ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР С ВЫСОКОЧАСТОТНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ Российский патент 2001 года по МПК H01S3/09 

Предлагаемое устройство относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании перестраиваемых по длине волны газовых лазеров повышенной мощности излучения.

Известен лазер (А. С. SU 782676), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и содержащий высокочастотный генератор накачки, устройство формирования поля накачки, активную среду и оптический резонатор. В известном лазере отсутствует перестройка длины волны выходного излучения, а продольный размер его велик. Отмеченные недостатки обусловлены типом оптического резонатора и конструкцией устройства формирования поля накачки лазера-прототипа.

Предлагаемое изобретение направлено на осуществление перестройки длины волны выходного излучения, пространственное совмещение выходных лучей лазера при работе на разных длинах волн и на повышение мощности одноволнового излучения.

Эта задача решается благодаря тому, что в предлагаемом лазере оптический резонатор образован металлическими, полностью отражающими, круглыми, соосными и софокусными сферическим вогнутым зеркалом и составным тарельчатым зеркалом, содержащим центрального выпуклую сферического область одинакового со сферическим зеркалом углового размера и краевую область в виде плоского прилегающего к центральной области кольца, внешний диаметр которого равен диаметру сферического зеркала, причем зеркала соединены с противоположными полюсами генератора накачки, а в центре одного из них напротив выходного полупрозрачного окна имеется отверстие, за которым вне резонатора установлена поворачиваемая дифракционная решетка, настроенная на максимум отражения в минус первый порядок дифракции.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен общий вид лазера, на фиг. 2 - его продольное сечение.

Лазер содержит герметичный корпус излучателя 1, заполненный рабочей газовой смесью; оптический резонатор, состоящий из металлического сферического зеркала 2 с осевым отверстием 3 и составного зеркала тарельчатого вида 4, имеющего краевую кольцевую область 5 и центральную сферическую область 6 с выходным окном 7; высокочастотный генератор накачки 8; коаксиальный кабель 9; дифракционную решетку 10 и устройство поворота решетки 11. Сферические поверхности зеркал имеют общий фокус F и одинаковый угловой размер 2α. Диаметр сферического зеркала - 2a, диаметр центральной области тарельчатого зеркала - 2b, внешний диаметр краевой кольцевой области - 2c.

Лазер действует следующим образом. Генератор накачки 8 вырабатывает высокочастотную электромагнитную энергию, которая по коаксиальному кабелю 9 подводится к зеркалам 2 и 4. Оба зеркала - металлические, поэтому выполняют роль электродов. Зеркала-электроды находятся внутри герметичного металлического корпуса 1, объем которого заполнен рабочей газовой смесью. Расстояние l между зеркалами-электродами выбрано так, чтобы, во-первых, обеспечивалась софокусность сферических поверхностей зеркал 2 и 4 (2l=R₁-R₂, где R₁ - радиус кривизны зеркала 2, a R₂ - радиус кривизны сферической части зеркала 4), а во-вторых, чтобы при заданном давлении рабочей газовой смеси мощность подводимого поля накачки была достаточной для пробоя зазора l и возбуждения газовой смеси. Пространство между зеркалами-электродами оказывается заполненным активной средой. Поверхности зеркал-электродов, обращенные друг к другу, характеризуются высоким коэффициентом отражения, поэтому при возникновении индуцированного излучения, надлежащей юстировке зеркал 2 и 4 и при превышении усиления над потерями поддерживается режим генерации лазерного излучения. В неустойчивой зоне оптического резонатора, образованной зеркалом 2 и софокусной с ним сферической областью 6 тарельчатого зеркала 4, излучение растекается в поперечном направлении. Плоская кольцевая область 5, внешний диаметр которой 2c равен диаметру 2a зеркала 2, "перехватывает" излучение, отраженное от последнего, и возвращает его в резонатор. Таким образом, в "верхней" и "нижней" половинах резонатора (фиг. 2) поток мощности оптического излучения совмещает быстрое движение между зеркалами с медленным циклическим перемещением в поперечном направлении от оси к внешнему краю и обратно. Наличие отверстия 3 в зеркале 2 приводит к выходу изучения за пределы зазора l. При этом оно падает на отражательную дифракционную решетку (эшелетт) 10. Дифракционная решетка работает в автоколлимационном режиме и настроена на максимальное преобразование падающего на нее излучения в изучение минус первого порядка дифракции. Наклон рабочей поверхности дифракционной решетки к оси резонатора изменяется с помощью устройства поворота 11. Каждому значению угла наклона решетки β_i соответствует автоколлимационное отражение и возвращение в зазор между зеркалами изучения определенной длины волны λ_i. Поэтому при фиксированном угле β лазер генерирует излучение, имеющее конкретную длину волны λ. При изменении β происходит перестройка лазера по длине волны. За счет пропускания окошка 7 часть оптической мощности выводится из резонатора и формирует выходной луч лазера. Вследствие автоколлимационной установки дифракционной решетки выходное излучение на любой длине волны направлено вдоль оси лазера и характеризуется повышенным уровнем мощности изучения в связи с возросшим по сравнению с прототипом объемом активной среды, участвующей в усилении изучения.

Таким образом, в предлагаемом лазере устраняются все недостатки лазера-прототипа. Предлагаемый лазер может быть реализован на отечественной элементной базе и не содержит никаких дефицитных материалов.

Предлагаемое устройство относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании перестраиваемых по длине волны газовых лазеров повышенной мощности излучения. В лазере применен оптический гибридный резонатор, образованный круглыми металлическими зеркалами, сферическим и составным, тарельчатого вида. Сферические области зеркал софокусны (одна вогнутая, другая выпуклая) и имеют одинаковый угловой размер. Одно из зеркал имеет на оси выходное окно, а другое - отверстие, за которым располагается отражательная дифракционная решетка. Решетка установлена автоколлимационно и поворачивается относительно оси резонатора. Металлические зеркала подключены к высокочастотному генератору накачки и выполняют роль электродов, в зазоре между которыми поддерживается разряд, создается активная среда и возникает генерация излучения. Технический результат изобретения: в лазере излучение перестраивается по длине волны, сохраняет пространственное совмещение при перестройке, имеет повышенную мощность. 2 ил.

Газовый лазер, включающий высокочастотный генератор накачки, устройство формирования поля накачки, активную среду и гибридный оптический резонатор, отличающийся тем, что оптический резонатор образован металлическими, полностью отражающими, круглыми, соосными и софокусными сферическим вогнутым зеркалом и составным тарельчатым зеркалом, содержащим центральную выпуклую сферическую область одинакового со сферическим зеркалом углового размера и краевую область в виде плоского прилегающего к центральной области кольца, внешний диаметр которого равен диаметру сферического зеркала, причем зеркала соединены с противоположными полюсами генератора накачки, а в центре одного из них напротив выходного полупрозрачного окна имеется отверстие, за которым вне резонатора установлена поворачиваемая дифракционная решетка, настроенная на максимум отражения в минус первый порядок дифракции.