Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в многолучевых лазерах, применяемых для обработки материалов оптической связи и локации.
Цель изобретения - упрощение конструкции и повышение надежности.
На фиг.1 и 2 показано устройство, варианты.
Устройство состоит из периодического набора активных элементов 1 с расстоянием d между их оптическими осями и углом Lf между базисными векторами 3, d периодического набора, если такой набор двумерный. Сообщающаяся линза 2 с фокусным расстоянием
f и вогнутое Зеркало 3 с радиусом кривизны R образуют телескопическую систему с увеличением, равным единице. Для этого линза 2 расположена на
расстоянии fCn + 1) от активных элемен
тов, а зеркало расположено на расстоянии (f+R) от линзы.
Такая телескопическая система с увеличением, равным единице, эквивалентна плоскому зеркалу, расположенно
.
му на расстоянии Z
зк. Н - f(| +
1)
сл
vj
о
30
от активных элементов многолучевого лазера, где Н - расстояние от активных элементов до линзы.
Таким o6p;KiOM, если рлсстоянне от активных элементов до линзы ряпно ,f
Н
+ 1), т.е. Z О, такая теле
скопическая система эквивалентна нлос кому зеркалу, расположенном пилотную к активным элементам. Следовательно, замена общего нлоского зеркала, рас положенного вплотную к активным эле-. ментам, на телескопическую систему (фиг.1 и 2), не приводит к падению выходной мощности многолучевого лазер в независимом peJ«имe, но дает возмож- Ht)CTb помещать внутрирезонаторные элементы. Между активными элементами и вогнутым зеркалом расположен пространственный фильтр 4, пропускание которого соответствует распределению интенсивности когерентного излучения,
Пространственный фильтр 4 н случае одномерного наГх)ра активных элементов представляющий собой совокупность параллельных щелей, расположенных перпендикулярно плоскости, в которой лежат оси оптических элементов, располагается в той плоскости, где существует резкое отличие в пространствен ном распределении интенсивностей когерентного и незав исимого излучения многолучевого лазера. Периодические когерентные поля обладают свойством воспроизведения в свободном пространстве. Это означает, что на расстоянии
н
ОТ активных элементо1з,
где / - длина волны излучения, N - целое число, распределение интенсивности когерентного излучения в этой плоскости будет точно воспроизводить поле излучения на торцах активных элементов. Следовательно, пространственный фильтр 4, установленный линзой 2 и активными элементами 1 (фиг.1) на расстоянии L
-Г N
Л
от активных элементов, сильн
поглощает независимое излучение и хорощо пропускает когерентное. Таким образом, являясь внутрирезонаторным элементом, пространственный фильтр представляет эффективный селектор когерентного режима генерации.
В случае, когда L
«I
+ 1)
т.е. расстояние от активных элементов до плоскости расположения нростран- стпенн(.1го фи:1ьтр г больше расстояния от активных элементов до линзы, про
с I ранстпенн1.|й фильтр находится за лин- чой ((i)Hr.2) на расстоянии Lj
„ . .
i
L
1)
Если при установке пространственного фильтра между активными элементами и линзой (фиг.1) период расположения, составляющих его щелей равен d, то в случае его нахождения за линзой (фиг.2) этот период равен
1
L .
+ 1)
Совершенно аналогичные рассуждения справедливы.и при синхронизации излучения активных элементов многолучевого лазера, оптические оси которых параллельны и образуют в сечении двумерную периодическую структуру. В
данной ситуации L
d,|
If
N
in
1 в соответствии с ранее введенными обозначениями, а пространственный фильтр представляет собой экран с отверстиями, форма и расположение которых соответствует исходной периодической структуре светового поля.
Устройство работает следующим образом.
Излучение каждого активного элемента 1 (фиг.1 и 2) проходит через собирающую линзу 2, отражается от вогнутого зеркала 3, вновь проходит через линзу 2 и попадает обратно в активные элементы 1 строго по их оптическим осям. В силу эквивалентности данной телескопической системы общему плоскому зеркалу, расположенному вплотную к активным элементам, при отсутствии в резонаторе пространственного фильтра 4 происходит независимая генерация всех активных элементов 1 многолучевого лазера. При помещении пространственного фильтра 4 из-за резкого отличия распределения интенсивностей когерентного и независимого излучений в П.ПОСКОСТИ воспроизведения периодических когерентных полей происходит сильное поглощение ддезави- симого излучения и хорошее пропускание когерентного. Таким,образом, являясь внутрирезонаторным селекторам, пространственный фильтр 4 осуществляt;T выделение когерентного излучения или фазовую синхр лнизацию излучения всех активных элементов многолучевого лазера.
Кроме того, устройство в силу зависимости величин L, и L от длины волны излучения Д позволяет перестраивать длину волны генерируемого излучения в пределах полосы усиления активной среды.
В случае отличия значения расстояния между активными элементами 1 и
линзой 2 от величины f(- + 1) и значеR
НИЛ расстояния между линзой 2 и зерка лом 3 от величины (R + f) телескопическая система перестает быть эквивалентной плоскому зеркалу, расположенному вплотную к активным элементам, что должно приводить к появлению внут- рирезонаторных потерь как независимого так и когерентного излучения каждого активного элемента.
В случае н евыполнения условия L ,
г
1, ( Idil sin if „ .j JJ
1) + f
в плосL.-f(|
1)
кости установки пространственного фильтра распределение интенсивности когерентного излучения многолучевого лазера не будет точно соответствовать исходному распределению интенсивности излучения на торцах активных элементов, что приведет к появлению внутри- резонаторных потерь когерентного излу
чения.
. Примером конкретного выполнения
может служить устройство, осуществляющее фазовую синхронизацию излуче- ия 61 активного элемента газоразрядного многолучевого лазера, расположе ных в узлах двумерной треугольной периодической решетки с периодом d f 0,85 см. Длина волны излучения s У. Q мкм. Для демонстрации работы устройства не ставилась задача максимального сокращения его габаритных размеров. Исследовались схемы как с положением пространственного фильтра ,4 между активными элементами 1 и собирающей линзой 2 (фиг.1) так и внутри телескопа (фиг.2). Телескоп образован линзой с фокусным расстоянием f 2,15 м и Зеркалом с радиусом кривизны R - 0,8 N. Расстояние от
линзы до активных элементов составляет при
этом f(- + 1) К
7,9 м. При
исследовании одномерного набора левят .активных элементов до иространствен,2
ного фильтра составляет L -- 6,8 м.
Прстранственный фильтр представляет собой набор параллельных щелей с периодом d 0,85 см. При использовании двумерного набора из 61 активного элемента расстояние L , Составля
2d
sin
.„.
60
10,2 м
..(|.
1) 20
25
.f(
30 7,9 м, поэтому пространственный фильтр расположен на расстоянии L j
о
L, - f(f7R+ Т)
- 9 м от активных элементов. Пространственный фильтр в этом случае представляет собой набор отверстий образующих периодическую треугольную структуру с периодом d
I
1 +
L - f(f/R + 1)
f- - - - 0,41 CM.
5
0
-
0
5
В обеих схемах эксперимента при наличии в резонаторе простраиствен- ного фильтра наблюдается устойчивый когерентный режим работы, иезависимьш режим отсутствует. Беэ проведения оптимизации пространственного фильтра мощность когерентной генерации составляет 80% от мощности независимого режима. Путем изменения расстояний L и L осуществляют перестройку длины волны излучения.
Использоваиие предлагаемого устройства обеспечивает снижение стоимости конструкции и повьппение надежно- |сти работы из-за меньшего количества юстируемых оптических элементов, более низкого значения интенсивности излучения в плоскости установки про- странствеииого фильтра, менее жестких требований к точности изготовле- иия и установки последнего.
Формула изобретения
I. Устройство для фазовой синхронизации излучения активных элементов многолучевого лазера, оптические
JM i)
Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в многолучевых лазерах для обработки материалов, оптической связи и локации. Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности генерации многолучевого лазера в синхронизованном режиме. Устройство содержит расположенные на оптической оси собирающую линзу, вогнутое зеркало и пространственный фильтр излучения. Взаимное расположение активных элементов, собирающей линзы и вогнутого зеркала обеспечивает отсутствие внутрирезонаторных потерь независимого излучения. Пространственный фильтр устанавливается в плоскости наиболее сильного различия в распределении интенсивности независимого и когерентного излучения, благодаря чему селектируется режим фазовой синхронизации. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
