РЕЗОНАТОРНАЯ ПРИЗМЕННАЯ ПАРА Российский патент 1999 года по МПК H01S3/08 

Изобретение относится к лазерной технике, в частности к оптическим резонаторам открытого типа.

Известен резонатор [1], образованный двумя призмами полного внутреннего отражения. Призмы выполнены в виде призм-крыш, которые смещены друг относительно друга на некоторое расстояние. Недостатком такого резонатора является то, что юстировка достигается только при одном положении призм друг относительно друга, а именно в случае, когда ребра прямых углов параллельны друг другу.

В качестве прототипа [2] выбран резонатор, образованный двумя призмами полного внутреннего отражения, причем одна из призм выполнена в виде преобразованного триполя с плоскостью основания, наклоненной под углом Брюстера к нерабочей грани, одна или обе другие грани преобразованы в сферу, вторая призма выполнена в виде четырехгранной пирамиды с равными углами при вершине, противоположные грани которой взаимно перпендикулярны, а плоскость основания наклонена под углом Брюстера к плоскости, проходящей через два противоположные ребра пирамиды. Недостатком такой системы является большая угловая расходимость лазерного излучения, невозможность получения узкой диаграммы направленности.

Сущностью изобретения является обеспечение автоматической юстировки резонатора.

Это достигается тем, что резонатор образован двумя призмами полного внутреннего отражения, входные грани которого могут быть расположены под углом, близким к углу Брюстера относительно оптической оси резонатора, что позволяет устранить или существенно уменьшить потери на отражение.

Каждая призма имеет две взаимно перпендикулярные грани. Сечение одной из призм /далее призма A/ плоскостью, перпендикулярной ребру прямого угла, имеет вид прямоугольного треугольника с углом при вершине 8 - 45 градусов. Сечение второй призмы /B/ плоскостью, проходящей через ребро прямого угла, имеет вид треугольника с острым углом при вершине 8 - 45 градусов (углу Брюстера соответствуют углы, равные 11 ± 2 градуса, в зависимости от длины волны, для кварца). Призмы повернуты друг относительно друга таким образом, что ребра прямых углов образуют угол 90 ± 45 градусов. Входная грань первой призмы близка к параллельной ребру прямого угла, второй призмы наклонена под некоторым углом, близким к углу Брюстера относительно оптической оси. Ребра прямых углов после преломления выглядят повернутыми друг относительно друга на угол α от 45 до 135 градусов. Поворачивая одну из призм (или обе) можно изменять добротность резонатора в зависимости от длины волны. Поворотная ось призмы A параллельна ребру прямого угла, поворотная ось призмы B параллельна входной грани призмы.

Заявленная призменная пара отличается от прототипа тем, что в ней используется призма не известной ранее формы, что позволяет сделать вывод о соответствии решения критерию "новизна".

При изучении других технических решений в данной области техники призменные резонаторы, содержащие призмы предложенной формы с вышеописанным взаимным расположением, обнаружены не были. Следовательно, решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен резонатор в изометрической проекции; на фиг. 2 показан ход лучей в призмах в плоскостях, перпендикулярных оптической оси резонатора.

Резонаторная призменная пара образована двумя прямоугольными призмами полного внутреннего отражения, ребра прямых углов которых повернуты друг относительно друга на угол 90 ± 45 градусов. Если излучение, входящее в призму, лежит в плоскости, перпендикулярной прямому углу призмы, то выходящий из призмы луч будет параллелен падающему лучу, что справедливо только для луча, лежащего в этой плоскости. Поскольку призмы повернуты друг относительно друга на угол 90 ± 45 градусов, то плоскости, перпендикулярные граням прямых углов призм, автоматически образуют линию юстировки (оптическую ось) как линию пересечения двух плоскостей. Поскольку за счет дисперсии на входной грани происходит расщепление плоскостей, то для каждой длины волны излучения существует своя оптическая ось, то есть добротность резонатора различна для различных длин волн. Следовательно, поворачивая одну из волн (или обе), можно изменять длину волны резонатора (за счет дисперсии оптического материала). Таким образом, резонатор оказывается автоматически съюстированным для какой-либо длины волны в области прозрачного материала призмы. Используя призмы из различного материала, можно ограничивать спектральную область резонатора. Точность, с которой необходимо выдерживать поворот призм друг относительно друга на 90 градусов, зависит от числа проходов излучения в резонаторе (или коэффициента усиления активной среды). Рассмотрим сечение, перпендикулярное оптической оси (фиг. 2). Угол между осями призмы α. Ход луча получается последовательным построением симметричной точки при отражении от каждой из осей. Если угол точно равен 90 градусов, то через 4 такие построения картина повторяется. При точности установки 15 градусов вне зависимости от ориентации входных граней призм количество прохода излучения в результате будет около 5 - 10, что необходимо для селекции мод. По мере уменьшения коэффициента усиления (увеличения числа проходов) точность должна быть повышена. Излучение выводится из резонатора либо за счет отражения от призмы A или B, либо, если призмы ориентированы под углом Брюстера к оптической оси, от подложки, помещенной в резонатор.

Автоматическая юстировка резонатора достигается только благодаря использованию для призм полного внутреннего отражения описанной формы и расположенных друг относительно друга вышеуказанным образом. Причем при перестройке длины волны резонатора автоматическая юстировка сохраняется.

В качестве примера на фиг. 3 показана одна из призм, изготовленная из кварца, излучение из которой выводится из резонатора под углом 90 градусов к оптической оси.

Другой возможностью вывода излучения, как отмечалось выше, является введение в резонатор плоскопараллельной подложки и вывод излучения за счет отражения от подложки, что особенно важно в случае использования призм с углом падения на их грани точно равным углу Брюстера.

Источники информации
1. А.с. СССР 166382, H 01 S 3/08, 1964. - БИ 22.

2. А.с. СССР 175137, H 01 S 3/08, 1965. - БИ 22 /прототип/.

Использование: в лазерной технике, в частности, в оптических резонаторах открытого типа. Сущность изобретения: резонаторная призменная пара содержит две прямоугольные призмы полного внутреннего отражения. Сечения призм плоскостями, перпендикулярными ребру прямого угла каждой из призм, имеют вид треугольников с углом в сечении одной призмы 20 - 45^o, а угол треугольника в сечении второй призмы 8 - 45^o. Сечения могут иметь вид многогранников, образованных усечением этих треугольников. Призмы ориентированы относительно одна другой так, что падающий на любую из призм луч, направленный параллельно оптической оси, после преломлений и отражений в призме лежит в одной плоскости с падающим. Преломленные и отраженные лучи в каждой из призм лежат в плоскости, перпендикулярной ребру прямого угла соответствующей призмы. Пересечение этих плоскостей образует оптическую ось резонатора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Резонаторная призменная пара, содержащая две призмы полного внутреннего отражения, образующие оптическую ось, отличающаяся тем, что призмы выполнены прямоугольными, при этом сечение одной из призм плоскостью, перпендикулярной ребру прямого угла, имеет вид треугольника с одним из углов от 20 до 45^o или многогранника, образованного усечением этого треугольника, причем сечение второй призмы плоскостью, перпендикулярной ребру прямого угла, имеет вид треугольника с одним из углов от 8 до 45^o или многогранника, образованного усечением этого треугольника, а призмы ориентированы относительно друг друга таким образом, что падающий на любую из призм луч, направленный параллельно оптической оси, после преломлений и отражений в призме лежит в одной плоскости с падающим, причем преломленные и отраженные лучи в любой из призм лежат в плоскости, перпендикулярной ребру прямого угла. 2. Призменная пара по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно в резонатор введена подложка для вывода излучения.