Оптическое устройство для изоляции от мощного импульса лазерного излучения Советский патент 1991 года по МПК G02B27/48 

(Л

С

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в лазерной технике для защиты оптических схем от мощного лазерного излучения. Оптическое устройство содержит плазменный затвор 1, выполненный в виде двух софокус- ных положительных линз с прозрачной диэлектрической пластиной, расположенной в общем фокусе линз или без пластинки. При этом с одной стороны от затвора 1 на его оптической оси в направлении от него последовательно размещены элемент 2 поворота за два прохода - прямой и обратный плоскости поляризации н 90° и поляриза- ционнный светоделитель 3, а с другой стороны - линия 4 оптической задержки сигнала на время W4 и ретрорефлектор 5, где t« - длительность импульса. Благодаря такому выполнению устройства увеличивается его степень изоляции. 2 ил.

Изобретение относится к квантовой электротехнике и может быть использовано в лазерной технике для защиты оптических схем от мощного лазерного излучения.

Цель изобретения -увеличение степени изоляции.

На фиг. 1 представлена оптическая схема устройства; на фиг. 2 - график работы плазменного затвора.

Оптическое устройство содержит плазменный затвор 1, выполненный в виде двух софокусных положительных линз с прозрачной диэлектрической пластинкой, расположенной в общем фокусе Линз, или без пластинки. При этом с одной стороны от затвора 1 на его оптической оси в направлении от него последовательно размещены элемент 2 поворота за два прохода - прямой

и оборотный плоскости поляризации излучения на 90° и поляризационный светоделитель (поляризатор) 3, а с другой стороны - линия 4 оптической задержки сигнала на время tw/4 и ретрорефлектор 5, где tn - длительность импульса.

В качестве элемента 2 могут быть использованы четвертьволновая пластина, ромб Френеля или ячейка Фарадея. В качестве поляризационного светоделителя могут быть использованы, например, призма Глана, многослойный интерференционный поляризатор и т.д. В качестве линии 4 оптической задержки могут быть использованы, например, два глухих плоскопараллельных зеркала, между которыми происходит многократное переотражение света, кювета, заполненная материалом с большим покаОч

О

оэ

ю

зателем преломления, участок оптической трассы и т.д. В качестве ретрорефлектора 5 могут быть использованы уголковый отражатель (в виде одной триппель-призмы с металлизированными гранями либо их набора), плоские глухие или ОВФ-зеркала.

Устройство работает следующим образом.

Импульс плоскополяризованного излучения подается на вход устройства и прежде всего попадает на поляризатор 3. Поляризатор сьюстирован так, чтобы плоскость падения излучения на границу раздела двух составляющих его призм (в случае призмы Глана) или поверхности пластины с многослойным покрытием была перпендикулярна плоскости поляризации излучения, а ось отраженного от границы излучения совпадала с оптической осью устройства. В результате все излучение отражается и падает на элемент 2. Если в качестве данного элемента используется ячейка Фарадея, то после прохода плоскость поляризации поворачивается на 45°. В случае, если это четвер- тьволковая пластина или ромб Френеля, излучение из плоскополяризованного становится поляризованным по кругу. Далее излучение попадает в плазменный затвор 1. Для рабочего сигнала затвор открыт в прямом и обратном направлениях (), поэтом гигнал беспрепятственно проходит затвор, попадает на 4 задержки, проходит ее, отражается строго в обратном направлении от ретрорефлектора 5 и вновь проходит линию задержки 4 и затвор 1. После прохода элемента 2 в обратном направлении плоскость поляризации выходного излучения повернута по отношению к выходному уже на 90°, поэтому сигнал проходит сквозь поляризатор 3 и попадает в прибор или схему, которые требуется защитить от мощного сигнала. Если рабочий сигнал формируется в саком приборе или схеме, он проходит устройство в обратном направлении также беспрепятственно.

Если теперь на вход устройства подается мощный импульс излучения длительностью tn, то в плазменном затворе возникает факел, который (при прямом проходе излучения) заэкранирует значительную часть импульса (см. фиг. 2). Эта прошедшая часть импульса длительностью тз после прохождения линии 4 задержки и отражения от ретрорефлектора 5 снова попадает в затвор 1. При этом время задержки W2, обеспечиваемое в линии задержки за два прохода, гарантирует попадание в затвор прошедшей части излучения уже после возникновения факела в нем. В результате и эта прошедшая часть импульса при втором проходе затвора также заэкранируется плазмой и вход прибора или схемы для мощного импульса оказывается полностью перекрытым.

Пример. Устройство было собрано на

оптическом рельсе и испытано в лабораторных условиях. В качестве поляризатора 3 использовалась призма Глана из кальцита со световым диаметром 20 мм и четырьмя

рабочими гранями. Функцию элемента 2 выполняла ячейка Фарадея с активным элементом 025 и длиной 110 мм , 1 из стекла МОС-13. Плазменный затвор 1 представлял собой совокупность двух положительных

софокусных линз050 мм и с фокусным расстоянием мм. В качестве ретрорефлектора 5 использовалось ВРМБ-зеркало, представляющее собой положительную линзу с фокусом мм и кювету из

кварца с полированными плоскими торцами 030 и длиной 450мм,(;. заполненную ацетоном. Рабочие поверхности всех оп- тичвских элементов устройства были просветлены для излучения с длиной

волны А 1,06 мкм. Величина оптической задержки регулировалась путем изменения расстояния I между затвором 1 и ретрорефлектором 5 (1 1 м обеспечивает задержку за два прохода

не). Как показали исследования, для данного затвора и моноимпульсов одномоо

дового одночастотного (ЛЯ 5 10 А) излучения, генерируемого лазером на Nd

стекле (Я 1.0545 мкм, т. не), величина Wnop составляет «75 мДж (пробой - в воздухе). Подобный затвор может быть использован в устройствах для обеспечения оптической изоляции приборов или схем,

эксплуатируемых в условиях 75 мДж. С тметим, что для рабочих импульсов с произвольными характеристиками требуемая величина подбирается варьированием фокусов линз затвора 1 или размещением в фокальной области пластин из прозрачного диэлектрика для снижения Л/пф. Измерение степени ослабления излучения устройством велось для указанных импульсов при Дж. Измерения показали, что степень изоляции, обеспечиваемая данным устройством при 1 5 м (время задержки t 30 не), составляет .Формула изобретения Оптическое устройство для изоляции от мощного импульса лазерного излучения, содержащее плазменный затвор, выполненный в виде двух софокусных положительных линз с прозрачной диэлектрической пластинкой, расположенной в общем фокусе линз, или без пластинки, отличающее- с я тем, что, с целью увеличения степени изоляции, с одной стороны от плазменного затвора на его оптической оси в направлении от него последовательно размещены

При5ор

Выход

3 2

D-QXD

ii

1

Лрошедшм Щ часть

импульса

Фиг. 2

элемент поворота за два прохода - прямой и обратный плоскости поляризации излучения на 90° и поляризационный светоделитель, а с другой стороны - линия оптической задержки сигнала на время W4 и ретрореф- лектор, где t« - длительность импульса.

4

s(Риг 1

Экранируема часть импульса