Фазовый синхронизатор Советский патент 1993 года по МПК H01S3/05 

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности, к резонаторам для квантовых генераторов и может быть использовано для фазовой синхронизации работы нескольких активных сред лазеров.

Цель изобретения - одновременное повышение мощности и КПД квантового генератора и снижение расходимости выходного излучения.

На чертеже показан предлагаемый фазовый синхронизатор для синхронизации в качестве примера двух активных сред, содержащий 1,8- плоские глухие зеркала, 2,7 - синхронизируемые активные среды, 3,6 - плоские поворотные зеркала, 4 - внутренние конические зеркала, 5,9 - кольцевые конические зеркала, 11 - выпуклое и 12 - вогнутое кольцевое софокусные зеркала

Предложенный фазовый синхронизатор содержит софокусное 11 и вогнутое 12 кольцевые зеркала, соосно с которыми установлены в общем случае несколько конических пар зеркал, причем каждая пара состоит из внутреннего конического 4,10 и кольцевого конического 5,9 зеркал, отражающие ПОВерчи

00

со сл сл

XI

хности которых эквидистантны. Внешний диаметр кольцевого конического зеркала, который расположен первым по отношению к кольцевым софокусным выпуклому и вогнутому зеркалам, должен быть равен внеш- нему диаметру вогнутого кольцевого зеркала. Внешний диаметр каждого последующего кольцевого конического зеркала должен быть равен внутреннему диаметру предыдущего кольцевого конического зер- кала. А внутренний диаметр последнего ко- нического кольцевого зеркала должен быть равен внешнему диаметра выпуклого кольцевого зеркала. На оси конических зеркал .под углом к этой оси установлены по ходу тракта излучения плоские поворотные зеркала 3,6, т.е. таким образом, чтобы проекция апертуры каждого внутреннего конического зеркала попала на соответствующее плоское зеркало, установленное напротив это- го зеркала под углом коси всего резонатора. Далее по ходу тракта излучения установлены плоские глухие (1,8) таким образом, чтобы проекция апертуры соответствующего

внутреннего конического зеркала попала,

через плоское поворотное зеркало, установленное под углом к оси, полностью на свое плоско глухое зеркало. Активные среды размещены между глухими и поворотными зеркалами.

Предлагаемый фазовый синхронизатор работает следующим образом.

Флюктуации излучения, возникшие в активных средах при их возбуждении, после отражения от плоских глухих зеркал через плоские зеркала попадают на соответствующие внутренние конические зеркала. Активная среда, к правило с апертурой в виде круга, и в стационарном состоянии в такой среде возникает пучок излучения с круглой апертурой. Следовательно диаметр активной среды должен быть в пределах апертуры как глухого плоского зеркала, так и апертуры внутреннего конического зеркала. К тому же ось пучка излучения, вышедшего из активной среды, после отражения от плоского поворотного зеркала должна совпадать с осью конических зеркал. В этом случае после отражения пучка излучения от поверхности внутреннего конического зер- кала и последующем отражении, пучок с круговой апертурой, преобразуется в соос- ной с коническими и тороидальными зеркалами пучок с кольцевой апертурой. Далее пучек излучения с кольцевой апертурой по- падает а отражающую поверхность вогнутого тороидального зеркала. За счет многократных отражений между поверхностями софокусных выпуклого и вогнутого зеркал пучок с кольцевой апертурой сходит5 0

5

0

5 0 5 0 5

ся и кольцевой оси этих зеркал до первой зоны Френеля, после прохождения которой из-за дифракции расходится от этой оси в обе стороны. Одна часть излучения возвращается в активные среды, другая часть выходит из тороидального телескопа. Посля прохождения зоны Френеля, выход из телескопа, заполняет всю его апертуру. И в соответствии с тем, что в сумме все кольцевые конические зеркала перекрывают внешнюю апертуру тороидального телескопа, то излучение от одной активной среды, пройдя зону Френел, попадает обратно уже на все другие активные среды. Тем самым, во-первых, будет осуществлена обратная связь по излучению (так как тороидальный телескоп вы- полняетроль полупрозрачного зеркала), и, во-вторых, т.к. излучение от каждой активной среды будет попадать на все другие среды, то будет осуществляться синхронизация работы всех активных сред. т.е. возможно установление в таком резонаторе общих мод.

Выходит излучение из предложенного синхронизатора в виде пучка с кольцевой апертурой из внутренней части апертуры тороидального телескопа. Этот пучок будет пространственно сфазирован и нести энергию от всех активных сред, т.е. когерентен, в связи с тем его расходимость будет приближена к предельной дифракционной.

В связи с тем, что на выходе тороидального телескопа мы получаем плоский фронт излучения, который возвращается в активную среду(т.к. увеличивается эффективная длина резонатора), то тем самым мы повышает эффективность использования активной среды за счет более полного объема энергии, т.е. повышает КПД устройствами так как зона Френеля к которой сходится излучение, по ширине равна окружности осевой области кольцевых выпуклого и вогнутого зеркала, то синхронизируемая мощность выше.

Таким образом одновременно в одном устройстве мы фазово синхронизируем различные активные среды, что приводит к снижению расходимости пучка излучения при повышении мощности и КПД лазера.

Формула изобретения

Фазовый синхронизатор, содержащий софокусные выпуклое и вогнутое кольцевые зеркала и, по крайней мере, две активные среды, отличающийся тем, что, с целью одновременного повышения мощности и КПД квантового генератора и снижение расходимости выходного излучения, соосно с кольцевыми зеркалами установлены последовательно по крайней мере, две системы зеркал, каждая из которых выполнена

в виде коаксиальных кольцевого и внутреннего конических зеркал, поверхности которых эквидистантны, причем внешний диаметр ближнего к кольцевым софокусным зеркалам кольцевого конического зеркала равен внешнему диаметру кольцевого вогнутого зеркала, внешний диаметр каждого последующего кольцевого конического зеркала равен внутреннему диаметру предыдущего, а внутренний диаметр последнего кольцевого конического зеркала равен

внешнему диаметру выпуклого кольцевого зеркала, активные среды размещены вне осевой области софокусных кольцевых зеркал между дополнительно установленными п тоскими глухими зеркалами и поворотными зеркалами, причем оптическая ось каждого из поворотных зеркал совмещена с оптической осью соответствующей системы из коаксиальных кольцевого и внутреннего конических зеркал.

Применение: в квантовой электронике для фазовой синхронизации работ нескольких активных сред квантовых генераторов. Сущность изобретения: для одновременного повышения мощности и КПД квантового генератора и. Снижение расходимости выходного излучения в фазовом синхронизаторе, содержащем софокусные выпуклое и вогнутое кольцевые зеркала, активные среды размещены вне осевой области софокус- ных кольцевых зеркал, соосно с кольцевыми зеркалами установлены последовательно системы зеркал, каждая из которых выполнена в виде коаксиальных кольцевого и внутреннего конических зеркал, поверхности которых эквидистантны, причем внешний диаметр ближнего к кольцевым софокусным зеркалам кольцевого кокиче- скрго зеркала равен внешнему диаметру кольцевого вогнутого зеркала, внешний диаметр каждого последующего кольцевого конического зеркала равен внутреннему диаметру предыдущего, а врунтренний диаметр последнего кольцевого конического зеркала равен внешнему диаметру выпуклого кольцевого зеркала, плоские и торцовые зеркала установлены с сопряжением осей соответствующих конических и торцовых зеркал, t ил. сл с

К 22233-