КОЛЬЦЕВОЙ ЛАЗЕР Советский патент 1996 года по МПК H01S3/83 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано для создания мощных импульсных источников когерентного узкополосного излучения.

Целью изобретения является расширение области применения за счет увеличения спектральной яркости лазерного излучения.

Устройство поясняется фиг.1-5, где приведены некоторые из вариантов его выполнения и приняты следующие обозначения: 1-4 отражатели; 5 активный элемент; 6 активный затвор; 7, 8 отражатели; 9 активный элемент; 10 - направление распространения излучения; 11 просветляющийся фильтр.

Устройство, оптическая схема которого представлена на фиг.1, содержит кольцевой оптический резонатор, образованный тремя отражателями 1-3, а также возвратный отражатель 4 для обеспечения однонаправленности генерации. Отражатель 1 является выходным. В резонаторе, образованном отражателями 1-3, на его оптической оси расположен активный элемент 5. Активный затвор 6 расположен на оптической оси во втором кольцевом оптическом резонаторе, образованном тремя отражателями 3, 7, 8 и оптически связанном через отражатель 3 с оптическим резонатором, образованным отражателями 1-3. Второй активный элемент 9 расположен на оптической оси в оптическом резонаторе, образованном отражателями 3, 7, 8, последовательно с активным затвором 6 в направлении 10 распространения излучения. Просветляющийся фильтр 11 расположен на оптической оси в резонаторе, образованном отражателями 1-3.

В устройстве, оптическая схема которого представлена на фиг.2, оба кольцевых оптических резонатора образованы четырьмя отражателями: 1, 2, 2', 3 и 3, 7, 7', 8, соответственно. При этом один из кольцевых оптических резонаторов может быть и трехзеркальным, как, например, показано пунктиром на фиг. 2.

В устройстве, оптическая схема которого представлена на фиг.3, оба кольцевых четырехзеркальных резонатора оптически связаны между собой через два отражателя 1, 3.

На фиг. 4, 5 представлены оптические схемы устройства, активные затворы которого выполнены в виде двух полуволновых электрооптических элементов 6 и 6', а оба кольцевых оптических четырехзеркальных резонатора оптически связаны между собой через два поляризационных отражателя 2, 2'(фиг.5) и 3,3'(фиг. 4).

Элементы 1-10 предлагаемого устройства могут быть аналогичны элементам известного кольцевого лазера; отражатели зеркала с диэлектрическим покрытием; активные элементы рубиновые стержни; активный затвор - полуволновый электрооптический затвор на основе кристалла КДР со стандартным блоком питания БПЗ-2Л, на входе которого последовательно включены фотоприемник и счетчик на основе микросхемы К 155 ИЕ7 с ключевым устройством в цепи питания, собранным на транзисторе КТ 315Б. Блок управления ключевым устройством представлял собой одновибратор, собранный на микросхеме К 155 ТМ2, с линией задержки на входе. В качестве просветляющего фильтра 11 использован раствор красителя N 1044 в этаноле.

Предложенное устройство, вариант выполнения которого представлен на фиг. 1, работает следующим образом. При соответствующей накачке активного элемента 5 и выключенном затворе 6 в резонаторе, образованном отражателями 1-3, развивается генерация, преимущественное направление 10 распространения которой задается возвратным отражателем 4. Часть генерации, проходящая через отражатель 3 и поступающая на затвор 6, выводится выключенным затвором 6 и используется для запуска блока, управляющего затвором 6. Включение затвора 6 стимулирует развитие в составном кольцевом резонаторе, образованном отражателями 1-3, 7, 8, моноимпульсной генерации большой мощности. При этом излучение, развивающееся после включения затвора 6 может усиливаться активным элементом 9. При наличии просветляющегося фильтра 11 в резонаторе обеспечивается не только повышение спектральной яркости моноимпульсной генерации, но и реализуется двухимпульсный режим генерации с высокой спектральной яркостью излучения в пределах одного импульса накачки, например, когда добротность резонатора, образованного отражателями 1-3, первый раз включается просветляющимся фильтром 11, а затем через требуемый промежуток времени включается электрооптический затвор 6. стимулируя развитие второго гигантского импульса в составном кольцевом резонаторе, образованном отражателями 1-3, 7, 8. При этом модуляция добротности осуществляется комбинированным способом.

Аналогично работают устройства, оптические схемы которых представлены на фиг.2-5, однако, каждая из них имеет некоторые свои особенности и достоинства. Оптические схемы, содержащие хотя бы один кольцевой резонатор, образованный нечетным количеством отражателей в плоскости (см. например, фиг.1, 2
штриховая линия; 5 штриховая линия), обеспечивают после каждого обхода по этому резонатору переворачивание излучения на π вокруг оси ортогональной данной плоскости, что обеспечивает тем самым перемешивание излучения в резонаторе и повышение при необходимости пространственной однородности его на выходе лазера. В резонаторах с четным количеством отражателей проще выделение TEMooq моды и повышение тем самым при необходимости пространственной когерентности лазерного излучения на выходе. Оптические схемы, представленные на фиг. 4, 5, позволяют выносить просветляющийся фильтр и другие селектирующие элементы в плечи кольцевых резонаторов (между 3, 3' на фиг.4, либо между 2, 3 и 3, 2' на фиг.5), не участвующие в генерации гигантских импульсов и тем самым исключающие потери моноимпульсного излучения на этих элементах. При этом сужение спектральной полосы до одной аксиальной моды может быть достигнуто уже в первом пичке генерации.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить спектральную яркость моноимпульсного лазерного излучения, реализовать двухимпульсный режим генерации с высокой спектральной яркостью излучения, что обеспечивает значительное расширение области применения устройства, в частности, при голографировании более габаритных диффузно отражающих объектов, при исследовании более широкого класса быстропротекающих процессов. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4

Использование: изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано для создания мощных импульсных источников когерентного узкополосного излучения. Сущность изобретения: введен второй кольцевой оптический резонатор, оптически связанный с первым кольцевым оптическим резонатором хотя бы через один отражатель, причем активный затвор расположен во втором резонаторе на оптической оси, а при использовании поляризационного отражателя введен второй активный затвор, который установлен в первом резонаторе на оптической оси, причем активный элемент, первый активный затвор, поляризационный отражатель и второй активный затвор расположены последовательно в направлении распространения излучения. Введен, по крайней мере, еще один активный элемент, который расположен во втором кольцевом оптическом резонаторе и введен просветляющий фильтр, который расположен в одном из кольцевых оптических резонаторов. 5 ил.

1. Кольцевой лазер с однонаправленной генерацией, содержащий оптический резонатор с выходным отражателем, расположенный в резонаторе на оптической оси активный элемент, а также активный затвор, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет увеличения спектральной яркости излучения, в него введен второй кольцевой оптический резонатор, оптически связанный с первым кольцевым оптическим резонатором, причем активный затвор расположен во втором резонаторе на оптической оси. 2. Лазер по п.1, отличающийся тем, что отражатель выполнен поляризационным, при этом введен второй активный затвор, который установлен в одном резонаторе с первым затвором, причем активный элемент, первый активный затвор, поляризационный отражатель и второй активный затвор расположены последовательно в направлении распространения излучения. 3. Лазер по пп.1 и 2, отличающийся тем, что введен просветляющийся фильтр, который расположен в одном из кольцевых оптических резонаторов, и введен по крайней мере один дополнительный активный элемент, который расположен во втором кольцевом оптическом резонаторе последовательно с первым активным затвором в направлении распространения излучения.