Способ перестройки длины волны излучения лазера и перестраиваемый лазер для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК H01S3/82 

ритель 3 светового пучка оптический дефлектор 4 дифракционная решетка 5 резонатора, блок управпения б дефлеК тором, ответвляющая пластинка 1,, до- полнительньй дисперсионный элемент 8, фокусирующая система 9, набор 10 позиционно-чувствительных фотоприемников, устройство 11 поворота дисперсионного элемента лазера, блок управления 12 устройством поворота, блок 13 операционных усилителей и блок управления 14 перестраиваег-ым лазером.

Сущность нредлагаемо х о способа пе- рестройки заключается в следующем, Весь диапазон длин вoлJi, в предепах которого необходимо осуществить перестройку, разбивают на ряд поддиапазонов, каж,цый из которых характеризуется фиксированным угловым положением дисперсионного элемента резонатора и может перекрываться электронными средствами. Переход от одного поддиапазона к другому осуществляется за счет дискретного изменения углового положения дисперсионного элемента по отношению к оптической оси резо- : натора,

: Контроль абсолютного значения дпи- ны волны во всем диапазоне перестройки, в том гшсле при настройке на любую заданную длину волны ос лцествляется по угловому положению дисперсионного элемента в каждом из поддиапй зонов и величине упра1шяюпте го сигнап

Рассматриваемьш способ предполагает последовательное выполнение еле-- дующих операций:

1.Установка дис.перскоккого элемента резонатора в заданное начально угловое положение,,

2.Электронная перестройка дли1-гы волны в первом поддиапазоне за счет изменения величины сигнала;, управляющего углом падения лазерного дучка нэ дисперсионньш. элемент, от вьгбран™ ного начального значе:ния до значения

,определяющего граниду поддиапазона.

3.Осуществление пространственно- углового разложения световых пучков различных длин волн с помощью дополнительного элемента, обладающего спектральной; угловой дисперсией.

4« Фиксация УГЛОВОГО положения светового пучка при граничном значении упрад ляюще1ю сигнала например} УС помощью позиционно- г/зствительного приемникае

0

0

; с д

.„,, 35

40

30

55

5 а Изменение .управляющего сигнала до начах ьного значения,

6.Изменение угла между дисперсионным элементом и оптической осью резонатора до грубого совмещения углового положения лазерного пучка, испытывающего пространственно-угловое разложение, с зафиксированным ранее направлением.

7.Плавное изменение величины управляющего сигнала в области ее начального значения до точного совмещения углового положения лазерного пучка с зафиксированным .ранее направлением,

8.Определение нового углового положения дисперсионного элемента относительно оптической оси резонатора,

9.Электронная перестройка длины волны в следующем поддиапазоне за счет изменения величины управляющего сигнала,

10.Повторение операций по пп, 1-9 до перекрытия всего заданного диапазона длин волны,

1, Контроль абсолютного значения длины волны излучения за счет измерения величины управляющего сигнала и определения углового положения дисперсионного элемента в каждом поддиапазоне,

Перестраивае№1Й лазер, реаяизуш1дий данный способэ работает следующим образом.

Дифракционная рещетка 5 устанавливается в исходное положение, определяемое начальной длиной волны задан- лого диапазона перестройки, Блок уп- равления 14 включает источник накачки активного вещества лазера (на четреже не показан) и блок управления б - высокочастотный генератор, на котором устанавливается частота колебаний н:ижней частоте рабочего диапазона для выбранной акусто- оптической среды. При этом лазер генерирует излучение с длиной волны Д Затем по заданной программе частота колебаний изменяется в пределах рабочего диапазона от f.,|j до f,. , что вызывает перестройку длины йолны лазерного излучения в пределах Д . до

. Контроль длины волны осуществля-- ется блоком управления 14 на основе знания функции A(f)«

Часть выходного излучения лазера ответвляется плоскопараллелъной пластинкой 7 на дисперсионный элемент 8,

который выполняет функции устройств простряистненно-углового разложения излучения но длинам волн. Дифрагированные на дисперсионном элементе 8 световые пучки различных длин волн попадают под разными углами на фокусирующую систему 9 и фокусируются в различные точки, лежащие на линии, являклцейся пересечением плоскости

дисперсии и фокальной плоскости.

При достижении длины волны Д р соответствующий ей пучок излучения попадает на первый позиционно-чувст- вительный фотоприемник набора 10, сигнал с которого через операционный усилитель блока 13 поступает в блок управления 14, который подает команд высокочастотному генерато ру блока 6 на уменьшение акустической частоты

1Гр

до первоПосле этого

от граничного значения начального значения f блок управления 14 выдает команду блоку управления 12, который осуществляет поворот устройства 11 вместе с дифракционной решеткой 5. В результате этого поворота угол падения света на решетку изменяется от значения Q до значения Q-. Поворот осуществляется до грубого совмещения светового пучка с направлением, зафиксированным первым позиционно-чувствитель- ным приемником. Сигнал рассогласования с фотоприемника при неточном совпадении этих направлений подается на блок управления 14, который изменяет частоту высокочас тотногО генератора блока управления 6 в пределах Jf от значения f до значения fл„, при котором сдгнал рассогласования становится равным нулю. При величине f - f (f f определяют точное новое угловое положение-дифракционной решетки. После этого по заданной программе частота высокочастотного генератора блока управления 6 изменяется в пределах от f( до f ,, вызывая перестройку длины волны лазерного излучения во втором поддиапазоне от значений Положение светового пучка, соответствующее граничной акустической частоте . второго поддиапазона, фиксируется с помощью второго позиционно-чувствительного фотоприемника набора 10. Переход на следующий, третий поддиапазон, осуществляется в той же последовательности, что и переход с первого поддиапазона на вто- ррй.

Измеренное блоком упрапления 14 значение акустической частоты при найденных предлагаемым способом значениях точного углового положения дифракционной решетки 5 дает абсолютное значение длины волны в реальном масштабе времет, что документируется периферийными устройствами блока управления 14 (например, цифропеча- тью).

Формула изобретения

1. Способ перестройки длины волны излучения лазера с резонатором, содержащим дифракционную решетку и акустооптический дифлектор, заключающийся в разбиении диапазона перестройки на несколько поддиапазонов и управлении углом падения лазерного пучка на дифракционную решетку с помощью электронной перестройки дефлектора при изменении акустической частоты, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона перестройки, контролируемого по абсолютному значешпо длины волны излучения в реальном масштабе времени, совмещают границы поддиапазонов электронной перестройки, для чего задают исходное угловое положение дифракционной решетки и изменяют акустическую частоту от выбранного начального зн.а- чения, до значения, определяющего границу . первого поддиапазона электронной перестройки, фиксируют угловое положение лазерного пучка с длиной волнь , затем поворачивают дифракционную решетку на угол,равный углу электронной настройки, осуществляют совмещение углового положения лазерного пучка с зафиксированным ранее направлением за счет плавного изменения акустической частоты, после чего, изменяя акустическую частоту, продолжают электронную перестройку длины волны во втором поддиапазоне до значения, /I орр повторяют указанные

операции до перекрытия всего диапазона перестройки, при этом контролируют абсолютное значеш е длины вол{ш излучения по акустической частоте в каждом спектральном поддиапазоне.

2. Перестраиваемьй лазер, содержащий активный элемент, расширитель оптического пучка и дефлектор, расположенные в дисперсионном резонаторе, и блок управления дееЬлектором., о т л и

чающийся тем, что, с целью расширения диапазона перестройки, контролируемого по абсолютному значению длины волны в реальном масштабе времени, лазер содержит ответвитель части лазерного пучка и расположенные за ним последовательно дополнительный дисперсионный элемент, фокусирующую систему, набор позиционно-чувствительных фотоприемников, установленных вдоль линии, лежащей на пересечении плос сости дисперсии дополнительного дисперсионного элемента с фоу.алъной

плоскрстью фокусирующей систег- ы, а также устройство поворота дисперсионного элемента резонатора лазера с блоком управления устройством поворота, блок операционных усилителей, соединенных с позиционно-чувствитель- ными фотоприемниками, блок управления перестраиваемым лазером электрически соединен с операционными усилителями и блоками управления дефлектором и устройством поворота дис персионного элемента.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании перестраиваемых лазеров, лазерных монохроматоров, спектрометров и измерительных лазерных комплексов для целей спектроскопии, оптической связи и обработки информации. Цель изобретения - расширение диапазона перестройки, контролируемого по абсолютному значению длины волны в реальном масштабе времени. Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при создании перестраиваемых лазеров, лазерных монохроматоров, спектрометров и измерительных лазерных комплексов для целей спектроскопии , лазерного контроля окружающей среды, оптической связи, записи и обработки информации. Цель изобретения - расширение диапазона перестройки, контролируемого Сущность способа перестройки заключается в разбиении диапазона перестройки на поддиапазоны, каждый из которых характеризуется фиксированным угловым положением дисперсионного элемента и может перекрываться электронными (с помощью, например дефлектора) средствами. Переход от одного поддиапазона к другому осуществляется за счет дискретного изменения положения дисперсионного элемента и точного сшивания поддиапазонов электронными средствами. Устройство, реализующее способ, представляет собой лазер, в резонаторе которого имеется управляемый дефлектор и дисперсионный элемент, угловое положение которого изменяется в процессе работы. Сигналы для управления дефлектором и угловым положением дисперсионного элемента формируются с помощью дополнительного дисперсионного элемента, фокусирующей системы, блока позиционно-чувствительных фотоприем- НИКОВ и блока операционных усилите- лей. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. по абсолютному значению длиШ вдЛны в реальном масштабе времени. Рассматриваемый способ перестройки дпииы волны излучения лазера и перестраиваемый лазер для его осуществления поясняются чертежом, на котором показана принципиальная схема устройства, реализующая рассматриваемый способ. На чертеже приняты следующие обозначения: активный элемент 1 лазера, выходное зеркало 2, расшиW 00 4 О СП 00 05

I

Редактор Н.Козлова

Составитель Н,Кравцов Техред Л. Сердюков а ,:

Заказ 502

Тираж 394

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушск я наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г Ужгород, ул. Гагарина,101

Корректор В.Кабаций