Оптический квантовый генератор Советский патент 1977 года по МПК H01S3/94 

Изобретение относится к области оптической квантовой электроники и может быть использовано в медицине, биологии, голографии, спектроскопии и других областях науки и техники, где применяются оптические квантовые генераторы (ОКГ) с управляекгым и перестраиваемым в широком диапазоне частот спектром генерации.

Известны ОКГ, использующие лазерную накачку. Основное их достоинство заключается в ,том, что они излучают мощные короткие световые импульсы с хорошими пространственно-утловымн характеристиками, так как в активной среде отсутствуют вредные оптические неоднородности, присущие ОКГ с ламповой накачкой.

Эффективность преобразования излучения накачки в генерацию существенно зависит от способа лазерного возбуждения. ВнасTofяшее время установлено, что наиболее выгоден продольный вариант накачки, когда пучки накачки и генерации совмещены в активной среде. Однако для реализации продольной накачки необходимо пропустить излучение накачки сквозь селективное зеркало резонатора. В некото1я 1х случаях вместо зеркала нспользуюг ненапыленную прозрачную пластику.

Оба эти способа обладаюг существенными недостатками. Под дейскенем - накачки селективные зеркала быстро , разрушаютх;я, а при использовании в качестве выходного зеркала стеклянной пластинки возникает проблема разделения пучков накачки и генерации, так-как огш распространяются навстречу друг ДЕугу. Это ограничивает КПД ОКГ с лазерной накачкой ( 4О-5О%).

Все известные ОКГ с лазерной накачкой представляют собой устройства, независимые от квантового генератора накрчки. По существу, ОКГ накачки и накачиваемый ОКГэто отдельные лазеры. Такая конструкция приводит к неоправданно большим габаритам всей установки и, что самое важное, к дополнительным потерям энергии. На практике в большинсгве случаев применяются japMoimки излучения основной частоты ОКГ. При этом нелинейные кристаллы, как правипо помещаются вне резонагорп. Ттобы интенсивность основной частоты была большой, выходное зеркало резонатора ОКГ делают очень прозрачтлм (часто используется стопа из 2-3 плоско-параллельных пластин). При эгач ворог генерации ОКГ резко возрастает, что требует увеличенной энергии накачки. Цель изобретения - повышение к.п.д, и спектральной яркости перестраиваемых ОКГ, расширение диапазона перестройки частоты и уменьшение габаритов всей сиетемы. Цель достигается осушествлением оптической связи резонаторов источника накачки и накачиваемого ОКГ с помощью диспер сиотюй призмы, которая является дисперсиониым элементом их резонаторов и одновременно позволяет совместить пучки накачки и генерации в активной среде ОК Строго продольная накалка обеспечивает вы сокий коэффициент преобразования, а возможность перестройки частоты источника лазерной накачки расширяет диапазон перестройки частоты генерации.ОКГ. Нелинейный элемент расположен внутри резонатора источника лазерной накачки, а вывод излучения преобразованной частоты осуществляется через дисперсионную призму. При этом нет Ьеобходимости увеличивать прозрачност зеркал резонатора, что дает возможность снизить энергетические затраты на его накачку. Кроме того, расположение ного элемента внутри резонатора обеспечивает наиболее высокие коэффициенты преобразования (вплоть до 100%). Компактное расположение обоих резонаторов вокруг общей дисперсионной призмы резко уменьшает габариты всего устройства. На Чертеже приведена оптическая схема ОКГ. ОКГ соетоитТ13 источника лазерной накач ки и накачиваемого активного элемента, по мещенного в автономный резонатор. Источник накачки содержит активный элемент; 1,оптический резонатор, образованный зер калами 2 и 3, модулятор бодрости ; 4 и нелинейный элемент 5, преобразующий осно ную частоту в частоту, необходимую для накачки. Накачиваемый элемент 6 помещен в оптический резонатор, образованный зеркалами 7 и 8, в котором установлена диспе х ионная призма 9, пoзвoляющaJF плавно перосграивать частоту.генерации. Призма 9 расположена на оптической оси резонатора источника накачки между активным элементом 1 и нолннейным элеменгом 5 так, что накачиваемый элемент 6 и нелинейный элемент 5 оказываются по разные стороны пр мы, а оптическая ось автономного резонат ра совмещена с направлением излучегшя, ир«обр;юовя11ного нелииейш.гм элементом. Поели введения призмы в резонатор источниа накачки оптическая ось последнего претерпевает излом, что требует некоторого мещения Нелинейного цемента 5 и расположенного рядом с ним зерсала 3 с прежней оси резонатора, Активным элементом 1 и накачиваемым элементом 6 могут быть любые вещества, генерирующие в обычном резонаторе. НаприМер, в качестве источника лазерной накачки могут использоваться активированные стекла и кристаллы. Накачиваемым элементом могут быть растворы органических красителей, активированные кристаллы и т. п. Нелинейным элементом чаще всего служат кристаллы, в которых генерируются гармоники основной частоты ( например, КДР, Li NfcOj и др.). Им могут быть также красители, среды, в которых генерируется ВКР и т. п, Дис персионная призма изготавливается из материала, прозрачного на длине волны накачки и генерации, и рассчитывается так, чтобы излучение падало на ее грани под углами близкими к углу Брюстера для рабочих длин волн. Остальные элементы резонаторов (пассивный затвор и отражатели) являются обычными и не требуют дополнительных пояснений, ОКГ работает следующим образом. При возбуждении источника лазерной накачки в резонаторе, образованном зеркалами 2 и 3, генерируется мощный гигантский /импульс на частоте соответствующей угловому положению зеркала 3. В нелинейном элементе 5 это излучение преобразуется по частоте. Преобразованное излучение, проходя через дисперсионную призму, отклоняется в направлении оптической оси резонатора, образованного зеркалами 7 и 8. Оно попадает в накачиваемый элемент 6, осуществляя его продольную накачку. В резонаторе, образованном зеркалами 7 и 8, возникает генерация на частоте, соответствующей угловому положению зеркала. 8, Если полоса люминесценции накачиваемого элемента 6 инрока, то при повороте зеркала 8 осуществляется пла.вная перестройка частоты генерации. Эффективность генерации на крыльях полосы может быть увеличина при соответствующей подстройке частоты источника лазерной накачки. Отметим, что обе эти перестройки осуществляются независимо, и положение призмы 9 при этом остается Неизменным.

Формула изобретения

Оптический квантовый генератор, содержаошй активный элемент, оптический резонатор, модулятор добротности/нелинейный элемент и систему накачки, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью увеличения к.п.д. спектральной яркости излучения и

диапазона перестройки частоты, между активным и нелинейным элементами установлена дисперсионная призма, а система накачки выполнена из активного элемента, установленного в оптический резонатор, образованный - двумя отражательными элементами, расположенными по обе стороны дисперсионной призмы.