Кольцевой лазер Советский патент 1985 года по МПК H01S3/83 

so 00 4i

00

КОЛЬЦЕВОЙ ЛАЗЕР, содержащий расположенные в резонаторе активный зиемеит, изотропный по поляризации, элемент с лиией- но-фазовой анизотропией и невзаимное устройство, состоящее из двух четвертьволновых пластинок, одноименные главные оси которых развернуты на углы соответственно 45 и —45" относительно главной оси элемента с линейно- фазовой анизотропией, и магнитооптической ячейки, расположенной между четвертьволновыми пластинками, отличающийся тем, что, с целью стабилизации величины разделения частот встречнь1х волн, в качестве магнитооптической ячейки использоваи элемент, обладающий магнитным круговым дихроизмом.i

Л--- 1

1 йЙГйй И I6 Изобретение относится к области квантовой электроники. Лазер может быть использован для измерения угловых скоростей и перемещений. Известно, что при вращении кольцевого ОКГ происходит пропорциональное скорости вращения расщепление частот встречных волн 1. Величина этого расщепления служит мерой угловой скорости при использовании такс го лазера в качестве гироскопа. Однако такой лазер непригоден для измерения малых угловых скоростей, так как при таких скоростях в результате взаимодействия встречных волн происходит синхронизация (захват) частот этих волн. Известен кольцевой лазер, содержащий расположенные в резонаторе активный элемент, изотропный по поляризации, элемент с линейно-фазовой анизотроп);ей и невзаимное устройство, состоящее из двух четверть-волновых пластинок, одноименные главные оси которых развернуты на углы соответственно 45 и -45° относительно главной оси элемента с линейнофазовой анизотропией, и магнитооптической ячейки, расположенной между четвертьволновы ми пластинками 2. В этом лазере величина линейно-фазовой анизотропии резонатора должна быть существер)но меньше величины ин дуцированной магнитным полем циркулярнофазовой анизотропии ячейки Фарадся, так как именно При этом условии возможно осуществление селекции требуемых типов колебаний за счет конкурентного взаимодействия волн в активной среде. Эго ограничивает максимальную величину частотной подставки, которая может быть использована в данном лазере, не позволяет полностью исключить взаимодействие встрешых волн, обусловленное обратным рассеянием, и приводит к ограничению диапазона измерения угловых перемещений. Кроме того, этот лазер нельзя использовать в об ласти оптимальных расстроек вблизи центра контура усиления. Целью изобретения является стабилизация в личины разделения частот встречных волн, что дает возможность увеличить точность измерени угловых скоростей и перемещений, с помощью кольцевого лазера. Это достигается тем, что в предложенном лазере в качестве магнитооптической ячейки использован элемент, обладающий магнитным круговым дихроизмом. Предлагаемый лазер изображен на чертеже, где обозначены 1-4 - зеркала, 5 - активный элемент, 6 и 7 - четверть-волновые пластинки, 8 - магнитооптический элемент, 9 - линейно-фазовый элемент. Стрелкой Н обозначено продольное магнитное поле, которое накладывается на магнитооптический элемент. Активный элемент выбран изотропным .по поляризации. Магнитооптический элемент характеризуется тем, что обладает магнитным круговым дихроизмом, который не имеет дисперсии в частотной области генерации лазера. Он может быть изготовлен из граната, стекла, активированного редкоземельными элементами, ферромагнитными материалами и тд. Элемент 9 изготовлен из вещества, обладающего естественной или индуцированной с помощью внешних полей линейно-фазовой анизотропией. Четвертьволновые пластинки 6 и 7 ориентированы таким образом, что их одноименные оптические оси развернуть на углы соответственно 45 и -45° относительно главной оптической оси элемента 9. Отдельные оптические элементы, например две четверть олновые пластинки, могут быть конструктивно совмещены в одном элементе. Согласно поляризационному условию генерируемое лазером излучение имеет такое состояние поляризации, которое воспрюизводится за полный обход резонатора. В промежутке между четвертьволновыми пластинками 6 и 7 эти согласования поляризации круговые с направлениями вращения светового вектора по и против часовой стрелки. Поскольку магнитооптический элемент 8 обладает круговым ди-. хроизмом поглощения, волны, поляризационные по левому и правому кругам, испытывают в этом элементе разные оптические потери. Предполагают, что на длине волны оптического перехода поглощение света в магнитооптическом элементе для волн, поляризованных по левому кругу, больше, чем для волн, поляризованных по правому кругу. Если параметры лазера подобраны так, что в пределах контура линии усиления выполняются следующие пороговые условия генерации; K,,,,-Kn,) где К uj. ( - коэффициент усиления в активной среде для волны с частотой 9 ; К(,, К - коэффициенты оптических потерь за полный обход резонатора для волн, поляризованных в промежутке между четвертьволновыми пластинками по левому и правому кругу соответственно, то в обоих направлениях генерация осуществляется на излучении, поляризованном в магнитооптическом веществе по правому кругу (в системе координат, связанной с магнитооптическим элементом). Вне промежутка между элементами 6 и 7 излучение поляризовано

линейно, поскольку при прохожденни волны через четвертьволновые пластинки имеет место преобразование поляризации из линейной в круговую и обратное преобразование. Плоскости поляризаций встречных волн ортогональны, j так как порядок следования пластинок 6 и 7 для направлений обхода контура по и против часовой стрелки противоположный. Поляризованные в ортогональных плоскостях волны испытывают разные набеги фаз в оптическом ю элементе 9, обладающем линейно-фазовой анизотропией, так как плоскости поляризаций встречных волн совпадают с главными направлениями линейно-фазового злемента 9. Таким образом, создается частотная подставка, опре- j деляемая линейно-фазовой анизотроции.

Положительным эффектом изобретения является то, что величина, резонаторной частотной подставки (без учета зффектов затягивания мод и отталкивания провалов) постоянна и имеет один и тот же знак во всей частотиой области генерации, т.е. не подвержена -влиянию нестабильности длины периметра резонатора. Следовательно, этот частотный режим можно осуществить при любых расстройках, в том числе и в области оптимальных расстроек вблизи центра контура усиления, что позволяет увеличить отношение сигнал/шум в 2-3 раза. Кроме того, если выполняются условия генерации (1) а обла.сти центральных расстроек, то величину резонаторной частотной подставки можно сделать сколь угодно большой. Все это приводит к увеличению точности измерения угловых перемещений в реза.