УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИНХРОНИЗАЦИИ ИЗЛУЧЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ МНОГОЛУЧЕВОГО ЛАЗЕРА Советский патент 1994 года по МПК H01S3/00 

Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно к системам для синхронизации элементов многолучевых (газоразрядных, твердотельных и др. ) лазеров с целью улучшения направленности излучения, и может быть использовано в многолучевых лазерах, применяемых для обработки материалов, разделения изотопов и т.д.

Известно устройство для синхронизации элементов полупроводникового лазера с накачкой электронным лучом, представляющее собой полупрозрачное плоское зеркало, установленное на пути излучения, выходящего из лазера. За счет дифракционного обмена излучением между элементами устанавливается синхронизированный режим работы такого лазера. Однако данное устройство оказывается неприемлемым для газоразрядных многолучевых лазеров, так как из-за гораздо меньшей расходимости излучения (на 2-3 порядка) отдельных элементов внешнее зеркало приходится относить на значительное расстояние для того, чтобы излучение каждого элемента после отражения от зеркала попало в соседний элемент. Так, например, для осуществления дифракционного обмена энергией между излучателями, расположенными на расстоянии ≈ 1 см друг от друга, с расходимостью ≈ 10^-3 рад, внешнее зеркало необходимо располагать на расстоянии > 5 м от излучателей.

Наиболее близким к предложенному является устройство для синхронизации излучений элементов многолучевого лазера, оптические оси которых лежат в одной плоскости, эквидистантны и параллельны, содержащее отклоняющее излучение оптическую систему. Синхронизация лазеров происходит за счет того, что с помощью полупрозрачных зеркал излучение, выходящее из каждого лазера, расщепляется, отклоняется и попадает в остальные лазеры. Существенным недостатком этого устройства является большее количество зеркал и, как следствие, сложность конструкции и трудность юстировки.

Целью изобретения является упрощение устройства и повышение его надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для синхронизации излучений элементов многолучевого лазера, оптические оси которых лежат в одной плоскости, эквидистантны и параллельны, содержащем отклоняющую излучение оптическую систему, отклоняющая оптическая система выполнена в виде плоскопараллельной прозрачной для излучения пластины, пересекающей оптические оси элементов под углом α к их направлению, при этом рабочие поверхности ее перпендикулярны плоскости, в которой лежат оси активных элементов и плоского зеркала, оптически сопряженного через плоскопараллельную пластину с оптическими осями активных элементов, а угол α связан с толщиной плоскопараллельной пластины "b" и расстоянием между оптическими осями активных элементов "а" соотношением
= , где n - показатель преломления материала плоскопараллельной пластины.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлено устройство для синхронизации излучений элементов многолучевого лазера, оптические оси которых лежат в одной плоскости, эквидистантны и параллельны. Оно представляет собой плоскопараллельную прозрачную для излучения пластину 1, установленную на пути излучения, выходящего из каждого элемента 2,3... многолучевого лазера. Пластина пересекает оптические оси всех элементов под углом α, который определяется соотношением
= где b - толщина; n - показатель преломления пластины; а - расстояние между осями элементов.

Под углом 90^о - α к поверхности пластины со стороны падающих на нее лучей установлено плоское зеркало 4, причем нормали к рабочим поверхностям зеркала и пластины параллельны плоскости, в которой лежат оси элементов. Указанные требования к углу α и нормалям необходимы для попадания части излучения каждого элемента в соседний. Устройство работает следующим образом. Часть излучения элемента 2 отражается от задней поверхности пластины и падает на плоское зеркало, возвращаясь обратно и, отражаясь от передней поверхности пластины, попадает в элемент 3. Ход лучей остальных элементов совершенно аналогичен.

Таким образом, все элементы многолучевого лазера оказываются оптически связанными между собой, и поэтому при достаточной доле излучения, попадающего из одного элемента в другой, устанавливается синхронизованный режим работы, т.е. излучение всех элементов будет когерентно, вследствие чего произойдет уменьшение расходимости излучения. Упомянутая доля излучения определяется коэффициентами отражения зеркала и поверхности пластины, а также длиной оптического пути оси элементов до зеркала.

П р и м е р. Проводилась синхронизация семи элементов многолучевого лазера, расстояние между оптическими осями которых составляло а = 8,5 мм. Плоскопараллельная пластина из хлористого калия (n≈1,5) толщиной b = 11 мм располагалась под углом α≈45^о к оптическим осям элементов, плоское зеркало было сделано из меди. В предварительных экспериментах отмечено изменение распределения излучения в фокальном пятне, заключающееся в появлении центрального максимума, ширина которого была в несколько раз меньше размера пятна, получаемого при независимой работе элементов.

Указанная конструкция по сравнению с конструкцией прототипа значительно проще, поскольку в ней используется только одно зеркало, в то время как в прототипе их требуется 2(N-1), где N - число элементов. Вместе с тем применение данного устройства позволяет упростить эксплуатацию, т.к. количество юстируемых оптических элементов уменьшилось с 2(N-1) до двух.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИНХРОНИЗАЦИИ ИЗЛУЧЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ МНОГОЛУЧЕВОГО ЛАЗЕРА, оптические оси которых лежат в одной плоскости, эквидистантны и параллельны, содержащее отклоняющую излучение оптическую систему, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения его надежности, отклоняющая оптическая система выполнена в виде плоскопараллельной прозрачной для излучения пластины, пересекающей оптической оси элементов под углом α к их направлению, при этом рабочие поверхности ее перпендикулярны плоскости, в которой лежат оси активных элементов и плоского зеркала, оптически сопряженного через плоскопараллельную пластину с оптическими осями активных элементов, угол α связан с толщиной плоскопараллельной пластины b и расстоянием между оптическими осями активных элементов a соотношением
= ,
где n - показатель преломления материала плоскопараллельной пластины.