Субмиллиметровый лазер Советский патент 1986 года по МПК H01S3/82 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть исполь- зовано для оптимизации ввода излучения накачки и вьшода генерируемого излучения нри создании многочастотных субмиллиметровых (СММ) лазеров с оптической накачкой, нашедших применение в магнитоспектроско- пии твердого тела, лазерной интерферометрии плазмы, метрологии частоты и экспериментах по Томсоновскому рассеяншо света.

Цель изобретения - повьшение КПД лазера.

На чертеже показан субмиллимет- ровьй лазер с оптической накачкой.

Лазер содержит газоразрядную трубку 1 оптического лазера накачки, например СО -лазера, кювету 2 с активным веществом субмиллиметрового лазера, оптический резонатор лазера накачки, образованньй эшелеттом 3 и зеркалом 4, и субмиллиметровый резонатор, образованньй тем же зеркалом 4, промежуточным зеркалом 5, установленным внутри оптического резонатора,, и зеркалом 6 -для вьюода СММ- излучения. Газоразрядная трубка 1 и кювета 2 имеют соответственно брюс- терные окна 7 и 8, например, из ар- сенида галлия, прозрачного для излучения накачки. В кювете 2 за зеркалом 6 установлено герметизирующее окно 9 из материала, прозрачного для СММ-излученш, например кристаллического кварца или кремния. Ось оптического резонатора накачки совпадает с нормалью к отражающей поверхности в центре зеркала 4 и направлением падающего на эшелетт или отраженного от него в первом порядке излучения накачки. Эшелетт 3 установлен по схеме Литрова с возможностью вращения вокруг оси, лежащей в плоскости эшелетта и перпендикулярной оси лазера. Ось СММ-резонатора изогнута под углом 2 ) и совпадает с нормалями к плоскостям зеркал 4 и 6. СММ-излучение падает вдоль нормали .зеркала 4 к промежуточному зеркалу 5 и после зеркального отражени.я от него направление падения излучения сов па,п;ает с нормалью к зеркалу 6. Обе нормали образуют угол падения i с нормалью промежуточного зеркала 5 и лежат с ней в одной плоскости, являющейся плоскостью падения излучения на зеркала 4-6 СММ-резонатора

-.

10

15

77271

Зеркала 4 и 5 установлены в кювете СММ-лазера неподвижно, а зеркало 6 установлено на сильфон 10, соединенный с отсеком II кю-веты 2, и может перемещаться вдоль оси СТ М-резона- тора с помощью микрометрических винтов или пьезокорректора (не показаны) . Зеркало 4, общее для субмиллиметрового и оптического резонаторов, выполнено непрозрачным для излучения, например из меди или золота. Зеркало 6 не имеет контакта с излучением накачки и выполнено частично прозрачным для СММ-излучения, например, в виде двумерной медной решетки. Промежуточное зеркало 5 выполнено в виде двумерной решетки из скрещенных металлических полос с одинаковым периодом в обоих измерениях и обладает одновременно высокой пропускающей способностью для излучения накачки и высокой отражающей способностью плоского зеркала для СМИ-из- лучения. Полоски решетки зеркала 5 в одном измерении ориент фованы параллельно, а в другом - перпендикулярно плоскости падения излучения, которая в данном варианте nepnei-щикулярна ориентации линейно поляризации волны накачки. Плоскость решетки промежуточного зеркала 5 установлена относительно оси оптического резонатора под острым углом 4 выбранным в пределах

, 65°,

20

25

30

35

если линейная поляризация волны накачки перпендикулярна плоскости падения излучения, и под углом - если линейная поляризация волны накачки параллельна плоскости падения, где угол находится в пределах

90° , 80°

При этом периоды решетки g и g для . первого и второго случая соответственно удовлетворяют условиям g/2a х 3,7

0,87А 0,88Л,

0,69N 0,87Д

где g и а - период и полуширина полосок, образующих решетку, соответственноi Д - длина волны накачки, а максимальньй коэффициент пропускания решетки при углах падения Ч и Ч , равный Т, .удовлетворяет условию Т Т - 0,01,

где Т - максимальный коэффициент

пропускания решетки при нор мальном падении излучения. Лазер работает следующим образом.

В газоразрядной трубке 1, заполненной СО , возбуждается разряд. На- правлеьше вектора поляризации возбуж даемого оптического излучения накачки определяется ориентацией брюстер- ных окон 7 и 8. Максимальная прозрач ность окон 7 и 8 соответствует поляризации излучения параллельно их плоскости падения. Поэтому вектор напряженности электрического поля на качки ориентирован параллельно плоскости падения на брюстерные окна и перпендикулярно плоскости падения на двумерную решетку промежуточного зер кала 5, полоски которой в одном измерении, параллельны этому вектору, в другом - перпендикулярны. Оптическое .излучение свободно проходит через двумерную медную решетку промеясуточ- ного зеркала 5, угол установки которого к оси оптического резонатора Ч и период g выбраны в зависимости от ориентации линейной поляризации этого излучения, попад,ает на зеркало 4, образующее оптическ1ш резонатор с эшелеттом 3. Вращая эшелетт 3 вокруг оси, совпадающей с его-плоскостью и перпендикулярной оси резонатора, настраивают его на выбранную волну Д . Оптическое излучение, поглощаемое на вращательно-колебательных переходах активного вещества, заполняющего кювету 2, при настроенном на резонансную длину L субмиллиметровом резона

10

15

77271

торе приводит к возн1 кновен1по СММ- излучения. Длина резонатора настраивается с помощью микрометрического винта или пьезокорректора при нереме- 5 щении зеркала 6. При этом поляризация колебаний генерируемого излучения устанавливается параллельно 1ши перпендикулярно Л1Шейной поляризации волны накачки в соответствии с правилами дипольных переходов, так как добротность СММ-резонатора, содержащего двумерную решетку в качестве промежуточного зеркала, не зависит от ориентации поляризащш излучения. Двумерная решетка в нулевом порядке одинаково хорошо отражает СММ длины волн А произвольной поляризации, десятикратно npeBbmiaionuie ее период. CMt-1-излучение, отраженное от зеркала 4, падает на зеркало 5 под углом V , отрахсается от него под этим же углом и попадает на частично проз- рггчное для этого излучения зеркало б и также отражается от него. В результате многократного прохождения СММ-излучения через объем акт1шного вещества, заполняющего кювету 2 и ее отсек 11, происходит усиление и генерация излучения на длине волны, определяемой положением зеркала б, т.е. длшюй L cyб uLллJшeтpoвoгo резонатора. Генерируемое излучение выводится по всему сеченшо полупрозрачного зеркала 6 через окно 9. Перестройка 35 СМИ-лазера по волн осуществляется изменением угла наклона эшелет- та 3 относительно оптического резонатора и перемещением зеркала 6 вдоль оси СММ-резонатора.

20

25

30

ВШИЛИ Заказ 6752/51 Тиралс 597Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4