Оптический квантовый генератор Советский патент 1977 года по МПК H01S3/83 H01S3/10 

1

Изобретение . относится к области оптической квантовой электроники и может быт использовано для создания перестраиваемых в процессе генерации одночастотных лазеров.

Известны лазеры со свипированием (сканированием) частоты, содержащие диспер сионный резонатор, перестраиваемый в про iecce генерации.

В таких лазерах осуществляется ©ффек- тивное управление спектром и к шетикой генерации, что делает их весьма перспективными для использования в спектроскопии нелинейной оптике, биологди, химии, геологии и других областях науки и техники.

Однако известные лазеры не позволяют получить одночастотную генерацию со свипированием частоты. Для этой цели перспективно использовать кольцевые и дисперсионные резонаторы бегущей волны. Однако в них невозможно сохранить нужную юстировку кольцевого резонатора при перестройке частоты, трудно получить одночастотную генерацию с минимальным смешением от пичка к пичку, определяющим разрешающую

способность спектроскопа, в котором такой лазер используется а качестее источника из.аучения.

Цель изобретения - создание оптического квантового генератора с повышенной надежностью, сохран5яющего одночастотный режим генеращ1и при свипировании частоты в -пределах полосы люминесце щии активной среды.

Поставленная цель достигается за счет установки отражателей, резонатора и дис персионного элемента таким образом, что ruiooкость кольца (резонатора) не совпадает с плоскостью дисперсии резонатора, например перпендикулярна ей. Пассивный вентиль выполнен в виде двух призм-крыщ, одна из которых входит в состав резонатора, а другая установлена на рабочей грани первой призмы на управляемом контакте, причем ее двугранный прямой угол расположен так, что иал 1ение отраженной волны возвращается в резонатор строго вдоль оптической оси, а иатунение прямой (проходящей) волны выхо.дит через боковую грань призмы.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого оптического (квантового генератора; на фиг. 2 - ход лучей в ОКГ с дисперсионной призмой на фиг, 3 - схема ОКГ с пассив- ным а1у плитуднь м вентилем, собраннымна призмах; на фиг. 4 - приэма отражатель hacCHBHOi- еентиля. Оптический квантовый генератор (фиг,1) состоит из активного вещества 1, диспе|эсион ного элемента 2 и кольцевого резонатора, образованного отражателями , За полу прозрачным отражателем 6 установлен ofражатель 7, возвращающий а резонатор из лучегше волны, распростран5аошейся по часо вой стрелке Снстема отражателей 6 и 7 явлйетс.й пассйвнь5м isesiTHneM, о6еспечизак вднм ой5шаагф«вяенкую генерацию в резонаторе (на фиг 1 она соответ-ствует вонне,: расг5ространжэщейся против часэвой стрелки Отражатели, образующие кольцевой резона тор, расположены так, что активное вещесТ во и дисперсионный элемент перекрывают cpasy оба плеча кольца (на фиг, 1 иерекры ты верхнее и нижнее плечикольца). В 1сачестве активного вещества 1 может использоваться среда, на которой по ггучека renepaicias в частности стекло, жидкость и крнстал,пы, актявкрованные редкоаэ мольными ионами, растворы органических красителей и т п. Дисперсионным алемен том может служить призма, интерферометр Фабрй-Перо, дифракционная (ра6о. тающая как на пропускание, так и на отр&- жение), поляризащ.ониьге фильтры и т д. В резонаторе отсутствуют источники пара- 35ггной. селекции спектра: все зеркала нане сены на клиновые подпожкк, торцы образца и рабочие грани диснерсиошюго элемента скошены под углом BjitoCTepa к оси резона- тора. Если дисперсно1щым элементом является призма или дифракционная решетка, то пере стройка резонатора сюуществляется вращением жестко скрепленной системы отраж&телей 3 и 4, Если диснерсионным элемен том служит интерферометр Фабри Перо, то перестройка частоты достигае1 ся либо вращением интерферометра, либо изменением базы между его зеркалами. В случае поляризационных и других фильтров, основанных На электро-, магнито-, акустоэ(|х{)ектах, перестройка, достигается приложстшем к дис пе х;ионному элементу 2 соответствующих полей. При этом все элементы резонатора остаются неподвижными, В описываемой схеме отражатели, обра- гующие кольцевой резонатор, расположены так, что плоскость кольца не совпадает с плоскостью дисперсии резонатора. Это дает возможность перестраивать частоту, не нарушая юстировки кьльца. Приаменный дисперсионный резонатор показан на фиг, 2, 3. Здесь в качестве от райштелей 3, 4 и 5, 6 использованы приэмы- крышй с двугранным углом и брюстероЕским входом. Ребра крыш раоположены 3 плоскости дисперсии призмы таким образом, что плоскость кольца- составляет прямой угол с плоскостью дисперсии резонатора. Ка ребрах 90°-ных углов сделаль фаски, предотвращающие генерадию в центральной части активного вещества. .Как видно из фчГа 2, 3, прежде чем совершить полный проход по кольцевому резонатору, ге}1ерацЕонный пучок дважды проходит через ак :.:вное вещество и дважды через диоперсионн та призму. Следовательно, эффективная длива образца увеличивается вдвое и во столько же раз увеличивается дисперсия резонатора Призма, образованная призмами-крышами 3, 4, установлена с возможностью, вращения вокруг оси, перпендикулярной плоскости дисперсии резонатора. Поворот ее приводит к изменению частоты настройки резонатора, а значит, к изменению частоты генерации. Использование призм-крыш в качестве отра жателей ; позволяет по-новому решить конструкцию пассивного вентиля. Вместо воэвратного отражателя 7 используется призма с 90 двугранным углом и 45°-ным входом, которая на управляемом контакте прижимается входной гранью к катетной рабочей грани призмы (отражателя) 6, вхоаящей в кольцевой резонатор {см. фиг. 3), Управляемый контакт позволяет подобрать оптимальное пропускание, необходимое для обеспечения высокого энергетического выхода генерируемого излучения и высокого коэффициента подавления обратной волны, Оптический квантовый генератор работает следующим образом. Источник накачки переводит активное в&щество в возбужденное состояние и при выполнении пороговых условий в кольцевом резонаторе возникают две волны, распространяющиеся навстречу друг другу. Одна из них (на фиг. 1 и 2 это волна, распространяющаяся против часовой стрелки) получает преимущественное усиление и на ней устанавливается одночастотная генерация. Поскольку частота настройки резонатора непр&рывно изменяется (в схеме призменного дисперсионного резонатора это достигается вращением призм (отражателей) 3, 4 вокруг оси, перпендикулярной плоскости дисперсии), частота генерации также смешается (свипирует в пределах полосы люминесценции активной среды). Таким образом, режим свипирования сочетается с одночастотной генерацией в каждый момент времени (в каждом пичке твердотельных лазеров) В схеме призменного дисперсионного р&зонатора {или резонатора с дифракционной решеткой) свипирование частоты осущест&ляется вращением только призм (отражателей) 3, 4, что существенно упрощает процесс перестройки. Кроме того, для каждой новой частоты настройки резонатор оказывается автоматически съюстированным за счет известного стабилизирующего свойства 90 -ных приз -крыщ. По этой же причине увеличивается стабильность одночастотной генерации, зависящая от юстировки отражателя 7, роль которого в этой схеме играет также призма-крыша. Наконец, в резонаторе полностью отсутствуют искусственные зеркальные покрытия, что существенно увеличивает надежность и долговечность ген - ратора. Удвоение дисперсии при наличии оцкого дисперсионного элемента дает возможность использовать материалы с меньщим поглощением, а ашчит, с больщей радиационной стойкостью, гго очень важно

при создании перестраиваемых лазеров с большой выходной энергией и мощностью. Формула изобретения

1,Оптический квантовый г енератор ct цержащий активное вещество, кольцевой дисперсионный резонатор с пассивным ве тилем, образованным двумя отражателя1-1и, один из которых входит в состав кольца, отличающийся тем, что, с целы осуществления свипирования частоты пра сохранении в каждый момент времени оогночастотной генерации, отражатели резонатора и дисперсионный элемент установлены так, что плоскость кольца не совпадает с плоскостью дисперсии резонатора, например перпендикулярна ей.

2.Генератор по п. 1, отличающ и и с я тем, что, с целью повыщения надежности генератора, пассивный вентиль выполнен в виде двух призк -крыщ, одна из которых входит в состав резонатора, а другая установлена на отражающей грани первой на управляемом контакте.

7

/Х/У/УУУ/

ж-- 5

Фиг. 2 Фиг.З

ФигЯ