ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР С ВНУТРИРЕЗОНАТОРНЫМ СКАНИРОВАНИЕМ ИЗЛУЧЕНИЯ Советский патент 1995 года по МПК H01S3/10 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании лазерных систем указания направления и навигации.

Известны устройства для углового отклонения излучения лазера на основе электрооптического дефлектора. Однако вследствие больших потерь, низкой механической прочности и малых углов отклонения такие устройства не нашли широкого применения.

Известен также лазер с внутрирезонаторным сканированием, в котором отклонение осуществляется с помощью управляемого VO₂-зеркала, выполненного в виде слоя двуокиси ванадия, нанесенного на экран электронно-лучевой трубки. Здесь при облучении электронным потоком происходит нагрев участка VO₂-слоя, в результате чего этот участок приобретает отражательные свойства. Управляя электронным потоком, можно менять местоположение отражающего участка VO₂-слоя. Оптическая система в известном устройстве включает два плоских зеркала (одно из них - управляемое VO₂-зеркало, совмещенное с электронно-лучевой трубкой) и две софокусные линзы, а также отклоняющую линзу. При этом активная среда лазера, располагаемая между софокусными линзами, занимает менее половины протяженности оптической системы лазера.

Известный лазер имеет ряд недостатков, таких, как значительные габариты, сложная конструкция оптического резонатора, невысокий КПД.

Цель изобретения - уменьшение габаритов, упрощение конструкции, повышение КПД лазера.

Указанная цель достигается тем, что в лазере с внутрирезонаторным сканированием система возбуждения со сканирующим устройством выполнена в виде подключенных к ВЧ-генератору двух плоских параллельных ВЧ-электродов, один из которых со стороны межэлектродного промежутка покрыт слоем диэлектрика с нанесенными на него параллельными токопроводящими дорожками, ориентированными вдоль оси резонатора и соединенными через коммутатор с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения, положительный полюс которого через фильтр низкой частоты подключен к ВЧ-электродам, при этом оптический резонатор образован полностью отражающим сферическим зеркалом и расположенным в его фокальной плоскости плоским зеркалом с полупрозрачной зоной в центре и полностью отражающей зоной на периферии, а рабочая среда размещена между плоскими ВЧ-электродами.

В данном техническом решении для достижения углового отклонения излучения используется линейное смещение канала генерации индуцированного излучения с последующим преобразованием отклоняющей линзой параллельных оптических лучей внутри резонатора в выходные лучи с различной угловой ориентацией. В свою очередь, линейное перемещение газового разряда осуществляется за счет имеющего место эффекта подавления ВЧ-разряда электростатическим полем. Управляемое коммутирующее устройство обеспечивает отключение источника постоянного напряжения от одной или нескольких токопроводящих дорожек на высокочастотных электродах. Вдоль этих дорожек и развивается высокочастотный разряд рабочего газа, тогда как над остальными токопроводящими дорожками ВЧ-разряд подавляется электростатическим полем. Если изменять по заданной программе как число неподключенных дорожек, так и их взаимное расположение, то излучение лазера будет соответствующим образом отклоняться, или же диаграмма направленности будет иметь многолепестковый характер c управляемым взаимным расположением лепестков.

В предлагаемом лазере с внутрирезонаторным сканированием упрощается оптический резонатор, исключается потребность в паре внутрирезонаторных софокусных линз, исчезает также необходимость в точной юстировке большого количества оптических элементов, снимаются жесткие требования к их взаимному расположению. Активная среда располагается практически по всей длине оптического резонатора, что позволяет снизить габариты лазера, больше чем вдвое увеличить энергосъем с единицы длины лазера.

На фиг. 1 показано поперечное сечение излучателя лазера; на фиг. 2 - продольное сечение лазера в плоскости сканирования.

Лазер содержит ВЧ-генератор накачки 1, через согласующее устройство подключенный к системе формирования ВЧ-поля накачки, состоящей из двух плоских электродов 2. На поверхности одного из электродов последовательно нанесены диэлектрический слой 3 и параллельные оптической оси токопроводящие дорожки 4. Каждая из дорожек соединена через коммутирующее устройство 5 с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения 6. Положительный полюс этого источника постоянного напряжения соединен через фильтр низкой частоты 7 с электродами системы формирования ВЧ-поля накачки. Возбуждаемая в межэлектродном пространстве активная среда лазера помещена в оптический резонатор, состоящий из сферического полностью отражающего зеркала 8 и плоского зеркала 9 с полупрозрачным отверстием 10 для вывода излучения.

Лазер работает следующим образом.

После включения высокочастотного генератора накачки 1 в промежутке между электродами 2 создаются условия для возникновения высокочастотного разряда. Одновременно коммутирующим устройством 5 на все, кроме одной, токопроводящие дорожки 4 подается напряжение отрицательной полярности от источника постоянного напряжения 6. Таким образом, в разрядном промежутке на высокочастотное поле накачки накладывается неоднородное электростатическое поле, препятствующее развитию разряда. Переключение напряжения на дорожках 4 приводит к параллельному перемещению газового разряда. Параллельное перемещение оптического луча преобразуется в угловое с помощью модификации полуконфокального резонатора, образованного зеркалами 9 и 10. Положение лазерного луча внутри резонатора определяется только положением активной среды. При последовательном смещении области ВЧ-разряда по всей ширине высокочастотных электродов 2 от одной токопроводящей дорожки 4 к другой осуществляется сканирование выходного излучения в секторе 2Q. В зависимости от закона, по которому производит коммутацию управляемое коммутирующее устройство 5, выходное излучение лазера может периодически принимать ряд угловых положений или одно требуемое положение. Одновременное возбуждение двух и более пространственно разнесенных разрядных зон позволяет реализовать многолучевой режим pаботы лазера или режим многолучевого сканирования.

Для преобразования параллельного перемещения луча в угловое отклонение может быть использована также плосковыпуклая (или плосковогнутая) линза.

В конкретном случае корпус лазера выполняется из металла (сталь 12ХН10Т, инвар и т. п.) и заполняется лазерной смесью газов CO₂:B₂:He:Xe в соотношении 1:1:4:0,2. Высокочастотные электроды изготавливаются из бескислородной меди, причем один из них покрывается слоем высокочастотной керамики. Типичный размер электродов 300 ммх40 мм. Поверх керамики по всей длине наносятся токопроводящие дорожки шириной 2-3 мм с зазором 0,5-1,0 мм. Число токопроводящих дорожек определяет количество элементов разрешения или сканирования.

Максимальный угол отклонения при этом определяется соотношением:
2Q_ск=2 arctg D/R.

где D - ширина электродов; R - радиус кривизны зеркала.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании газовых лазеров с управляемым отклонением луча. Цель изобретения - уменьшение габаритов, упрощение конструкции, повышение КПД. Оптический резонатор газового лазера образован полностью отражающими сферическим зеркалом и расположенным в его фокальной плоскости плоским зеркалом с полупрозрачной зоной в центре. Рабочая среда расположена между двумя плоскими высокочастотными электродами. Один из электродов со стороны межэлектродного зазора покрыт слоем диэлектрика с параллельными токопроводящими дорожками, ориентированными вдоль оси резонатора. Дорожки соединены через управляющее коммутирующее устройство с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения. Положительный полюс этого источника через фильтр нижних частот подключен к высокочастотным электродам. 2 ил.

ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР С ВНУТРИРЕЗОНАТОРНЫМ СКАНИРОВАНИЕМ ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащий систему возбуждения рабочей среды со сканирующим устройством, оптический резонатор, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов, упрощения конструкции лазера, а также повышения КПД, система возбуждения со сканирующим устройством выполнена в виде подключенных к ВЧ-генератору двух плоских параллельных ВЧ-электродов, один из которых со стороны межэлектродного промежутка покрыт слоем диэлектрика с нанесенными на него параллельными токопроводящими дорожками, ориентированными вдоль оси резонатора и соединенными через коммутатор с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения, положительный полюс которого через фильтр низкой частоты подключен к ВЧ-электродам, при этом оптический резонатор образован полностью отражающим сферическим зеркалом и расположенным в его фокальной плоскости плоским зеркалом с полупрозрачной зоной в центре и полностью отражающей зоной на периферии, а рабочая среда размещена между плоскими ВЧ-электродами.