Способ разделения встречных волн в кольцевом лазере Советский патент 1985 года по МПК H01S3/83 

//

. /у

ON

СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ВСТРЕЧНЫХ ЮЛН В КОЛЬЦЕВОМ ЛАЗЕРЕ с циркуляр- но-анизотропньм резонатором, вклю-чакиций наложение на активную среду продольного магнитного поля и осуществление режима генерации встречных волн на разных d -компонентах линии усиления, отличающий- с я тем, что, с целью уменьшения взаимодействия встречных волн, по крайней мере на два соседних участка активного элемента накладывают продольные магнитные поля, противоположные по знаку, с напряженностями, при которых расщепление частот между (з -компонентами превышает частотную область генерации на каящой из них.i

./

Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно к способам разделения встречных волн в кольцевом лазере. Оно может быть использовано для измерения угловых перемещений и других эффектов, приводящих к частотной невзаимности встречных волн в кольцевом лазере.

Известен способ разделения путем разнесения частот встречных волн.

Недостатком данного способа разделения встречных волн является то, что он не устраняет, а только частично уменьшает взаимодействие встречных волн через активную среду

Известен способ разделения встреных волн в кольцевом лазере с циркулярно анизотронным резонатором, включающим наложение на активную среду продольного магнитного поля и осуществление режима генерации встречных волн на разных О -компонентах линии усиления.

Этот способ уменьшает взаимодействие встречных волн за счет их разделения как по поляризации, так и по частоте.

Недостатком данного способа является то, что он также не позволяе полностью устранить взаимодействие встречных волн через активную среду, а только уменьшает его. Действительно, в известном способе генерация во встречных направлениях осуществляется на одной и той же продольной моде. Поэтому величина зеемановского расщепления между и-компонентами линии усиления меньш частотной области генерации на каждой из них и взаимодействие . встречных волн происходит из-за болшой связи между О -компонентами. Эту связь можно уменьшить за счет увеличения зеемановского расщепления. Но, поскольку встречные волны усиливаются разными о -компонентами, создание зеемановского расщепления до величин, превьш1ающих частотную область генерации, приводит либо к подавлению генерации излучения в одном из направлений, либо к возникновению режима генерации раных для встречных направлений продольных мод. Первое исключает возможность использования кольцевого лазера для прецизионных измерений, а второе значительно затрудняет проведение таких измерений. ,

Целью изобретения является уменьшение взаимодействия встречных волн.

Цель достигается тем, что в кольцевом лазере по крайней мере на два соседних участка активного элемента накладывают продольные магнитные поля, противоположные по знаку, с напряженностями, при которых расщепление частот между d -компонентами превьш1ает частотную область генерации на каждой из них.

- На фиг.1 схематически показано устройство для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит зеркала 1-4 кольцевого резонатора и элемент 5, обладающий естественным круговым дихронизмом. В качестве него можно в частности, использовать устройство, состоящее из двух скрещенных четвертьволновых пластинок, между которыми расположен линейный амплитудный поляризатор, главное направление которого составляет углы i 45° с направлениями осей четвертьволновых пластинок. Активные элементы 6 и 7 изотропны по поляризации. В качестве них можно использовать газоразрядные трубки, герметизированные просветленными окнами. Активные элементы помещены в продольные магнитные поля, которые обозначены стрелками и буквами Н. При использовании моноблочной конструкции лазера с внутренними зеркалами активные элементы как отдельные узлы могут отсутствовать. Магнитные поля в этом случае накладываются на равные участки канала, просверленного в моноблоке и заполненного активной средой.

Работа лазера, иллюстрирующая реализацию способа, показана на фиг, 2 и 3, где - оптическая частота j Г а частоты трех соседних продольных мод излучения, распространяющегося по (+) и против (-) часовой стрелки; - межмодовое расстояние, dл.n , п левая и правая б-компоненты контуров усиления активных элементов 6 (фиг.2) и 7 (фиг.З) соответственно i л-5 V - расщепления частот между о -компонентами на двух активных элементах, вызванные эффектом Зеемана, П-уровен потерь. Элемент, обладающий естественным круговым дихроизмом, создает в резонаторе лазера два уровня потер равной величины для излучения, поляризованного по правому и левому кругу. Уровни потерь для правой и левой круговых поляризаций волны в одном из направлений распростране ния совпадают с уровнями потерь для левой и правой круговых поляризаций (в системе координат, связанной с первой волной) соответственно во встречном направлении распространения. Элемент 5 выбран таким чтобы уровень потерь был меньше коэффициента усиления на каждом активном элементе только для волны с одной круговой поляризацией (левой для волны, направленной по часовой стрелке). Этот уровень потерь показан на фиг.2. Таким образом, при включении тол ко одного активного элемента 6 в направлении по часовой стрелке гене рация осуществляется на волне, поля ризованной по левому кругу, а во встречном направлении - на волне, поляризованной по правому кругу. При :поме1цении этого активного эле мента в продольное магнитное поле контур линии усиления расщепляется в сипу эффекта Зеемана на две -ком поненты с разными круговыми поляризациями. При увеличении магнитного поля до величин, когда расщепление мезкду j -компонентами превышает частотную область генерации на каждой из них, и возбуждение продольно моды с частотой , поляризованной по левому кругу, наблюдается либо однонаправленное излучение, когда частоты соседних продольных мод не попадают в частотную область генерации на компоненте (j либо генерация осуществляется на разных для встречных направлений продольных мо дах с разными круговыми поляризациями в зависимости от величины поля (см. фиг.2). Если включается второй активный элемент 7 и помещается в магнитное поле, противоположное по знаку магнитному полю на первом активном элементе, смещение ( -компонент контура линии усиления этого активного элемента противоположно направ лению смещения -компонент. Поэтому при использовании только этого активного элемента и величине магнитного поля, когда зеемановское расщепление между d.r -ком 04 понентами превьшает частотную область генерации на каждой из них, можно в зависимости от величины поля наблюдать режимы генерации, аналогичные тем, которые наблюдаются при использовании активного элемента 6 (см.фиг.3). Отличие здесь в том, что при использовании магнитного поля на активном элементе 7, соизмеримо по абсолютной величине с полем на элементе 6, когда частотные области генерации на d.j| -компонентах перекрьшаются с областями генерации -компонентах соответственно, продольные моды с одними и теми же аксиальными индексами будут усиливаться разными при использовании разных активных элементов J -компонентами, Следовательно, при использовании двух активных элементов одновременно наблюдается режим генерации, когда встречные типа колебаний с одинаковыми аксиальными индексами возбуждаются разными активными элементами. В частности, если резонатор настроен так, что в частотные области генерации на д -компонентах попадает только одна продольная мода (на фиг. 2 и 3 сплошные вертикальные линии), в каждом направлении распространения наблюдается одномодовый режим генерации. Измерение частотной независимости можно осуществлять по определению разности частот и -57 2 этом режиме генерации встречные волны имеют ортогональные круговые поляризации и усиливаются разными активными элементами. Если усиливающие среды в этих активных элементах создают разные для встречных направлений набеги фаз, имеет место и частотное разделение встречных волн. Это достигается за счет разбалансировки абсолютных величин магнитных полей на активных элементах, использования активных элементов с разными коэффициентами усиления или разными формами контура усиления. В том случае если между двумя активными элементами расположена полуволновая пластинка (либо активные элементы помещены в разные промежутки резонатора, а между этими элементами находится нечетное количество зеркал), необходимо использовать магнитные поля, направленные в одну и ту же на обоих элементах сторону, так как при прохождении излучения через полуволновую пластинку (отражении от нечетного количества зеркал) левая круговая поляризация волны преобразовывается в правую, а правая - в левую.

Такое разделение встречных волн можно осуществить и при использовании большого количества активных элементов, накладьтая на них продольные магнитные поля соответствующих направлений и величин.

Таким образом, предложенный способ позволяет осуществить разделени

встречных волн по поляризациям и частотам. Кроме того, осуществляется режим генерации,-когда встречные волны усиливаются разными активными элементами. Это позволяет полностью исключить взаимодействие встречных волн через активную среду, что является существенным преимуществом предлагаемого способа по сравнению с известными. При использовании кольцевого лазера, встречные волны которьк разделены предложенным способом, для измерения эффектов, приводящих к частотной невзаимности встречных волн, можно увеличить точность измерения в полтора-два раза.

Л

иг.З