Устройство для юстировки лазерного резонатора Советский патент 1992 года по МПК H01S3/86 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для юстировки неустойчивых резонаторов, предназначенных для работы в невидимом диапазоне длин волн, а также визуализации и контроля направления невидимых лазерных пучков и юстировки внешних оптических систем для их передачи.

Цель изобретения - повышение точности юстировки.

На фиг, 1 изображено предлагаемое устройство, разрез; на фиг. 2 - расположение источника вспомогательного излучения в неподвижном корпусе.

Устройство имеет основной корпус 1, неподвижный полый цилиндрический корпус 2, который представляет собой несущую часть излучателя и с помощью опоры 3 установлен на основании 4, а основание 4 через механизм 5 установки связано с корпусом резонатора 6. Излучатель размещен между зеркалами 7, 8 резонатора на его оптической оси 9, ориентированной с помощью механизма 5 установки так, чтобы оптические оси излучателя и резонатора совпадали. При этом вспомогательный источник 10, выполненный с возможностью излучения пучков 11,12 в двух противоположных вдоль оси направлениях и снабженный собственным низкодобротным резонатором, составленным из полупрозрачных зеркал 13, 14, между которыми заключена лазерная активная среда 15 с высоким коэффициентом усиления, размещен внутри неподвижного корпуса 2 и связан с ним посредством механизма для перемещения по двум перпендикулярным друг другу и оптической оси координатам. В средней части корпуса 2 для ввода излучения источника 16 накачки имеется окно 17, расположенное напротив входного окна 18 источника 10. По обе стороны от окна 17 в осевом направлении с внешней стороны корпуса установлены корпусы 19 и 20 систем формирования кольцевых пучков, котоЁ

сл о

VJ

о сл

v|

рые связаны с ним через подшипники 21, с возможностью вращения относительно оси 9 за счет кинематических связей 22 с электроприводом через шкивы равного диаметра 23, 24, установленные иа одном валу 25 электродвигателя 26, напротив них на корпусах 19, 20 расположены выточки 27, 28 также равного диаметра для обеспечения синфазного сканирования по кольцу пучков 29 или 30, 31 вспомогательного излучения. На корпусах 19, 20 с противоположных относительно окна 17 торцов установлены снабженные механизмами 32 и 33 коррекции положения съемные блоки оптических элементов 34 и 35 (клиновые, зеркальные, призменные или комбинированные) для передачи вспомогательного излучения в нужном направлении. При этом корпусы 19, 20 имеют такие размеры, что максимальная апертура их проекций в согласованном с резонатором по фокусу пучке в плоскости зеркал меньше апертуры этих зеркал на такую величину, чтобы обеспечивался по крайней мере один двойной проход вспомогательного кольцевого пучка одного из направлений и выход его из резонатора. Внутри неподвижного корпуса 2 соосно с ним в каждом из направлений вспомогательного излучения между зеркалом 12 или 14 источника 10 и соответствующим блоком оптических элементов 34 или 35 установлены коллиматоры 36 или 37 соответственно. Для уменьшения влияния теневых зон на точность юстировки опора 3 выполнена так, что ее проекция на плоскость, перпендикулярную оси, совпадает с проекцией на эту плоскость кинематических связей 22. Для геометрии резонатора исходными параметрами для определения максимально возможных размеров излучателя устройства является: расстояние между зеркалами 7 и 8 L; расстояние от зеркал 8 до фокуса резонатора Ф Li; расстояние от зеркала 8 до предполагаемого места ввода излучателя устройства радиальные размеры зеркал 7 и 8, равные соответственно п и re, диаметр вспомогательного сколлимированного пучка, приведенный к плоскости зеркала 8,равный d.

Так как радиальный размер га проекции зеркала 8 на плоскость, перпендикулярную оптической оси, приведенный в согласованном с резонатором по фокусу пучке к плоскости зеркала 7 и равный г , меньше радиального размера п, т.е. справедливо выражение

у Г7

Г7

L+U L+U

то угол наблюдения (р может быть определен из выражения

р- arctg

re - d

Li

где гв - d значение, соответствующее максимально допустимому радиальному размеру теневой апертуры излучателей, приведенному в согласованном с резонатором пучке к плоскости зеркала 8.

Тогда максимально допустимые размеры излучателя со стороны зеркал 7 и 8, соответственно равные пэ и гзо, можно определить из выражений

П9 (Li + L2 + 12) tg (p , r20 (Li + - И) tg (p.

5

0

0

0

где h - расстояние от места ввода излучателя до внешнего торца корпуса 20;

12 - расстояние от места ввода излучателя до внешнего торца корпуса 19.

Расстояние до наименее удаленной точки привода составляет Г20.

Из приведенных выражений следует, что для резонатора оптимальный вариант устройства имеет конструкцию, у которой внешняя поверхность корпусов 19 и 20 систем формирования кольцевых пучков представляет собой усеченные конусы, а образующая одного, согласованная с резонатором по фокусу, является продолжением

5 образующей другого.

Устройство для юстировки работает следующим образом.

Источник 10 предварительно юстируется, например с помощью другого лазера (с использованием механизма перемещения по двум перпендикулярным друг к другу и к оптической оси координатам), с корпусов 19, 20 блоками оптических элементов 34, 35 так, чтобы пучки 11, 12 после прохождения

5 коллиматоров 36, 37 располагались на одной прямой, совпадающей с осью корпуса 2. После этого блоки оптических элементов 34, 35 устанавливаются на корпусах 19, 20, а излучатель с помощью механизма 5 установки размещается между зеркалами резонатора 7, 8 на оси 9, на расстоянии от зеркала 8, равном . Через окно 17 вводится излучение 16 накачки, возбуждающее активную среду 15, и формируются пучки 11,

5 12 вспомогательного излучения. В статическом положении корпусов 19, 20 с применением механизмов 32,33 коррекции пучки 29, 31 согласуются с соответствующими зеркалами 7, 8 по фокусу, а излучатель 1 с помощью механизма 5 ориентируется так. чтобы при включении электропривода и сканировании пучков 29, 31 по кольцу центры образованных таким образом колец совпадали с геометрическими центрами соответ- ствующих зеркал. При юстировке зеркал 7, 8 за счет оптической обратной связи между зеркалами и источником 10 происходит увеличение интенсивности вспомогательного излучения равномерно по кольцу до максимально возможного. После этого электропривод выключается и с помощью механизма коррекции производится согласование с резонатором по фокусу одного из кольцевых пучков, например 29 и 31, затем привод вновь включается, а пучок 30 излучения, переотраженного от зеркал 7, 8. выводится из резонатора и используется для контроля и визуализации направления его оси, а также юстировки внешних оптических элементов для передачи пучка основного излучения. Источник 10 может быть лазером на красителях.

Устройство для юстировки лазерных резонаторов позволяет повысить точность совпадения основного и вспомогательного лазерных пучков за счет более точного совмещения оптических осей резонатора и вспомогательного излучения благодаря использованию в устройстве оптической об- ратной связи между зеркалами резонатора и вспомогательным источником с применением кольцевых пучков.

Формула изобретения 1. Устройство для юстировки лазерного резонатора, содержащее источник вспомогательного излучения, систему формирования кольцевого пучка и механизм установки элементов устройства на оптической оси юстируемого резонатора,, отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности юстировки, источник вспомагательного излучения соединен с механизмом установки элементов устройства на оптической оси юстируемого резонатора, установлен внут- ри юстируемого резонатора и выполнен в виде кюветы с активной средой, размещенной между двумя полупрозрачными зеркалами, связанной посредством механизма

перемещения по двум координатам, перпендикулярным оптической оси и друг другу, с цилиндрическим корпусом, имеющим окно для ввода излучения накачки и соединенным с основанием устройства жесткой опорой, по обе стороны от окна для ввода излучения накачки установлены корпусы системы формирования кольцевого пучка, связанные через подшипники с подвижным корпусом источника вспомогательного излучения и приводом вращения, а на торцах корпусов системы формирования кольцевых пучков установлены сьемные бчоки оптических элементов.

2.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что внутри цилиндрического корпуса соосно с ним между каждым зеркалом вспомогательного источника и блоком оптических элементов установлен коллиматор.

3.Устройство по пп. 1и2,отличаю- щ е е с я тем, что внешняя поверхность корпусов систем формирования кольцевых пучков выполнена в виде усеченных конусов, у которых образующие согласованы с резонатором по фокусу так, что одна из них является продолжением другой и имеет угол наклона рк оптической оси, определяемый с помощью выражения

(р- arctg

rs

Li

а максимально допустимый радиальный размер в перпендикулярном оптической оси контрольном сечении устройства - с помощью выражения

Гкгл - LK

Г8 d

Li

где га - радиальный размер выходного зеркала;

Li расстояние от фокуса резонатора до выходного зеркала;

LK - расстояние от фокуса резонатора до контрольного сечения устройства;

d - диаметр вспомогательного пучка в плоскости выходного зеркала.

Изобретение относится к квантовой электронике. Цель изобретения - повышение точности юстировки. Устройство содержит источник вспомогательного излучения, систему формирования кольцевого пучка, оптические элементы для передачи вспомогательного излучения, механизм установки для размещения элементов устройства на оптической оси резонатора. Все элементы объединены между собой так, что кольцевые пучки распространяются вдоль оси в направлении каждого из зеркал юстируемого резонатора, и обеспечивается оптическая обратная связь между зеркалами и вспомогательным источником для повышения точности совмещения их оптических осей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.