Устройство для стабилизации энергии импульсов излучения лазера Советский патент 1987 года по МПК H01S3/13 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при создании оптических квантовых генераторов с внешней стабилизацией энергии выходного из лучения.

Известно устройство для стабилизации интенсивности лазерного излучения на основе интерферометра Ф абри-Перо, содержащее два параллельных друг другу зеркала с коэффициентами отражения, близкими к 100%, и помещенную между ними нелинейную среду, обладающую свойством изменить показатель преломления под .действием излучения.

Недостатком устройства является небольшой динамический диапазон, т.е. диапазон изменений входной интенсивности, которые могут быть компенсированы устройством. Кроме того, его быстродействие ограничено временем, в течение которого устанавливается картина максимумов пропускания интерферометра Фабри-Перо, т.е временем многократного цробега светом расстояния между зеркалами (что составляет обычно более с) и ограничивает использование стабилизаторов в технике ультракоротких (пикосекундных) импульсов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для стабилизации энергии импульсов излучения лазера, содержащее установленные последовательно по ходу излучения лазера светоделительную пластину, оптическую линию задержки, поляризатор, нелинейную среду, связанную посредством цепи управления со светоделительной пластиной, и анализатор.

Цепь управления подключена к электрооптическому кристаллу и выполнена В| виде электрической цепи. Она содержит фотодетектор, преобразующий световой импульс в электрический , блок формирования электрического импульса и высоковольтный усилитель.

Недостатком прототипа является сложность цепи управления.

Блок формирования электрического импульса в цепи управления не является стандартным электронным устройством, его функция и характеристики специфичны для стабилизатора энерги световых импульсов. К блоку высоковольтного усилителя в цепи управления предъявляются высокие требования к линейности усиления.

Кроме того, вся цепь управления включая фотодетектор, блок формирования и блок усиления, должна обладать, как это следует из описания прототипа, повышенной стабильностью

и воспроизводимостью параметров от импульса к импульсу в сочетании с быстродействием в наносекундном диапазоне длительностей, который близок к пределу для быстродействия

электронных устройств.

Цель изобретения - упрощение конструкции устройства и повышение стабильности излучения лазера. Поставленная цель достигается

тем, что в устройстве для стабилизации энергии импульсов оптического излучения лазера, содержащем установленные последовательно по ходу излучения лазера светоделительную

пластину, оптическую линию задержки, поляризатор, нелинейную среду, с которой, через цепь управления взаимосвязана светоделительная пластина, и анализатор, нелинейная среда

выполнена в виде кюветы с раствором просветляющегося кристалла, а цепь управления содержит установленные по ходу ответвленной от светоотделительной пластины части излучения по воротное зеркало и второй поляризатор, плоскость поляризации которого образует угол об , удовлетворяющий соотношению О- oi 90 , с плоскостью поляризации первого поляризатора. ,

Использование раствора просветляющегося красителя в качестве нелинейной среды позволяет цепь управле- ния вьтолнить чисто оптической. Введение оптической цепи управления позволяет отказаться от сложной электрической цепи, управления и использовать вместо нее стандартные оптические элементы.

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит расположенные последовательно на пути входного излучения и оптически связанные светоделительную пластину 1, оптическую линию 2 задержки, первый поляризатор 3, кювету .4 с раствором просветляющегося красителя и анализатор 5. После светоделительной пластины 1

по ходу ответвленной части излучения размещены поворотное зеркало 6 и второй поляризатор 7, оптически связанньй с кюветой 4 раствора просветляющегося красителя и установленный так, чтобы его плоскость поляризации IIj составляла бы с плоскостью поляризации П первого поляризатора угол л, , О oi 90° .

Устройство работает следующим образом.

Полупрозрачная светоделительная пластина 1 разделяет падающее входное излучение на две части: стабилизируемую и управляющую. Стабилизируемая часть излучения через линию 2 задержки падает на оптическую систе му стабилизации, включающую кювету 4 с раствором просветляющегося красителя (например, № 1052 в нитробензо- ле), установленную между поляризатором 3 и анализатором 5 (например, призмами Глана).

Поляризатор 3 и анализатор 5 не скрещены. Угол & расстройки плоскости поляризации П анализатора 5 от положения скрещения сплоскостью П, поляризации первого поляризатора 3определяется свойствами красителя и устанавливается экспериментально. Угол выбирается так, чтобы на зависийости энергии Q выходного излучения от времени задержки t между разветвленными стабилизированной и управляющей частями наблюдалась область затемнения. В грубом приближении 0 , а точное условие , где - угол поворота плоскости поляризации электрического вектора Е стабилизируемого излучения в р€;зультате прохождения через раст-. вор красителя (причем угол |3 является функцией энергии Q tj ответвленного управляющего импульса). Без управляющего импульса система пропуска.ет стабилизируемое излучение с постоянной энергией Q,,.

Ответвленная з равляющая часть с плотностью энергии.QU, равной или больше плотности энергии на.сыщения красителя, падает на поворотное зеркало 6 с коэффициентом отражения, близким 100%, поляризуется вторым поляризатором 7 и падает на кювету 4, где пересекается со стабилизирув мой частью. Приход управляющего нм пульса излучения в момент с

поляризацией Hj наводит в красителе дихроизм просветления и двулучепреломление. Наибольшая величина дихро изма просветления соответствует углу 0 45 , поэтому это значение угла является оптимальным.

Возникновение в растворе красителя дихроизма просветления приводит к 0 изменению направления плоскости поляризации проходящего света, т.е. плоскость поляризации Е электрического вектора стабилизируемого импульса несколько поворачивается 5 (на Ь . Когра анализатор 5 повернут в сторону от этого поворота, .. пропускание анализатора падает. Таким образом, в результате действия управляющего импульса пропускание 0 устройства становится меньше, чем в спучае без управляющего импульса. Если не учитывать наведенного в красителе двулучепреломления, то пропускание системы может упасть до 5 нуля. Однако в красителях под действием мощного излучения наряду с просветлением в общем случае возникает и двулучепреломление. Это приводит к тому, что пропускание систе- . 0 мы падает не до нуля.

В определенном интервале времени задержки зависящем, главным образом, от свойств используемого красителя, уровень пропускания устройства 5 падает ниже уровня пропускания без управляющего излучения: происходит затемнение устройства. Для стабилизации энергии выходного излучения необходимо выбрать время за0 держки именно в области затемнения. Тогда флуктуация энергии импульса входного излучения от некоторого среднего уровня Q, будет компенсиро вана изменением пропускания системы, 5 вызванным управляющим импульсом, и на выходе разброс энергий может быть сделан весьма малым.

Для стабилизации энергии излучения неодимового лазера с длиной вол0 ны А 1 ,06 мкм и длительностью

импульса 5 ПС бьто использовано устройство, содержащее кювету с раствором красителя 1052 в нитробензоле (толщина кюветы 1 мм при начальном . 5 пропускании Т 2%). При угле расстройки анализатора 5 QT положения скрещений с поляризатором 3 У 6 область затемнения оказалась в интервале времен задержки t от 100

511275J7 .6

до 400 ПС. Оптимальный режим работы Введение чисто оптической цепи

устройства достигается при установкеуправления и использование эффекта

линии 2 задержки на время 250 пс. Взатемнения позволяет использовать

этом случае разброс энергии на вы-g устройство для стабилизации энергии

ходе составляетпикосекундных импульсов длитель.Qностью от единиц до сотен пикосеQ «5%кунд. №1пульсы короче 1 пс взаимопри разбросе энергии на входедействуют с красителем иначе, необ uQ 257лаксацию молекул, и поэтому возникаQ °ет ограничение снизу.

10 ходимо учитьшать колебательную ре

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ЭНЕРГИИ ИМПУЛЬСОВ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА, содержащее установленные поспедовательно по ходу излучения лазера светоделительнзлю пластину, оптичес.кую линию задержки, поляризатор, нелинейную среду, связанную посредством цепи управления с светоделительной пластиной, и анализатор, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции и повьшении стабильности излучения лазера, нелинейная среда выполнена в ви:де кюветы с раствором просветляю|щегося красителя, а цепь управления содержит установленные по ходу iответвленной от светоделительной пластины части излучения поворотное $ зеркало и второй поляризатор, плоскость поляризации которого образует угол oi , удовлетворяющий условию , с плоскостью поляриза ции первого поляризатора. §