РЕЗОНАНСНЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ Российский патент 2011 года по МПК H01S3/08 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано в лазерах для уменьшения ширины огибающей спектра лазерного излучения.

Известен лазерный резонатор (см. патент RU №637903, МПК: H01S 3/08, опубл. 15.12.1978 г., автор Зигфрид Польце), образованный отражателями, один из которых выполнен в виде дифракционной решетки, имеющей канавки, канавки дифракционной решетки выполнены с переменной глубиной и крутизной стенок, которые плавно уменьшаются по длине дифракционной решетки в направлении, перпендикулярном шагу канавки, причем ось поворота дифракционной решетки расположена вне оси резонатора.

Недостатком данного устройства является недостаточная линейная дисперсия у используемой дифракционной решетки для получения уменьшения ширины огибающей спектра лазерного излучения у линеек лазерных диодов при использовании коллимирующих линз небольшого (порядка 1,5 мм) размера.

Известно использование объемных Бреговских решеток (см. патент US №7298771, МПК: H01S 3/08, опубл. 29.09.2009, патент US №7596165, МПК: H01S 3/08, опубл. 29.09.2009), в качестве селективных зеркал для улучшения спектральных характеристик излучения лазера.

Недостатком данного устройства является чрезвычайно высокая сложность изготовления и как следствие высокая себестоимость устройства.

Наиболее близким аналогом-прототипом является резонансный отражатель, представляющий собой набор плоскопараллельных прозрачных диэлектрических пластин равной толщины без покрытий, разделенных строго фиксированным воздушным промежутком. Интерференционные явления, возникающие при многократном отражении света от пластин такого рефлектора, приводят к зависимости его коэффициента отражения от частоты (длины волны) излучения.

Однако данное устройство при использовании в качестве выходного зеркала имеет недостаточную его селективность из-за одинаковой толщины пластин.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в уменьшении ширины огибающей спектра лазерного излучения без использования трудных в изготовлении объемных Бреговских решеток.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в резонансном отражателе, состоящем из набора, по крайней мере, двух плоскопараллельных прозрачных пластин с различными толщинами, разделенных строго фиксированным воздушным промежутком, толщина одной пластины, толщина другой пластины и толщина воздушного промежутка удовлетворяет следующим условиям:

70≤d₁≤100, 170≤d₂≤200, 60≤t≤80,

где d₁ - толщина одной - первой плоскопараллельной прозрачной пластины, мкм;

d₂ - толщина другой - второй плоскопараллельной прозрачной пластины, мкм;

t - толщина воздушного промежутка, мкм.

Кроме того, в резонансный отражатель дополнительно введены разделительные пластины с толщиной 60≤h≤80, где h - толщина разделительной пластины, мкм, при этом разделительные пластины расположены между плоскопараллельными прозрачными пластинами; разделительные пластины расположены, по крайней мере, по двум краям плоскопараллельных прозрачных пластин.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, примером конкретного исполнения и описанием.

На фиг.1 схематично изображен резонансный отражатель.

На фиг.2 показана зависимость коэффициента отражения от длины волны резонансного отражателя, рассчитанного на 850 нм.

На фиг.3 изображено сужение ширины огибающей спектра лазерного излучения при использовании заявляемого резонансного отражателя.

На чертежах введены следующие обозначения:

1 - первая пластина плоскопараллельная прозрачная;

2 - вторая пластина плоскопараллельная прозрачная;

3 - воздушный промежуток;

4 - разделительные пластины.

Резонансный отражатель (см. фиг 1) состоит из набора, по крайней мере, двух плоскопараллельных прозрачных пластин 1 и 2, разделенных строго фиксированным воздушным промежутком 3, величину которого определяют разделительные пластины 4,

В наборе последовательно расположены пластины с различными толщинами, например, из двух, при этом толщина одной пластины d₁ отличается от толщины другой пластины d₂. В случае, если резонансный отражатель состоит из набора n пластин, тогда толщина каждой последующей пластины отличается от толщины предыдущей пластины, т.е. выполняется условие:

d₁≠d₂;

d₂≠d₃;

……

d_n-1≠d_n,

где n - число пластин в наборе,

d₁ - толщина первой плоскопараллельной прозрачной пластины,

d₂ - толщина второй плоскопараллельной прозрачной пластины,

d₃ - толщина третьей плоскопараллельной прозрачной пластины,

d_n-1 - толщина n-1-ой плоскопараллельной прозрачной пластины;

d_n - толщина n-ой плоскопараллельной прозрачной пластины.

Размеры - толщины первых двух пластин при n=2 находятся в пределах 70÷100 мкм, 170÷200 мкм, а размер - толщина воздушного промежутка находится в пределах 60÷80 мкм.

При толщинах, отличных от указанного диапазона, сужение ширины огибающей спектра лазерного излучения, например, у линеек полупроводниковых лазеров происходит неэффективно.

Резонансный отражатель работает следующим образом.

Интерференционные явления, возникающие при многократном отражении света от плоскопараллельных прозрачных пластин 1 и 2 (см. фиг.1) приводят к зависимости коэффициента отражения резонансного отражателя от длины волны излучения. Зависимость коэффициента отражения такого резонансного отражателя от длины волны является сложной функцией и определяется решением с помощью ЭВМ обычных уравнений оптики тонких пленок. На фиг 2 показана характерная зависимость коэффициента отражения от длины волны резонансного отражателя, рассчитанного на 850 нм, при толщинах пластин порядка 70÷100 мкм, 170÷200 мкм при воздушном промежутке размером 60÷80 мкм.

Промышленная применимость. Был изготовлен опытный образец резонансного отражателя РО-5 в лабораторных условиях. Испытания показали, что при использовании такого резонансного отражателя в качестве выходного зеркала, например, для полупроводникового лазера и линейки полупроводникового лазера происходит сужение ширины огибающей спектра лазерного излучения от первоначального значения 3,5 нм до значений 0,5 нм (см. фиг 3).

Заявляемое устройство может быть изготовлено методами серийного производства.

Работоспособность заявляемого устройства подтверждена экспериментально: конструкция резонансного отражателя изготовлена и опробована.

Резонансный отражатель состоит из набора, по крайней мере, двух плоскопараллельных прозрачных пластин. Пластины выполнены с различными толщинами и разделены строго фиксированным воздушным промежутком. Толщина одной пластины, толщина другой пластины и толщина воздушного промежутка удовлетворяет следующим условиям: 70≤d₁≤100, 170≤d₂≤200, 60≤t≤80, где d₁ - толщина одной плоскопараллельной прозрачной пластины, мкм; d₂ - толщина другой плоскопараллельной прозрачной пластины, мкм; t - толщина воздушного промежутка, мкм. Технический результат заключается в обеспечении возможности уменьшения ширины огибающей спектра лазерного излучения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Резонансный отражатель, состоящий из набора, по крайней мере, двух плоскопараллельных прозрачных пластин с различными толщинами, разделенных строго фиксированным воздушным промежутком, отличающийся тем, что толщина одной пластины, толщина другой пластины и толщина воздушного промежутка удовлетворяет следующим условиям: 70≤d₁≤100, 170≤d₂≤200, 60≤t≤80, где d₁ - толщина одной плоскопараллельной прозрачной пластины, мкм; d₂ - толщина другой плоскопараллельной прозрачной пластины, мкм; t - толщина воздушного промежутка, мкм.

2. Резонансный отражатель по п.1, отличающийся тем, что дополнительно введены разделительные пластины с толщиной 60≤h≤80, где h - толщина разделительной пластины, мкм, при этом разделительные пластины расположены между плоскопараллельными прозрачными пластинами.

3. Резонансный отражатель по п.2, отличающийся тем, что разделительные пластины расположены, по крайней мере, по двум краям плоскопараллельных прозрачных пластин.