Способ получения одиночных пикосекундных импульсов лазерного излучения Советский патент 1991 года по МПК H01S3/101 

(.46) 30.06,91 . Бюл, № 24 (21) 4037307/25 (22) 02.01.86 .

(71)Институт физики АН БССР

(72)В.М.Катаркевич, А.Н.Рубинов и Т.Ш.Эфендиев

(53)621.375.8(088.8)

(56)Вог Is. Tunable picosecund pulse generation by an N -laser pumped self Q-Switched distributed feedback dyl laser. lEEE J. of Quant, Electron 1980, V. QE-16, № 5, p. 517.

Bor Is., Schafer F.D. Nev single pulse generation technique for distributed feedback dye lasers. Appl. Physics, 1983, v. B31, p. 209,

(54)СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОДИНОЧНЫХ ПИКО- СЕКУНдаыХ ИМШ ЛЬСОВ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

(57)Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при разработке лазеров, генерирующих перестраиваемые по спек тру одиночные пикосекундные импульсы

излучения. Цель изобретения - повьппе- ние КПД генерации. С этой целью активную среду с периодической прост ранственной структурой формируют с помощью двух скрегдивающихся пучков излучения накачки субнано- или нано- секундной длительности таким образом, чтобы ее продольная ось составляла с осью периодической структуры угол рад 5 где h - поперечньй, а L - продольный размеры активной среды раствора к-расителя, а усиление активной среды гасят излучением с терлю- минесценции, выходящим из активной среды в направлении ее продольной оси, за счет отражения его вновь в активную среду с noMOittbro зеркала 5, Использование излучения суперлюминесценции активной среды для гашения ее усиления позволяет примерно в два раза уменьшить энергетические затраты излучения накачки на получение одиночных пикосекундных импульсов с : аналогичными характеристиками. 2 ип.

(С

Изобретение относится к области квантовой эле7 троникн и может быть использовано при разработке лазеров, генерирующих перестраиваемые по спекг ру одиночньге пикосекунднъге импульсы излучения.

Целью изобретения является повы- тение КПД лазера.

На фиг. представлена оптическая схема лазера с распределенной обратной связью ,(РОС) для осуществления способа} на фиг. 2 - расположение активной среды и пространственной периодической структуры в ней.

РОС-лазер содержит цилиндрическую, линзу Is делитель 2 пучка, зеркала 3, AS 5, рав Юбе;фенну 0 треугольную призму 6, кювету 7 с растворам Красит е,ля,

I .

Способ осуществляется следуюп(И1ч

образом.

Излучение накачки с /щнной волны А J, с помощью цилиндрической линзы 1 формируют в виде узкой полоски, затем дглителем 2 делят на два пучка которые посредством зеркала 3 и 4 направляют через треугольную призму 6 я кю- . вете 7 с раствором красителя, накачки, поглощаясь и интерферируя в слое раствора красителя, контактирующем с призмой 65 создают в нем активную среду с тгериод гаеской пространственной структурой. Активная ере- да представляет собой узкую полоску с длиной L и высотой h в плоскости 8 границы раздела кювета 7 с раствором красителя - грань призмы 6. Цилиндрическую линзу 1 устанавливают так.им . образом, что ее образующая составляет с плоскостью падения пучков накачки уголс1б Ь/Ь рад При этом активная среда в растворе красителя оказывается ориентированной в плоскости 8 так, что ось 9 периодической структуры составляет с. продольной осью 10 уголе, h/L раДо -(фиг,, 2},, Излучение генерации РОС-лазера формируется вдоль оси 9j п то время как формирование излу- чения суперлюминесценции происходит главным образом вдоль продольной оси 10 активной среды.

Нал:гаие пространственного разделеимя каналов генерации и суперлюминес- ценции позволяет использовать йзлуче- кие суперлюминесценции даш гашения усиления активной среды,. Лпя этого по одну сторону кюветы 7 на оптическом

расстоянии Д от активной ср ми, устанавливается зеркало 5, ориентировзн- ное перпендикулярно к выходящему вдоль ее продольной оси 10 излучению супе рлюмггне с ценции. Расстояние л подбирается таким образом, чтобы отраженное зеркалом 5 излучение суперлюминесценции входило обратно в активную среду в тот момент, когда формирование первого пикосекундного импульса уже завершилось, а формирование второго еще не началось. Значение Л, удовлетворяющее указанным требованиям, опре- дсшяется соотношением

4-t..,-f,-t

ел

0

5 0 5 0 «

5

ИЛИ

I c(t,teл) c(t,+,-t ),

где t, и t - времена разгорания генерации первого и второго пикосекундньгх импульсов соответственно;

tj, время разгорания импульса суперлюминесцен- дии;

Г, - длительность (по основанию) первого пикосекундного импульса;

с - скорость света в вакууме,

Расстояние Д удобно вырбать близким к среднему между крайне допусти- Mbn-iH значениями, т.е.

6 i c(t,+t,-ft,-2t ).

Выбор угла oi на основании условия об h/L рад.

обтзясняется тем, что при такой ориентации активной среды имеется хорошая пространстзенная развязка каналов тушения и генерации при практически неизменньш пороговых и энергетических характеристиках генерации РОС-лазера, поскольку в данном случае ось 9 периодической пространственной структуры проходит через всю актив- среду .раствора красителя.

Экспериментальная проверка возможностей способа была проведена с помощью РОС-лаэера (фиг, 1),В качестве источника накачки применялся ТЕЛ лазер С длительностью импульсов

... K.

0,6 ис и мотчостьт АО кВт, исполт,-- зовался эталон мй раствор крлсятеля кумприна 120 с концентрацией I,

. Времен тые характеристики измерялись с помоа(ью электронно-оптической камеры АГАТ-СФ с разрешение.м 2,7 НС.

Усповия эксперимента обеспечивали формирование в растворе красителя ак- тивной среды с длиной мм и высотой ,25 мм при длине волны генерации нМо С помощью цилиндрической линзы 1 излучение накачки формировалось в виде узкой полоски, про- дольная ось которой составляла с плоскостью падения пучков накачки угол о( 0,025 рад. Благодаря этому продольная ось активной среды с периодической пространственной структурой сое- тавляла в осЬю периодической пространственной структуры аналогичный угол(si 0,025 рад По одьгу сторону от гаоветы с раствором красителя под углом 0,025 рад к плоскости падения .пучков накачки и перпендикулярно к- пучку излучения суперлюминесценции, выходящему из активной среды в на- правлении ее продольной оси, устанавливалось зеркало 5 с коэффициентом от Ьажения . Исследовались временные характеристики генерации при различных мощностях накачки и различных расстояниях U между зеркалом и

активной средой.

Измерения покааали, что при оптическом расстоянииU 15 мм в зере место режим генерации оди- ночнь х пикосекундных импульсов, если даже порог генерации превытается в 2,7 раза. При аналогичной мощности возбуждения, но в отсутствии гашения (зеркапо отключено) в РОС-лазере генерировался цуг, состоящий из четьфех импульсов, с общей длительностью 390 ПС, Расстояние между отдельными иътульсами в цуге составляло 100- 120 ПС. Длительность перво-го тдапуль

0 5 0 5 0

5

0 5

са н цуге спрп а;1.алл с ;1.чителм мгтьт одиночного импульсл, 10лучлРмог(- с га шек ием, Diiepi i K одипочигм О И1косе кундного ямпульса, получ-;1 ь«ого с гяте- HHCNf, достигял. 180 при япе:ргети- ческих затратах наклчки 2рДж.- Когда же ranieHTie усиления активной среды осуществлялось с помощью рспоногатель- ного лазера на красителях, то одиночные пикосекундш е тпульсы с пнало- гкчьгъп и характеристиками nojTy4anHCb при энергетических затратах някачки 25 Дж.

Таким образом, способ позволяет примерно в два раза повысить КПД генерации одиночных пикосекундтшх импульсов по сравнению с прототипом, обеспечивая устойчивый реж}-гм генерации таких т- пульсов даже при весьма низкой стабильности импуЛьсов накачки.

Формула изобретения

Способ получения одиночных пикосекундных и тульсов лазерного излучения, включаюпшй создание активной среды с период1гаес.кой пространственной структурой путем сведештя в растворе крлсителя под углом друг к другу двух пучков нзлл чекия накачки наносекунд- ной дпительности и гашение усиления активной среды излучением до уровня HiDKe порогового после формирования в ней первого пикосеку.ндкого импульса, отличающийся тем что, с целью повышения КПД лазера;, активну о среду создают так1ш образом„ чтобы ее продольная ось составляла с осьгэ пе- риодт1еской пространственной структуры yranc6 h/L, где h - поперечм,йр а L - продольный размеры активной среды раствора красителя, а усиление, активной среды гасят кзлуче1-гием суперлюминесценции выходящим из активной среды в направлении ее продольной оси, возвращая его обратно в активную среду.

с

; /

.

PffZ. I

фиг. 2

5

Ю %