ИСТОЧНИК ИМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК G02B27/09 H01S5/40 

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к сумматорам оптического излучения, и может быть использовано для усиления мощности лазерного излучения в волоконно-оптических линиях связи, сетях, информационно-измерительных системах, технологическом оборудовании, в бытовых приборах, медицине, системах опознавания и наведения, для охраны объектов от посторонних и пожара, системах активной оптической локации и т.п.

Известен источник излучения на основе лазерных диодов (RU2172972C1, МПК G02B 27/09, H01S 5/40, опубл. 27.08.2001), излучение которых суммируется оптической системой, например, в виде набора призм для образования общего пучка излучения, который затем с помощью фокусирующей линзы вводится в оптическое волокно.

Недостатками известного устройства являются большие массовые и габаритные характеристики и низкая надежность устройства, а также необходимость применения нескольких лазерных источников.

Известен источник излучения на основе лазерных диодов (RU2163048C1, МПК H01S 3/09, H01S 3/091, опубл. 10.02.2001). Оптическая система устройства содержит отображающее средство, помещенное между излучающими источниками и зоной фокусировки, в которое входит средство формирования излучения и средство фокусировки излучения. Средство формирования включает средство коллимирования излучения и средство для создания суммируемого пучка. Лазерное излучение от каждого лазерного диода после коллимирования передается на призматическое средство суммирования и общее коллимирующее средство (цилиндрическая линза). В результате формируется единый однородный пучок, который фокусируется сферическим объективом на торце сердцевины оптического волокна.

Недостатками известного устройства является низкая надежность устройства, связанная с необходимостью применения нескольких лазерных диодов с близкими параметрами излучения и вводом суммируемого излучения в оптическое волокно.

Наиболее близким устройством по технической сущности к заявляемому техническому решению, выбранным в качестве прототипа, является источник импульсного лазерного излучения (RU189439U1, МПК H01S 3/10, G02B 6/00, опубл. 22.05.2019), который содержит задающий перестраиваемый генератор прямоугольных импульсов, выход которого подключен к входу импульсного лазера, а также средство кольцевой оптической задержки (далее - кольцевое средство) и фокусирующую систему. Устройство за счет использования кольцевого средства и дальнейшего суммирования интенсивностей импульсов излучения на входе в кольцевое средство за счет их циркуляции в нем позволяет сформировать на выходе из устройства лазерный импульс высокой пиковой мощности относительно пиковой мощности импульсов, поступающих на вход средства кольцевой оптической задержки.

Недостатком известного устройства, взятого в качестве прототипа, является зависимость энергетической эффективности устройства от точности изготовления кольцевого средства по длине, величина которой связана с частотой следования лазерных импульсов, поступающих на его вход. Применение импульсного лазера в прототипе приводит к необходимости использования в его составе сложной системы, обеспечивающей пассивную или активную синхронизацию лазерных импульсов, циркулирующих и поступающих на вход кольцевого средства, что приводит к увеличению массогабаритных характеристик, снижению надежности и удорожанию всего устройства в целом. Кроме того, максимальная частота следования импульсов лазерного излучения, формируемых на выходе из устройства, всегда меньше частоты следования исходных лазерных импульсов f, поступающих в кольцевое средство, и ограничивается числом циркуляций лазерных импульсов в кольцевом средстве N, которое приводит к уменьшению этой частоты в N раз.

Задачей изобретения является повышение надежности, уменьшение массогабаритных параметров и расширение частотного диапазона работы устройства.

Указанная задача решена за счет того, что источник импульсного лазерного излучения содержит непрерывный лазер, оптически связанный с кольцевым средством, выход которого подключен к информационному входу коммутирующего устройства, а выход коммутирующего устройства соединен с фокусирующей системой. Отличает устройство от известных аналогов то, что лазер, используемый в устройстве, генерирует непрерывное излучение.

Положительный технический результат от использования устройства заключается в повышении надежности и расширении частотного диапазона работы устройства за счет применения непрерывного лазера вместо импульсного лазера, уменьшения стоимости и массогабаритных параметров, а также отказа от необходимости точного изготовления кольцевого средства по длине.

Состав и принцип действия изобретения поясняются чертежами, где на фиг. 1 приведена структурная схема источника импульсного лазерного излучения, на фиг. 2 - его принципиальная схема, на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу источника импульсного лазерного излучения.

Источник импульсного лазерного излучения состоит (см. фиг. 1) из последовательно соединенных непрерывного лазера 1, средства кольцевой оптической задержки 2, выполненного, например, из отрезка оптического волокна в виде кольца или для уменьшения габаритов устройства - в виде замкнутой катушки из оптического волокна с числом витков от одного до m, и имеющее определенное расчетом время задержки оптического импульса, коммутирующего устройства 3 и фокусирующей системы 4 для формирования заданной диаграммы направленности пучка на выходе коммутирующего устройства 3, блока управления 5, соединенного с управляющим входом коммутирующего устройства 3. Блоки 1 - 4 оптически связаны между собой. Коммутирующее устройство 3 содержит управляемый оптический затвор, действующий на основе оптического эффекта Поккельса.

Источник импульсного лазерного излучения работает следующим образом (см. фиг. 2).

Пучок излучения, формируемый непрерывным лазером 1, поступает на средство кольцевой оптической задержки 2. Этот пучок совершает полный оборот в кольцевом средстве 2 в течение времени T = L/v, где v - скорость света в оптической среде кольцевого средства 2, L - длина кольцевого средства 2. После каждого оборота в точке синхронизации происходит наложение части пучка лазерного излучения с длительностью T, поступающего на вход кольцевого средства 2, на циркулирующий пучок, и цикл продолжается до определенного количества оборотов N, зависящего от допустимого затухания в линии задержки.

При этом на управляющий вход коммутирующего устройства 3 поступают электрические импульсы от блока управления 5 с частотой (1/N⋅T), величина которой задается независимо от режима работы лазера. При поступлении электрического импульса блока 5 на управляющий вход коммутирующего устройства 3 коммутирующее устройство 3 переключает канал циркуляции оптического излучения по средству кольцевой оптической задержки 2 на выход коммутирующего устройства 3. При этом на выходе из коммутирующего устройства 3 формируется импульс оптического излучения с амплитудой, равной N раз просуммированной интенсивности J₀ исходного пучка, поступившего от непрерывного лазера 1 на вход средства кольцевой оптической задержки 2 в течение времени N⋅T, определяемого частотой импульсов от блока 5.

Далее полученный лазерный пучок проходит через фокусирующую систему 4, которая формирует заданную диаграмму направленности излучения. В результате на выходе предложенного устройства образуется импульсное лазерное излучение J_вых, превосходящее по интенсивности импульсы J₀ исходного пучка лазера 1 (см. фиг. 3). При этом частота следования импульсов на выходе устройства будет составлять (1/N⋅T), а их длительность - T.

На фиг. 3 приведены временные диаграммы, поясняющие работу источника импульсного лазерного излучения: J₁(t) - временная функция интенсивности пучка, сформированного непрерывным лазером 1; J₂(t) - временная функция интенсивности лазерного излучения, формируемого в средстве кольцевой оптической задержки 2 в точке синхронизации после i-го обхода; J_вых(t) - интенсивность лазерного излучения, сформированного на выходе из коммутирующего устройства 3; J₀ - значение интенсивности излучения, сформированного непрерывным лазером 1 и поступающего на вход средства 2.

Таким образом, в предлагаемом устройстве за счет применения непрерывного лазера снижаются стоимость и массогабаритные показатели устройства, повышается его надежность и расширяется его частотный диапазон работы.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к сумматорам оптического излучения. Источник импульсного лазерного излучения, содержащий лазер, средство кольцевой оптической задержки, коммутирующее устройство и фокусирующую систему, при этом использован лазер, генерирующий непрерывное излучение, к управляющему входу коммутирующего устройства подключен блок управления, формирующий электрические импульсы заданной частоты, которая соответствует частоте следования импульсов лазерного излучения, сформированных на выходе источника через фокусирующую систему, коммутирующее устройство выполнено в виде управляемого электрооптического дефлектора, на выходе источника установлена фокусирующая система, выполненная в виде линзового объектива. Технический результат - повышение надежности и расширение частотного диапазона работы устройства, уменьшение стоимости и массогабаритных параметров. 3 ил.

Источник импульсного лазерного излучения, содержащий лазер, средство кольцевой оптической задержки, коммутирующее устройство и фокусирующую систему, отличающийся тем, что использован генерирующий непрерывное излучение лазер, к управляющему входу коммутирующего устройства подключен блок управления, формирующий электрические импульсы заданной частоты, которая соответствует частоте следования импульсов лазерного излучения, сформированных на выходе источника через фокусирующую систему, коммутирующее устройство выполнено в виде управляемого электрооптического дефлектора, на выходе источника установлена фокусирующая система, выполненная в виде линзового объектива.