ЛАЗЕРНЫЙ ПЕРЕДАТЧИК Российский патент 1999 года по МПК H04B10/02 

Изобретение относится к области оптической техники и может быть использовано в системах, использующих лазерное излучение.

Известен лазерный передатчик, описанный в книге: Б.Ф. Федоров "Лазеры, основы устройства и применение" 1988 г., М., изд. ДОСААФ СССР, стр. 30. Он может работать в непрерывном или квазенепрерывном режимах. Однако для осуществления импульсного режима с сохранением средней мощности излучения необходимо использовать дополнительные громоздкие узлы (например, отдельный импульсный лазер.

Известен лазерный передатчик, описанный в книге: Л.В. Тарасов "Знакомьтесь - лазеры". Радио и связь, 1988 г., стр. 149 - 151. Он состоит из лазера, который может работать в непрерывном, квазенепрерывном режимах и выходной оптической системы.

Для получения импульсного режима (например с частотой 10 кГц) осуществляются переключения оптического затвора лазера, работающего в непрерывном режиме из одного состояния в другое.

Частота излучения импульсов зависит от частоты переключения оптического затвора. Однако для увеличения импульсной мощности вводятся дополнительные усилительные узлы.

С помощью предлагаемого устройства увеличивается мощность излучения без введения дополнительных усилительных узлов.

Достигается это выполнением выходной оптической системы в виде блока из двух сходящихся градиентных световодов, повернутого вращающегося отражательного зеркала с отверстиями, его привода и двух линз, причем оптический выход лазера связан через первую линзу с первым оптическим входом блока из двух сходящихся градиентных световодов, второй оптический вход которого связан через вторую линзу с оптическим выходом повернутого вращающегося отражательного зеркала с отверстиями, жестко связанного с приводом, и имеющего оптический вход, связанный с оптическим выходом блока из двух сходящихся градиентных световодов.

На фиг. 1 и в тексте приняты следующие обозначения:
1 - привод вращающегося зеркала;
2 - вращающееся отражательное зеркало с отверстиями;
3 - линза;
4 - блок из двух сходящихся градиентных световодов;
5 - линза;
6 - привод поворотного зеркала;
7 - поворотное отражательное зеркало;
8 - отражательное зеркало;
9 - лазер;
при этом оптический выход лазера 9 связан с оптическим входом поворотного отражательного зеркала 7, жестко связанного с приводом поворотного зеркала 6, имеющего два оптических выхода, соответственно связанных с оптическим входом отражательного зеркала 8 и через линзу 5 с первым оптическим входом блока из двух сходящихся градиентных световодов 4, второй оптический вход которого связан через линзу 3 с оптическим выходом вращающегося отражательного зеркала с отверстиями 2, жестко связанного с приводом вращающегося зеркала 1 и имеющего оптический вход, связанный с оптическим выходом блока из двух сходящихся градиентных световодов 4.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Лазер 9 осуществляет формирование лазерного луча и может работать в непрерывном или в квазенепрерывном режимах. Луч отражается от поворотного отражательного зеркала 7, которое поворачивается с помощью привода поворотного зеркала 6 и далее, отразившись от отражательного зеркала 8, излучается в пространство. Однако узлы 6, 7 и 8 могут и не входить в состав данного устройства. В отличие от прототипа в данном устройстве осуществляется формирование световых импульсов с увеличенной мощностью излучения.

Рассмотрим вариант формирования световых импульсов при непрерывном режиме лазера 9. При этом поворотное отражательное зеркало 7 с помощью привода 6 разворачивается таким образом, чтобы луч не касался (см. фиг. 2) его и проходил через линзу 5 на вход первого световода блока из двух сходящихся градиентных световодов 4 под нулевым углом к оси первого световода и далее вдоль оси общего световода блока 5.

Пример исполнения линзы для ввода лучей под нулевым углом к световоду представлен, например, в книге А.М. Василевской и др. "Оптическая электроника, Ленинград, Энергоатомиздат, 1990 г., стр. 163 рис. 7.3б и 7.3в.

Пример конкретного исполнения сходящихся световодов, в том числе и градиентных световодов, имеющих минимальные потери, представлен, например, в книге: И. В. Верещагин и др. "Введение в оптоэлектронику. М., Высшая школа, 1991 г., стр. 129, рис. 4.11б и стр. 133 - 138.

После выхода из световода луч отражается от повернутого вращающегося отражательного зеркала с отверстиями 2 и проходит через линзу 3 на вход второго световода блока из двух сходящихся градиентных световодов так же под нулевым углом его оси. Далее он проходит вдоль оси общего световода, совмещаясь с лучом от лазера 9, так как лучи, двигающиеся вдоль оси градиентного световода не отклоняются. Линзы 3 и 5 служат для корректировки ширины луча и формирования плоского луча одинаковой ширины. Таким образом, осуществляется оптическое суммирование мощностей световых лучей, поступающих на первый и второй входы блока из двух сходящихся градиентных световодов 4.

Следовательно, на выходе блока 4 мощность луча будет почти в два раза больше, чем мощность луча с выхода лазера 9. С увеличением времени накачки, то есть при многократном прохождении световых лучей через блок из двух сходящихся градиентных световодов 4, мощность световых лучей на выходе этого блока будет так же многократно увеличиваться. Излучение световых импульсов в пространство осуществляется с помощью повернутого вращающегося отражательного зеркала с отверстиями. 2. Оно вращается в вертикальной плоскости и повернуто таким образом, чтобы луч, отразившись от его плоской зеркальной поверхности, попал в световод под нулевым углом к его оси. Вращение зеркала 2 осуществляется с помощью привода вращающегося зеркала 1. Излучение светового импульса осуществляется в момент нахождения на пути луча отверстия зеркала 2.

Пример исполнения вращающегося отражательного зеркала с отверстием представлен в книге Л. 3. Криксунов "Справочник по инфракрасной технике". М., Сов. Радио 1978 г., стр. 320 табл. 7.1, диафрагма N 3.

Для увеличения импульсной световой мощности лазерного передатчика можно использовать два и более последовательно соединенных блоков из двух сходящихся градиентных световодов и соответствующее количество непрерывных лазеров.

Предлагаемое устройство может быть использовано в лазерных передатчиках, где нет возможности введения сложных дополнительных узлов, требующих увеличения энергетических затрат и габаритов. Это обеспечит улучшение тактико-технических характеристик лазерных передатчиков и их экономическую эффективность из-за уменьшения громоздкости и энергозатрат.

Мощность светового импульса зависит от мощности света от лазера 9, затухания в контуре, и от времени накачки.

В общем виде мощность излучения P_и = P_л/K_з
где P_и - мощность излучения лазерного передатчика в импульсном режиме;
K_з - коэффициент затухания в контуре;
P_л - мощность излучения лазера.

При P_л = 1 Вт и K_з = 0,001 P_и = 10/0,001 = 1 кВт.

Частота излучения световых импульсов зависит от скорости вращения зеркала 2 и количества отверстий. При скорости вращения 30000 об/мин и количестве отверстий равном 100 частота излучений световых импульсов будет составлять 50 кГц.

Однако частоту можно уменьшить, используя на выходе электрооптический затвор.

На фиг. 2 показано расположение углов лазерного передатчика, имеющие следующие обозначения:
10 - привод вращающегося зеркала;
11 - повернутое вращающееся зеркало с отверстиями;
12 - линза;
13, 14, 15 - общий, первый и второй световоды блока из двух сходящихся градиентных световодов;
16 - линза;
17 - привод поворотного зеркала;
18, 19 - поворотное отражательное зеркало в разных положениях (во втором положении обозначено пунктиром);
20 - отражательное зеркало;
21 - лазер.

Стрелками показано направление распространения световых лучей (направление луча в непрерывном и квазенепрерывном режиме работы лазера 21 показано пунктиром).

Если лазер излучает квазенепрерывную световую энергию, то размер контура, по которому проходит луч, отразившись от зеркала 12 (см. фиг. 2), должен быть таков, чтобы в точку А импульсы от лазера 21 и отраженные от зеркала 11 приходили одновременно.

Например, при частоте квазенепрерывных импульсов от лазера 21 в 1 ГГц размер вышеупомянутого контура должен быть равен 30 см. При этом длительность импульсов может быть равна 10^-10 с.

Изобретение относится к области оптической техники и может быть применено в системах, использующих лазерное излучение. Достигаемый технический результат - увеличение мощности излучения без введения дополнительных усилительных узлов. Указанное достигается благодаря выполнению выходной оптической системы в виде блока из двух сходящихся градиентных световодов, повернутого вращающегося отражательного зеркала с отверстиями, его привода и двух линз, причем оптический выход лазера связан через первую линзу с первым оптическим входом блока из двух сходящихся градиентных световодов, второй оптический вход которого связан через вторую линзу с оптическим выходом повернутого вращающегося отражательного зеркала с отверстиями, жестко связанного с приводом и имеющего оптический вход, связанный с оптическим выходом блока из двух сходящихся градиентных световодов. 2 ил.

Лазерный передатчик, состоящий из лазера и выходной оптической системы, отличающийся тем, что выходная оптическая система выполнена в виде блока из двух сходящихся градиентных световодов, повернутого вращающегося отражательного зеркала с отверстиями, его привода и двух линз, причем оптический выход лазера связан через первую линзу с первым оптическим входом блока из двух сходящихся градиентных световодов, второй оптический вход которого связан через вторую линзу с оптическим выходом повернутого вращающегося отражательного зеркала с отверстиями, жестко связанного с приводом и имеющего оптический вход, связанный с оптическим выходом блока из двух сходящихся градиентных световодов.