Неустойчивый резонатор оптического квантовоно генератора Советский патент 1980 года по МПК H01S3/08 

(54) НЕУСТОЙЧИВЫЙ РЕЗОНАТОР ОПТИЧЕСКОГО КВАНТОВОГО ГЕНЕРАТОРА

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при создании оптических квантовых генераторов (ОКГ) с узконаправленным излучением имеющих, активную среду с малым усилением (напр мер, газодинс1мических) . Для получения узконаправленного излучен1 я обычно применяют неустойчивые резонаторы, образованные отражающими зеркалами. Неустойчивый резо натор в целом может быть-охарактеризован двумя параметрами: коэффициентом увеличения М , указывающим во сколько раз увеличиваются размеры сечения светового пучка после его однократного прохождения по резонатору , углом вращения поля oi показывгиощим величину поворота сечения светового пучка вокру.г оси резонатора после его однократного прохождения через резонатор. В двух зеркальных резонаторах ориентировка сечения пучка сохраняется (сХ- 0), если одно из зеркал заменено на триппель-призм сечение пучка после каждого отражения от нее повертывается на yroSi (нижняя часть становится верхней и наоборот). Возможны любые промежуточные значения угла сзЛ- , который яв ляется сложной функцией расположения зеркал или иных отражателей. В известных неустойчивых резонаторах для вывода излучения либо внутрь резонатора устанавливают наклонную отражающую пластину, имеющую отверстие на оси резонатора, либо выполняют выходное зеркало размером, меньшим размера сечения активной зоны рабочего вещества ОКГ в М раз (ll . Изв1естен резонатор газодинамического ОКГ, состоящий из систетиы зеркал , размер одного из которых меньше размера активной зоны в М раз. Сечение выходного светового пучка такого ОКГ, как и указанных, представляет собой кольцо, отношение наружного и внутреннего диаметров которого равно М . Когда коэффициент усиления активной среды ОКГ мал, М должно выбираться близким к единице. Тогда кольцо становится узким 21. Такая форма пучка в ряде случаев практического применения неустойчивых резонаторов является их недостатком по двум причинам: из-за большой угловой расходимости выходного пучка за счет дифракции на узком кольце и кольцевой (несплошной) Формы сечения луча и относительно больших его размеров. Т,ель изобретения - уменьшение рас ход 1мости генерируемого излучения и получение выходного пучка сплошного сечения при одновременном уменьшении его размеров, Это достигается тем, что в отражателе, служащем для вывода излуче ия, выполнен вырез в форме части Сектора с углом охвата, равным углу вращения oL поля генерации в резонаторе, на расстоянии от оси резонатор R.MWof рде расстояние между осью резонатора и краем активной сре ды, М 1 - коэффициент увеличения резонатора, причем угол oi выбран If) л Л jLluloC f . ИЗ условия / Вп f2- На фиг. 1 схематически изображен предлагаемый резонатор на фиг. 2 сечение в плоскости- выходного зеркала. Резонатор работает следующим образом. Световой пучок падает на выходное зеркало 1. Часть пучка проходит в вы рез 2 и образует полезный сигнал, излучения, отражаясь от зеркала, идет В- цепь обратной связи, состоящую из остальных зеркал 3 резонатора, где сечение пучка увеличивается в И раз и повертывается на угол rt . Принцип работы поясняется на конкретном примере резонатора , Угол вращения С поля в соответствии с приведенным условием выбирается равным % /4 (45). Поворот сечения светового пучка после его прохождения по резонатору на 45 будем считать направленным по часовой стре ке. Для наглядности сечение резонатора разбито проходящими через его ось ЛИНИЯМИ ОА, ОВ , ОС , .. . , углы между которыми равны 45 (фиг. 2). Длина этих отрезков выбрана так, что каждый последующий длиннее предьщущего в М 1,1 раза. Таким образом, все трёупольники по)добны друг другу, каждый последующий по размерам больше предыдущего в 1,1 раза и повернут относительно него на . Световой пучок dKbCDEFQHD падает на выходное зеркало. Часть пучка CJKBA проходит в вырез, остальная часть остается внутри резонатора. После прохождения резонатора сечение пучка возрастает в ,1 раза и повертывается на сзС 45. При этом часть пучка, от раженная от ЛА.ОЬ , заполняет дЬОС и т.д. наконец, часть пучка, отражен ная от йНОЗ , заполняет А DDK , Таким образом, пучок восстанавливает свою первоначальную форму, и процесс повторяется, т.е. выполняется услови обратной связи. Размеры ЬЗОЕ больше размеров иДОЬ в V( 1,1 раз . npSt выборе расстояния, на которое вырез не доходит до оси резонатора, равным .-2ic/oi , расстояние от оси по линии ЗК равно Т , т.е. световой пучок как раз заполняет все сечение активной среды ОКГ. Выходящий из резонатора пучок имеет компактную форму. При выборе угла вращения о поля генерации в соответствии с приведенной формулой размеры и ЗА различаются незначительно, р зтом случае выходной пучок в поперечном- сечении имеет минимальные размеры при заданной его площади, которая определяется только сечением активной среды и увеличением М и равна площади кольца в поперечном сечении выходного пучка известных неустойчивых резонаторов. Линия АЬ может несколько отличаться от прямой и быть выполнена так, что пучок будет иметь не восьмиугольную, а скругленную форму. Вырез на зеркале может быть, в целях удобства изготовления, в отдельных случаях увеличен за счет зоны, лежащей в секторе KUL , что не имеет принципиального значения. Наконец, вместо выполнения выреза в выходном зеркале можно вставить внутрь резонатора наклонную отражающую пластину, имеющую ту же форму, что и у выреза. Компактная форма выходящего из резонатора пучка выгодно отличает его от ранее использовавшихся резонаторов. Применение изобретения позволит существенно уменьшить расходимость излучения ОКГ с активными ,. обладающими малым усилением, а также уменьшить габариты оптики в системах внешнего формирования лазерного луча. Формула изобретения Неустойчивый резонатор оптического квантового генератора, включающий систему отражателей, например зеркал, отличающийся тем, что, с целью уменьшения расходимости генерируемого излучения и получения выходного пучка сплошного сечения при одновременном уменьшении его размеров, в отражателе, служащем для вывода излучения, выполнен вырез в форме части сектора с углом охвата, равным углу вращения d поля генерации в ре.зонаторе, н расстоянии от оси резонатора R-M где К -расстояние между осью резонатора и краем активной среды, М 1 - коэффициент увеличения резонатора, причем угол oL выбран из условия ien-btp:±LUi. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Opt, 13, 353, 1974. 2. Lasen Focus, 12, 1970, p.27 (прототип)о

;

.i