторов 8, 10.

На фиг. 3 представлена схема устройства с возможностью поимпульсной двухспектральной кодировки при однокоординатном сканировании излучения, у которого поляризатор 8 выполнен в виде поляризационного делителя, по ходу отраженной поляризатором компоненты излучения дополнительно установлена четвертьволновая пластинка 10 толщиной D, электроуправляемая пластина 11 пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами и полностью отражающее зеркало 12, размещенное в фокусе F второй сферической линзы 4, причем линейные управляющие электроды дополнительной электроуправляемой пластины расположены под углом 45^o к плоскости поляризации отраженной поляризатором 8 компоненты, зеркала 5 и 12 выполнены спектрально селективными.

На фиг. 4 представлена принципиальная схема предложенного устройства, использованного при создании лазера на парах металлов с двухкоординатным сканированием излучения (на примере конкретного исполнения) с дополнительно введенными между первыми зеркалом 1 и сферической линзой 2 второй внутрирезонаторной электроуправляемой пластиной 10 пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами, второй четвертьволновой пластинкой 11 толщиной D, вторым полным поляризатором 12 с такой же плоскостью поляризации, как и у первого (8), причем линейные управляющие электроды электроуправляемых пластин расположены взаимно ортогонально и под углом 45^o к плоскости пропускания поляризаторов 8 и 12.

На фиг. 5 приведена схема двухкоординатного сканирующего лазера с поимпульсной двухспектральной кодировкой, у которого поляризаторы 8 и 12 выполнены в виде поляризационных делителей, по ходу отраженных поляризаторами 8 и 12 компонент излучения дополнительно установлено по четвертьволновой пластинке 13 и 14 толщиной D, электроуправляемой пластине 15 и 16 пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами, а также частично пропускающему 17 или полностью отражающему 18 зеркалу, размещенному в фокусе первой 2 и второй 3 сферических линз, соответственно, причем линейные управляющие электроды дополнительных электроуправляемых пластин 15 и 16 расположены взаимно ортогонально и под углом 45^o к плоскости поляризации отраженных компонент, а зеркала 5 и 18 выполнены спектрально селективными.

На фиг. 6, 7, 9 изображены варианты схем лазеров с одно- и двухкоординатным сканированием излучения, с поимпульсной двух- и многоспектральной кодировкой сканируемого излучения, соответственно, у которых элементы пространственно-временного модового селектора (четвертьволновые пластинки 9, 12, 13; электроуправляемые пластины 6, 11, 14; поляризаторы 8, 10, 15; селективные отражающие зеркала 16, 17) расположены вблизи полностью отражающего селективного зеркала резонатора 5, 18.

На фиг. 8 представлена принципиальная схема лазера с поимпульсной многоспектральной кодировкой сканируемого по двум координатам излучения, у которого между поляризаторами 8, 12 и четвертьволновыми пластинками 9, 11 дополнительно введены, по меньшей мере, по одному селективному отражающему зеркалу 13, по ходу отраженной компоненты излучения которого дополнительно установлены четвертьволновая пластинка 14 толщиной D, электроуправляемая пластина 15 пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами, а также частично пропускающее 16 или полностью отражающее 17 зеркало, размещенное в фокусе F первой 2 и второй 4 сферических линз соответственно, причем линейные управляющие электроды дополнительных электроуправляемых пластин расположены взаимно ортогонально и под углом 45^o к плоскости поляризации отраженной компоненты.

Работу лазера рассмотрим на примере устройства, изображенного на фиг. 4 (п. 4 формулы, лазер с двухкоординатным сканированием многоспектрального излучения). В активном элементе (газоразрядной трубке) 3, содержащем буферный газ (неон, гелий) и активное вещество (медь, золото, марганец, свинец и пр. ) посредством разряда конденсатора через водородный тиратрон источника накачки 7 возбуждается импульсный разряд с высокой частотой следования (5.20 кГц). При этом за счет тепла, выделяемого в разрядном промежутке, в газовом объеме устанавливается необходимая рабочая температура и в активной среде в виде паров металла (меди, золота, марганца, свинца и пр.) создается инверсная населенность (методы получения и накачки активной среды на парах металлов широко известны, см. например, книгу А.Н. Солдатова и В.И. Соломонова "Газоразрядные лазеры на самоограниченных переходах в парах металлов". - Новосибирск: Наука, 1985. 152 с.). В исходном состоянии резонатор заперт двумя четвертьволновыми развязками (поляризаторами 8, 12 четвертьволновыми пластинками 9, 11 зеркалами 1, 5). В момент достижения максимальной инверсии из устройства управления пространственно-временным модулятором света (на фиг. не указано) на определенные (заданные) линейные электроды электроуправляемых пластин 6 и 10 подаются импульсы напряжения и зоны электроуправляемых пластин 6 и 10, ограниченные линейными электродами, находящимися под разностью потенциалов, приобретают свойства четвертьволновых пластинок, т.е. только в этих зонах в резонаторе выполняются условия возникновения генерации. Малые возмущения на резонансной частоте, возникающие в активной среде из-за спонтанного излучения, усиливаются в резонаторе 1, 5 с активной средой 3, обеспечивая при этом генерацию импульсов когерентного излучения. Поскольку в устройстве выбрана схема самосопряженного резонатора (зеркала 1, 5 и линзы 2, 4), у которого зеркала изображаются друг в друга, каждой точке на поверхности одного зеркала резонатора соответствует строго однозначное положение изображения точки на другом зеркале. Поэтому разнесенные электроуправляемые пластины 6 и 10, установленные вблизи зеркал резонатора и имеющие линейную структуру электродов, образуют матричную структуру пространственно-временного модулятора света. Таким образом, при подаче напряжения на различные электроды электроуправляемых пластин осуществляется внутри резонаторное сканирование излучения, которое, при установке на фокусном расстоянии F от полупрозрачного зеркала 1 дополнительной внерезонаторной линзы, преобразуется в угловое двухкоординатное сканирование выходного пучка лазера. Поскольку толщина D четвертьволновых пластинок 9 и 11 выбрана из условия
,
а линзы 2 и 4 выполнены в виде ахроматизированных объективов на рабочие длины волн генерации, то внутри резонаторные потери для разных длин волн изменяются несущественно. Это дает возможность синхронизированного сканирования излучения многоцветного лазера, соответственно, с длинами волн λ₁, λ₂, ... λ_n..

В предлагаемом лазере излучение дважды проходит через электроуправляемую пластину пространственно-временного модулятора света при одном обходе резонатора, поэтому управляющее напряжение равно четвертьволновому для материала пластины, в отличие от прототипа, где для переключения используется полуволновое напряжение. Подавая на электроды электроуправляемых пластин 6 и 10 от программируемого устройства управления импульсы, несколько меньшие по величине напряжения, чем четвертьволновое, и, следовательно, изменяя потери резонатора, можно варьировать энергию импульсов излучения при сканировании по полю зрения. Выравнивания мощности излучения в диапазоне углов сканирования, можно добиться и путем внесения дополнительных потерь в резонатор, выбирая расстояние b от зеркала резонатора до электроуправляемой пластины из условия b>Fd/2R.

Отличительной характерной чертой лазеров с активным элементом на парах металлов (лазеров на переходах с резонансных на метастабильный уровни в атомах металлов) является весьма большое усиление активной среды и очень короткое время существования инверсии, в течение которого излучение успевает пройти длину резонатора всего несколько (единицы) раз. В этой связи если разместить электроуправляемые пластины пространственно-временного модулятора света рядом, вблизи зеркала резонатора (фиг. 2), то можно сократить число проходов, необходимых для формирования заданной пространственной моды, при этом будут снижены "непроизвольные" потери инверсии и, как следствие, повышена мощность генерации.

Если выполнить поляризаторы 8, 12 в виде поляризационных делителей (фиг. 3, 5, 6, 7), то оптическую обратную связь в лазерном самосопряженном резонаторе с активной средой 3 и линзами 2, 4 можно организовать и по ортогонально поляризованной компоненте излучения с использованием дополнительных четвертьволновых пластинок, соответственно, 10, 13 и 14, 13; электроуправляемых пластин 11,15 и 16, 14 пространственно-временного модулятора света; поляризатора 15 (на фиг. 7) и резонаторных зеркал 1 и 12, 17 и 18, 1 и 15, 1 и 16. В данном варианте реализуется независимое поимпульсное сканирование двух лучей, плоскости поляризации которых взаимно ортогональны. При использовании активных сред, которые могут генерировать излучение одновременно на нескольких линиях (например, пары меди λ₁=510,6 нм; λ₂=578,2 нм и т.д.), и выполнении зеркал резонатора с селективным по длине волны коэффициентом отражения можно осуществить поимпульсную двухспектральную кодировку сканируемого излучения.

Если для отвода излучения использовать селективные по длине волны отражающие зеркала 13, 16, 17, установленные под некоторым углом к оси резонатора (фиг. 8; фиг. 9), то с активными средами, генерирующими на многих линиях одновременно и не имеющих конкуренции по лазерным переходам, можно осуществлять поимпульсную многоспектральную кодировку сканируемого излучения.

Возможен пленочный вариант исполнения пространственно-временного модулятора света и зеркал резонатора. В этом случае оптимальным является использование пространственно-временного модулятора света одновременно и в качестве подложки резонаторных зеркал.

Дополнительным положительным качеством предложенного устройства является легкость его сочленения с ЭВМ и с внешним координатным приемником излучения вследствие взаимно-однозначного соответствия расположенных на полупрозрачном зеркале резонатора зон генерации, которые задаются матрицами пространственно-временного модулятора света, с пространством предметов на выходе внерезонаторной линзы.

Экспериментальные исследования проводились на макетном образце лазера на парах меди (λ₁=510,6 нм; λ₂=578,2 нм) с саморазогревной газоразрядной трубкой типа "Квант" с внутренним диаметром 20 мм и длиной активной зоны 470 мм (общая длина трубки 770 мм).

Электроуправляемые пластины пространственно-временного модулятора света были выполнены на основе прозрачной электрооптической поликристаллической керамики ЦТСЛ-10, обладающей высоким электрооптическим эффектом, и высокой скоростью электрооптического отклика. Информационная емкость пространственно-временного модулятора света в составе двух пластин 32х32 бит, т.е. возможно 1024 дискретных направлений излучения лазера. Величины четвертьволнового динамического напряжения на рабочих длинах волн лазера (510,6 нм и 578,2 нм) составили, соответственно, 800 и 900 В, а полуволнового 1600 и 1800 В. При подаче полуволнового напряжения на электроуправляемые пластины происходил пробой межэлектродного промежутка. С четвертьволновым напряжением на линейных электродах пробоев не наблюдалось.

Фокусное расстояние просветленных сферических линз резонатора составляло 400 мм, для компенсации дисперсии внутрирезонаторных элементов использовались также двухлинзовые объективы. Толщина четвертьволновых пластин D выбиралась оптимальной для двух длин волн генерации лазера на парах меди. Использовались как селективные, так и полностью отражающие резонаторные зеркала. Селективные отражающие зеркала были выполнены с коэффициентом отражения на зеленой и желтой линиях генерации, соответственно 98% и 97% и коэффициентом пропускания <2% и <3% Коэффициент отражения полностью отражающего зеркала составлял 96% В качестве выходного зеркала резонатора использовалась плоско-параллельная кварцевая пластина с коэффициентом отражения 4%
Программируемое устройство управления позволяло задавать номер и порядок включения линеек электроуправляемых пластин пространственно-временного модулятора света, а также регулировать напряжение на отдельных линейных управляющих электродах с отклонением в пределах 20% от четвертьволнового.

Проверялась работа лазера по п.п. 1, 2, 3, 4, 8 формулы. При однокоординатном поимпульсном сканировании с использованием одной электроуправляемой пластины (п. 1 формулы, фиг. 1) с газоразрядной трубкой типа "Квант" была получена средняя мощность генерации на двух длинах волн ≈ 2 3 Вт, частота следования импульсов составляла 10 кГц, а длительность импульсов излучения 15 нс. При работе лазера в режиме двухкоординатного поимпульсного сканирования излучения (п. 4 формулы, фиг. 4) средняя мощность генерации снизилась до 0,1 Вт. Расположение электроуправляемых пластин пространственно-временного модулятора света вблизи глухого резонаторного зеркала (п. 2 формулы, фиг. 2) позволило увеличить среднюю мощность генерации в режиме двухкоординатного поимпульсного сканирования до 0,5 Вт. При использовании поляризационного делителя (п. 3 формулы, фиг. 3) был реализован режим поимпульсной двухспектральной кодировки сканируемого излучения при средней мощности генерации до 0,2 Вт для зеленой линии и 0,3 Вт для желтой. При использовании в схеме фиг. 3 для отвода излучения селективного отражающего зеркала (п. 8 формулы, фиг. 8) с коэффициентом отражения 96% для зеленой линии и коэффициентом пропускания 93% для желтой линии был также реализован режим поимпульсной двухспектральной кодировки сканируемого излучения при средней мощности генерации ≈ 0,2 Вт для зеленой линии и ≈ 0,3 Вт для желтой. В данном случае плоскости поляризации выходного излучения для зеленой и желтой компонент совпадают.

При проведении экспериментов была подтверждена возможность скоростного, поимпульсного переключения как направления луча в пространстве, так и по спектру генерируемых линий с частотой, превышающей 20 кГц, что недостижимо для других известных сканирующих лазеров.

Таким образом, вышеописанный лазер и его модификации прост по конструкции, надежен в эксплуатации, позволяет осуществлять спектральную поимпульсную кодировку сканируемого излучения. По своим функциональным параметрам он может найти широкое применение в системах лазерной локации и технологии.

По результатам экспериментов в НИИКИ ОЭП ВНЦ ГОИ им. С.И. Вавилова разработана конструкторская документация опытного образца сканирующего лазера И26 46.00.000 для высокоточной скоростной маркировки. Его изготовление на опытном производстве института завершается.

Сканирующий лазер И26 46.00.000 изготавливается по заказу Главного управления промышленности вооружения КРФ по оборонным отраслям промышленности с целью использования при высокоточной обработке изделий из различных материалов.

Использование: системы лазерной локации, связи, обработки, передачи и хранения информации, а также лазерные технологические установки для высокоточной обработки материалов. Сущность: в сканирующий лазер дополнительно введены полный поляризатор, расположенный между зеркалом резонатора и линзой, и четвертьволновая пластинка, установленная между зеркалом резонатора и поляризатором, при этом линейные управляющие электроды пластины пространственно-временного модулятора света расположены под углом 45^o к плоскости пропускания поляризатора, в качестве активного элемента выбрана среда с несколькими длинами волн генерации, толщина D четвертьволновой пластинки выбрана из определенного условия, а линза выполнена в виде ахроматизированных объективов на рабочие длины волн генерации. 8 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Сканирующий лазер, включающий расположенные на оптической оси резонатора частично пропускающее зеркало, первую сферическую линзу, установленную на фокусном расстоянии от зеркала, активный элемент, вторую сферическую линзу, установленную на двойном фокусном расстоянии от первой, полностью отражающее зеркало, установленное на фокусном расстоянии от второй линзы, пространственно-временной модулятор света, выполненный в виде внутрирезонаторной электроуправляемой пластины с линейными управляющими электродами, установленной вблизи зеркала резонатора, и источник накачки, отличающийся тем, что в него дополнительно введены полный поляризатор, расположенный между зеркалом резонатора и линзой, и четвертьволновая пластинка, установленная между зеркалом резонатора и поляризатором, при этом линейные управляющие электроды пластины пространственно-временного модулятора света расположены под углом 45^o к плоскости пропускания поляризатора, в качестве активного элемента выбрана среда с несколькими длинами волн генерации, толщина D четвертьволновой пластинки выбрана из условия

где λ₁, λ₂, ... λ_n- длины волн генерации лазера;
M₁, M₂, M_n целые числа;
показатели преломления для необыкновенного и обыкновенного лучей для длины волны λ_i,
а линзы выполнены в виде ахроматизированных объективов на рабочие длины волн генерации. 2. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что между внутрирезонаторной электроуправляемой пластиной и полностью отражающим зеркалом дополнительно введены второй поляризатор с ортогональной первому плоскостью поляризации, вторая внутрирезонаторная электроуправляемая пластина пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами и вторая четвертьволновая пластинка толщиной D, причем линейные управляющие электроды электроуправляемых пластин расположены взаимно ортогонально и под углом 45^o к плоскостям пропускания поляризаторов, а в качестве активного элемента выбрана среда с большим коэффициентом усиления и малым временем существования инверсии. 3. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что поляризатор выполнен в виде поляризационного делителя, по ходу отраженной поляризатором компоненты излучения дополнительно установлена четвертьволновая пластинка толщиной D, электроуправляемая пластина пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами и полностью отражающее зеркало, размещенное в фокусе второй сферической линзы, причем линейные управляющие электроды дополнительной электроуправляемой пластины расположены под углом 45^o к плоскости поляризации отраженной поляризатором компоненты, зеркала выполнены спектрально-селективными, а в качестве активного элемента выбрана среда с большим коэффициентом усиления и малым временем существования инверсии. 4. Лазер по п. 1, отличающийся тем, что между первыми зеркалом и сферической линзой дополнительно введены вторая внутрирезонаторная электроуправляемая пластина пространственновременного модулятора света с линейными управляющими электродами, вторая четвертьволновая пластинка толщиной D, второй полный поляризатор с такой же плоскостью поляризации, как и у первого, причем линейные управляющие электроды дополнительных электроуправляемых пластин расположены взаимно ортогонально и под углом 45^o к плоскости пропускания поляризаторов, а в качестве активного элемента выбрана среда с большим коэффициентом усиления и малым временем существования инверсии. 5. Лазер по п. 4, отличающийся тем, что поляризаторы выполнены в виде поляризационных делителей, по ходу отраженных поляризаторами компонент излучения дополнительно установлено по четвертьволновой пластинке толщиной D, электроуправляемой пластине пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами, а также частично пропускающему или полностью отражающему зеркалу, размещенному в фокусе первой и второй сферических линз соответственно, причем линейные управляющие электроды дополнительных электроуправляемых пластин расположены взаимно ортогонально и под углом 45^o к плоскости поляризации отраженных компонент, а зеркала выполнены спектрально-селективными. 6. Лазер по п. 2, отличающийся тем, что первый поляризатор выполнен в виде поляризационного делителя, по ходу отраженной поляризатором компоненты излучения дополнительно установлена четвертьволновая пластинка толщиной D, электроуправляемая пластина пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами и полностью отражающее зеркало, размещенное в фокусе второй сферической линзы, причем линейные управляющие электроды дополнительной электроуправляемой пластины расположены под углом 45^o к плоскости поляризации отраженной компоненты, а зеркала выполнены спектрально-селективными. 7. Лазер по п. 6, отличающийся тем, что по ходу отраженной поляризатором компоненты излучения между дополнительной внутрирезонаторной электроуправляемой пластиной и дополнительным полностью отражающим зеркалом введены второй дополнительный поляризатор с плоскостью поляризации, ортогональной плоскости поляризации отраженной компоненты, вторая дополнительная внутрирезонаторная электроуправляемая пластина пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами и дополнительная четвертьволновая пластинка толщиной D, причем линейные управляющие электроды электроуправляемых пластин расположены взаимно ортогонально и под углом 45^o к плоскости поляризации отраженной компоненты, а полностью отражающие зеркала выполнены спектрально-селективными. 8. Лазер по п. 4, отличающийся тем, что между поляризаторами и четвертьволновыми пластинками дополнительно введены по меньшей мере по одному селективному отражающему зеркалу, по ходу отраженной компоненты излучения которого дополнительно установлены четвертьволновая пластинка толщиной D, электроуправляемая пластина пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами, а также частично пропускающее или полностью отражающее зеркало, размещенное в фокусе первой и второй сферических линз соответственно, причем линейные управляющие электроды дополнительных электроуправляемых пластин расположены взаимно ортогонально и под углом 45^o к плоскости поляризации отраженной компоненты. 9. Лазер по п. 2, отличающийся тем, что между первым поляризатором и первой четвертьволновой пластинкой дополнительно введены по меньшей мере одно селективное отражающее зеркало, по ходу отраженной компоненты излучения которого дополнительно установлены четвертьволновая пластинка толщиной D, электроуправляемая пластина пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами, поляризатор с плоскостью поляризации, ортогональной плоскости поляризации отраженной зеркалом компоненты, вторая электроуправляемая пластина пространственно-временного модулятора света с линейными управляющими электродами, вторая четвертьволновая пластинка толщиной D и размещенное в фокусе второй сферической линзы полностью отражающее зеркало, причем линейные управляющие электроды дополнительных электроуправляемых пластин расположены взаимно ортогонально и под углом 45^o к плоскости поляризации отраженной компоненты, а полностью отражающие зеркала выполнены спектрально селективными.