ЛАЗЕР С УПРАВЛЯЕМЫМ СПЕКТРОМ ГЕНЕРАЦИИ Советский патент 1995 года по МПК H01S3/10 

Изобретение относится к области лазерной техники, в частности, к перестраиваемым лазерам, и может быть использовано в лазерной и внутрирезонаторной спектроскопии, голографии, фотохимии, при разделении изотопов, в лазерном спектральном анализе, при оптических измерениях, для генерации сверхкоротких световых импульсов произвольной формы, при исследовании быстропротекающих процессов, при диагностике многокомпонентной плазмы, в медицине.

В основном авторском свидетельстве описан лазер, содержащий устройство накачки активной среды, последовательно расположенные дисперсионный элемент, внутрирезонаторный ахроматизированный объектив, активную среду, расположенную в фокальной плоскости внутрирезонаторного объектива, второй ахроматизированный объектив, отражательный элемент. Устройство накачки выполнено в виде световодного жгута-разветвителя, входной конец которого расположен на оптической оси лазера накачки. Выходные концы, количество которых равно требуемому числу длины волн генерации, расположены так, что выходящее из них излучение накачивает требуемые участки активной среды.

Недостатком известного лазера является то, что с его помощью можно получить одновременную генерацию только на нескольких длинах волн или в нескольких участках сплошного спектра, число которых равно количеству выходных концов световодного жгута-разветвителя, используемого для накачки активной среды. Кроме того, в известном лазере нельзя изменять распределение мощности излучения внутри участка сплошного спектра, генерируемого при накачке активной среды каждым из выходных концов световодного жгута-разветвителя. То есть с помощью известного лазера невозможно получить произвольное требуемое спектральное распределение мощности генерации.

Целью изобретения является повышение точности формирования требуемого распределения мощности по спектру генерации.

На фиг.1-4 приведены принципиальные оптические схемы лазера с управляемым спектром генерации, позволяющего получать произвольное требуемое спектральное распределение мощности генерации. Лазер содержит дисперсионный элемент 1, внутрирезонаторный ахроматизированный объектив 2, активную среду 3, расположенную в фокальной плоскости внутрирезонаторного объектива 2, ахроматизированный объектив 4, отражающий элемент - резонаторное зеркало 5, устройство накачки 6 с лазером накачки 7, фильтр или маску 8. Фильтр или маска могут быть расположены, согласно формуле изобретения, между ахроматизированным внутрирезонаторным объективом 2 и активной средой 3 вплотную к последней (фиг. 1), или между ахроматизированным внутрирезонаторным объективом 4 и активной средой 3 вплотную к ней (фиг.2), или между активной средой 3 и устройством накачки 6 (фиг.3), или между внутрирезонаторным объективом 4 и резонаторным зеркалом 5 (фиг.4).

В качестве дисперсионного элемента 1 может быть использована, например, отражательная или голографическая дифракционная решетка или призма. Внутрирезонаторные объективы 2 и 4 должны быть ахроматизированными, чтобы предотвратить разъюстировку резонатора при работе лазера в широкой спектральной области. В качестве активной среды 3 могут быть использованы любые активные среды, допускающие локальную накачку, например растворы органических красителей. Резонаторное зеркало 5 может быть выполнено, например, диэлектрическим. Фильтр или маска 8 могут быть выполнены, например, в виде набора круглых или щелевых диафрагм или фильтра с коэффициентом пропускания, переменным в направлении дисперсии дисперсионного элемента. В качестве лазера накачки 7 могут быть использованы коммерческие импульсные лазеры, традиционно используемые для накачки активных сред, например, эксимерный, азотный или гармоники твердотельных лазеров.

Лазер работает следующим образом.

Устройство накачки 6 накачивает участки активной среды, расположенные на различных расстояниях от оптической оси лазера. Спонтанное излучение, испущенное накаченными участками активной среды, пройдя через объектив 2, попадает на дисперсионный элемент 1. При этом из широкого спектра люминесценции выделяется излучение в узком спектральном интервале, которое возвращается обратно в накаченный участок активной среды и усиливается. Индуцированное излучение далее проходит через объектив 4, который фокусирует это излучение на поверхности резонаторного зеркала 5. Отраженное от него излучение вновь фокусируется объективом 4 в накаченный участок активной среды. При этом участки активной среды, расположенные на разных расстояниях от оптической оси лазера (в направлении дисперсии дисперсионного элемента 1), генерируют излучение различных длин волн, что позволяет формировать спектральное распределение мощности генерации за счет перераспределения мощности накачки по активной среде. Последнее осуществляется, например, с помощью фильтра, маски или голограмм, обеспечивающей необходимое неравномерное освещение активной среды, расположенных между активной средой 3 и устройством накачки 6.

Требуемый результат удается получить также, размещая в резонаторе лазера вплотную к активной среде, фильтр или маску с изменяющимся в направлении дисперсии дисперсионного элемента 1 коэффициента пропускания. При этом неселективные пространственно распределенные потери фильтра или маски становятся селективными за счет того, что координата активной среды однозначно связана с длиной волны генерации, что и позволяет получать заданное спектральное распределение мощности генерации.

Таким образом, перераспределяя мощность накачки по активной среде или внося в резонатор лазера пространственно распределенные потери, удается сформировать произвольный требуемый спектр генерации.

Использование: лазерная техника, лазеры с управляемым спектром генерации, спектроскопия, голография. Сущность изобретения: в лазер, содержащий дисперсионный элемент и протяженную активную среду, дополнительно введен фильтр или маска, обеспечивающий распределение коэффициента усиления в активной среде или потерь в резонаторе вдоль направления дисперсии, пропорциональное требуемому спектральному распределению мощности генерации. 4 ил.

1. ЛАЗЕР С УПРАВЛЯЕМЫМ СПЕКТРОМ ГЕНЕРАЦИИ по авт.св. N 1718313, отличающийся тем, что, с целью повышения точности формирования требуемого распределения мощности по спектру генерации, в лазере дополнительно установлен фильтр или маска, выполненный так, что распределение коэффициента пропускания фильтра или маски вдоль направления дисперсии дисперсионного элемента пропорционально требуемому спектральному распределению мощности генерации и обратной линейной дисперсии дисперсионного элемента в плоскости активной среды, причем фильтр или маска установлен вплотную к активной среде со стороны дисперсионного элемента или вплотную к активной среде со стороны резонаторного зеркала, или между устройством накачки и активной средой, или фильтр или маска выполнен так, что распределение коэффициента пропускания фильтра или маски вдоль направления дисперсии дисперсионного элемента пропорционально требуемому спектральному распределению мощности генерации и обратной линейной дисперсии дисперсионного элемента в плоскости резонаторного зеркала и установлен вплотную к резонаторному зеркалу. 2. Лазер по п.1, отличающийся тем, что фильтр, расположенный между активной средой и устройством накачки, выполнен в виде голограммы.