ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР Советский патент 1995 года по МПК H01S3/08 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при создании газовых лазеров с прямоугольным в поперечном сечении активным объемом.

Целью изобретения является увеличение энергии излучения лазера.

Выполнение подложек в виде пластин с плоскими поверхностями, расположенными под углами α и β, позволяет изготовить их существенно меньшими по толщине по сравнению с расстоянием между электродами, что приводит к уменьшению потерь на поглощение в материале подложек и увеличению энергии излучения. Заявляемое взаиморасположение элементов устройства позволяет в 1,5 раза по сравнению с прототипом увеличить количество проходов лазерного излучения через рабочий объем, что также приводит к увеличению энергии излучения.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявляемый газовый лазер имеет существенные отличительные признаки. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна". Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом газовом лазере, и признать заявляемое решение соответствующим критерию изобретения "существенные отличия".

На чертеже изображена схема заявляемого устройства.

Газовый лазер содержит рабочий объем 1 в форме параллелепипеда, размещенный в оптическом резонаторе, включающем две подложки, выполненные в виде пластин 2 и 3 с плоскими поверхностями, расположенными под углами α (в пластине 3) и β(в пластине 2). Поверхность пластины 2, обращенная к рабочему объему 1, расположена под углом Ψпо отношению к плоскости симметрии параллелепипеда. Поверхность пластины 3, обращенная к рабочему объему 1, расположена перпендикулярно плоскости симметрии параллелепипеда. При этом линии пересечения поверхностей пластин 2 и 3 параллельны. На поверхности пластины 2 нанесены в виде покрытий выходное 4 и глухое 5 зеркала. На поверхности пластины 3 нанесены в виде покрытий два поворотных зеркала 6 и 7. Покрытия зеркал 4-7 ограничены по линиям пересечения плоскости симметрии параллелепипеда с поверхностями пластин 2 и 3 и расположены напротив друг друга. Глухое 5 и выходное 4 зеркала расположены, соответственно, на обращенной к рабочему объему 1 и наружной поверхностях пластины 2. Поворотные зеркала 6 и 7 расположены, соответственно, на обращенной к рабочему объему 1 и наружной поверхностях пластины 3. Рабочий объем 1 расположен между электродами 8 лазера.

Углы α, β и Ψ удовлетворяют следующим соотношениям:
α 1/2arcsin d/2n
β arcsin d/4n
Ψ 90-arcsin d/4
Соотношение для определения углов α, β и Ψ выбирались из следующих условий:
1. Излучение активной среды на лазерной длине волны, отраженное от зеркала 6 под прямым углом в любой его точке напротив рабочего объема 1, должно при отражении от зеркала 5 попасть на зеркало 7 и, пройдя параллельно продольной оси рабочего объема 1, попасть на выходное полупрозрачное зеркало 4 под прямым углом. Тогда часть излучения, отразившись от зеркала 4, пройдя в обратном порядке три раза через рабочую среду, попадет на зеркало 6 под прямым углом, обеспечивая необходимую обратную связь, и так далее, а вторая часть лазерного излучения выйдет из резонатора.

2. При падении излучения с длиной волны λна поверхность пластины из диэлектрика под углом θк нормали из среды с показателем преломления ≈1 (активная среда газовых лазеров имеет такой показатель преломления) на пластину из прозрачного диэлектрика с показателем преломления n выполняется закон Снеллиуса (закон преломления)
sinθ/sin ω= n, где ω- угол к нормали, под которым распространяется излучение в пластине.

3. Зеркало 6 для облегчения юстировки резонатора устанавливается перпендикулярно к продольной оси, проходящей через рабочий объем 1.

Из изложенного следует:
угол Ψопределяется половиной размера рабочего объема 1 в направлении, параллельном линиям пересечения плоскости симметрии параллелепипеда и поверхностей пластин 2 и 3 d и расстоянием между обращенными к рабочему объему 1 поверхностями первой и второй пластин (2, 3) в плоскости симметрии параллелепипеда:
Ψ 90-arcsin d/4
При определении угла α задавались условием, что излучение падает на внутреннюю поверхность пластины 3 под прямым углом:
α 1/2arcsin d/2n
При определении угла β задавались условием, что излучение падает на внешнюю поверхность пластины 2 под прямым углом:
β arcsin d/4n
Заявляемый газовый лазер работает следующим образом. Между электродами 8 зажигается в рабочей смеси разряд. Излучение из рабочего объема 1 выводится с помощью полностью отражающих зеркал 5, 6, 7 и выходного зеркала 4. Согласно предлагаемой конструкции лазера при ширине разрядной области (рабочего объема 1), равной 0,5d на выходе из резонатора реализуется лазерный луч с квадратным сечением, при этом сторона квадрата равна 0,5d.

Сравнение заявляемого решения с прототипом проводилось на лазере с активной длиной 20 см, расстоянием между обращенными к рабочему объему поверхностями первой и второй пластин в плоскости симметрии параллелепипеда l 30 см, межэлектродным промежутком d 1 см и шириной рабочего объема (разрядной области) ≈0,5 см. Исследовалась генерация в смеси Не-Хе-HCl и Ne-Xe-HCl на 308 нм при резонаторе, соответствующем прототипу и предлагаемому техническому решению. Результаты испытаний показали, что при применении заявляемого лазера энергия излучения возросла на ≈30%
При l > > d для расчета углов α,βи Ψможно применять упрощенные формулы: α= arcsin d/4nl, β arcsin d/2nl и Ψ= 90 -arcsin d/4l.

Сущность изобретения: резонатор газового лазера с активным объемом в форме параллелепипеда содержит две подложки в виде пластин, на одной из которых размещены глухое и выходное зеркала, а на другой - поворотные зеркала. Поверхности пластины первой подложки образуют между собой угол β, а второй - a. Поверхность пластины, обращенная к рабочему объему, расположена под углом j по отношению к плоскости симметрии параллелепипеда. Углы a, b и j удовлетворяют следующим соотношениям: ; , , где d - размер рабочего объема в направлении, параллельном линиям пересечения плоскости симметрии параллелепипеда и поверхностей пластин; l - расстояние между обращенными к рабочему объему поверхностями первой и второй пластин в плоскости симметрии параллелепипеда; n - показатель преломления материала подложки. 1 ил.

ГАЗОВЫЙ ЛАЗЕР, содержащий рабочий объем в форме параллелепипеда, размещенный в оптическом резонаторе, включающем две подложки из материала, прозрачного для излучения лазера, выходное и глухое зеркала, выполненные в виде покрытий, нанесенных на поверхности первой подложки и ограниченных по линиям пересечения плоскости симметрии параллелепипеда с поверхностями подложки, первое и второе поворотные зеркала, выполненные в виде покрытий, нанесенных на поверхности второй подложки, ограниченных по линиям пересечения плоскости симметрии параллелепипеда с поверхностями подложки и расположенные напротив выходного и глухого зеркал соответственно, отличающийся тем, что, с целью увеличения энергии излучения лазера, вторая подложка выполнена в виде пластины с плоскими поверхностями, расположенными под углом α и установлена так, что обращенная к рабочему объему поверхность пластины расположена перпендикулярно плоскости симметрии параллелепипеда, первая подложка выполнена в виде пластины с плоскими поверхностями, расположенными под углом b и установлена так, что обращенная к рабочему объему поверхность пластины расположена под углом j по отношению к плоскости симметрии параллелепипеда, причем линии пересечения поверхностей первой и второй пластин параллельны, глухое и выходное зеркала расположены соответственно на обращенной к рабочему объему и наружной поверхностях первой пластины, второе и первое поворотные зеркала расположены соответственно на обращенной к рабочему объему и наружной поверхности второй пластины, при этом углы a, β и Ψ удовлетворяют следующим соотношениям:



где n показатель преломления материала подложки;
l расстояние между обращенными к рабочему объему поверхностями первой и второй пластин в плоскости симметрии параллелепипеда;
d размер рабочего объема в направлении, параллельном линиям пересечения плоскости симметрии параллелепипеда и поверхностей пластин.