Кольцевой лазер Советский патент 1991 года по МПК H01S3/83 

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано для создания мощных импульсных источников когерентного узкополосного оп- тического излучения.

Известен твердогельный лазер бегущей волны, в котором для создания режима однонаправленной генерации применялся невзаимный элемент. Активным элементом лазера является рубиновый кристалл с торцзми, срезанными под углом Брюстера. В качестве невзаимного элемента в лазере используют фарадеевский изолятор с кварцевой пластинкой. Активный элемент и невзаимный элемент расположёны в грехзеркальном кольцевом резонаторе. Для реализации одномодового режима внутрь

Ч

о

кольцевого резонатора введен селектор эталон Фабри-Перо.

1Известен лазер, содержащий пассивслный вентиль и размещенные в резонаторе активный элемент и электрооптический заТвор, состоящий из поляризатора, модуляционного элемента и анализатора.

Известный лазер обладает значительной продолжительностью процессе установления бегущей волны в кольцевом резонаторе, сравнительно малая длительность периода формирования генерации при модуляции добротности резонатора электрооптическим затвором затрудняет получение одиночных гигантских импульсов бегущей волны и не обеспечивает достаточно эффективное сужение спектра излучения.

Цель изобретения - сужение спектра моноиг шульсного излучения,

Поставленная цель достигается тем, что поляризатор и анализатор электрооптического затвора расположены з резонаторе так, что плоскость полпризации поляризатора составляет с плоскостью поляризации

анализатора угол О « /4 для затвора, работающего на выключение, и лг/4 л:/2 для затвора, работающего на включение, где от и - предельные значения угла, определяемые пороговой мо1щюстью разрушения вещества модуляционного элемента.

На фиг. 1, представляющей вариант устройства, приняты следующие обозначения;

электрооптический затвор 1, активный элемент - 2, отражатели - 3, 4, 5, 6, электронное устройство - 7 поворотная призма 8.

Данный кольцевой лазер содержит полуволновый электрооптический затвор 1, работающий на включение, и состоит из поляризатора, модуляционного элемента и анализатора.

Поляризатор и анализатор электрооптического затвора 1, расположены в резонаторе так, что плоскость поляризации поляризатора составляет

угсл с плоскостью поляризации анализатора. Активный элемент 2 помещен D одном из плеч кольцевого резонатора на его оптической оси. Кольцевой резонатор образован отражателями 35. Отражатели 4 и 6 образуют пассивный вентиль. Электронное устройстро запуска 7 оптически связано через анализатор электрооптического затвора 1 с резонатором лазера и электрически с модуляционным элементом электрооптического затвора.

На фиг. 2 представлен другой пример

выполнения лазера с электрооптическим затвором 1, который выполнен в виде концевого отражателя с призмой полного внутреннего отражения. В данной конструкции призма полного внутреннего отражения является одновременно и анализатором электрооптического затвора 1. Активный элемент 2 помещен в одном из плеч кольцевого резонатора на его оптическрй оси. В качестве активного элемента 2 использован рубиновый стержень с ориентацией оптической оси, близкой к 60°, который сам является поляризатором. В этом случае поляризатор электрооптического затвора 1 не обязателен.Плоскость поляризации активного элемента 2 определяется плоскостью, проходящей через оптическую и геометрическую оси рубинового стержня. Кольцевой резонатор образован отражателями 3 и 4 и призмой полного внутреннего ЬтражеИК5 электрооптического затвора 1. Актив-, ный элемент 2 расположен в резонаторе так, что плоскость поляризации в нем (плоскость, проходящая через оптическую и геометрическую оси активного элемента 2)

составляет угол с плоскостью поляризации анализатора злектрооптмческого затвора 1. В данном случае угол а можно определить как угол между плоскостью, проходящей через оптическую и геометрическую оси активного элемента 2, и ребром призмы полного внутреннего отражения злектрооптического затвора 1. Отражатели 4 и 6 образуют пассивный вентиль.

0 Электронное устройство 7 оптически связано через поворотную призму 8 и электрооптический затвор 1 с резонатором ОКГ и электрически с электрооптическим затвором 1,

5Принцип действия устройства, представленного на фиг. 1, состоит з следующем. При описанном выше расположении поляризатора и анализатора электрооптического затвора 1 часть излучения проходит через

0 анализатор, как обыкновенная волна, не меняя направления распространения, а другая часть преломляется в анализаторе, как необыкновенная волна и выводится из резонатора. При соответствующей накачке

5 активного элемента 2 и выключенном электрооптическом затворе 1 в резонаторе развивается пичок свободной генерации. Часть излучения свободной генерации, выходящая из анализатора элект0 рооптического затвора 1, используется для запуска электронного устройства 7, вырабатывающего управляющий импульс для электрооптического затвора 1. Включение электрооптического затвора 1 стимулирует

5 развитие в кольцевом резонаторе лазера моноимпульсной генерации большой мощности.

Принцип действия устройства, представленного на фиг. 2, состоит в следующем.

0 При описанном выше расположении активного элемента 2 и электрооптического затвора 1 составляющая поляризованного излучения с направлением электрического вектора в плоскости, перпендикулярной

5 плоскости чертежа, отражается на концевых гранях выключенного электрооптического затвора 1,как обыкновенная волна и вы содит из затвора 1 в направлении, параллельном направ,г1ению входного излучения. Составляющая с направлением электричеCKoro вектора в плоскости чертежа отражается на концевых гранях, как необыкновенная волна под углом, не равным углу падения, и выводится из резонатора. При соответствующей лакачке активного элемента 2 и выключенном электрооптическом затворе 1 в резонаторе с постоянными потерями развивается свободной генерации, Часть излучения свободной генерации, выходящая из электрооптического затвора 1, после отражения от поворотной призмы 8 используется для запуска электронного устройства 7, вырабатывающего управляющий импульс для электрооптического затвора 1. Включение электрооптического затвора 1 стимулирует развитие в кольцевом резонаторе СКГ моноимпульсной генерации большой мощности. Величина энергии генерируемого при этом излучения зависит от перепада пороговых значений энергий накачки при включенном и выключенном электрооптическом затворе и определяется величиной угла а, поскольку от величины угла а зависит соотношение между коэффициентами отражения (либо пропускания)злектрооптического затвора при выключенном и включенном состоянии. Величина энергии, запасенной в активном элементе, в этом случае равна; m hvS ,

()

:ген

2/0

где т.- число активных центров,

h - постоянная Планка,

V-частота и;злучения.. - ;

S - площадь сечения активного элемента,

к - предельный коэффициент усиления.

Выше описано устройство с полуволновым электрооптическим затвором на проход и С электрооптическим затвором, выполненным в виде концевого отражателя с Г1ризмой полного внутреннего отражения, и с пассивным вентилем для создания однонаправленной генерации. Однако предлагаемое устройство может быть осуществлено и с другими конструкциями электрооптического затвора, а вместо пассивного вентиля для создания однонаправленной генерации можно использовать также и любой невзаимный злемеит.

Таким образом, предлагаемое устройство поз,воляет формироватьГигантский импульс в кольцевом резонаторе из затравочного пичка свободной генерации. За

счёт этого время формирования гигантского импульса с уЦёУдм времени развития пичка свободной генерации увеличивается более, чем на hopядoк. Поскольку коэффициент подавления обратной волны имеет степенную;

зависимость от числа проходов светового

потока по резонатору, то предлагаемое устройство позволяет осуществить режим однонаправленной генерации без допол-. нительного активного элемента. Это существенно упрощает получение одиночных гигантских импульсов бегущей волны активной модуляции добротности и позволяет устранить одну из основных причин многомодовой генерации - пространственную неоднородность инверсной заселенности. Формирование гигантского импульса из затравочного излучения свободной генерации позволяет, кроме того, существенно сузить ширину спектра моноиМпульсного

излучения вплоть до величины, сравнимой с шириной спектра пичка свободной генерации. Тем самым, значительноуменьшается минимальное значение ширины спектра излучения нижняя граница которой устанавливается согласно соотношению неопределенностей. Это позволяет получить; моноим.пульсное излучение с шириной спектра, значительно более узкой, чем в известном устройстве.

Кроме того, предлагаемое устройство (фиг. 2), благодаря дисперсионным свойствам управляемого электрооптического затвора, дает возможность создать дисперсионный кольцевой резонатор без дополнительнь1х дисперсионны;; элементов в резонаторе лазера. Предлагаемое устройство не исключает также использование до полнительного актвного элемента для увеличения мощности генерируемого излучения и скорости установления режима бегущей волны.

Кольцевой лазер может быть использован в светолокации, в системах распознавания образов, в дальнометрии, в устройствах

оптической обработки информации и др.

КОЛЬЦЕВОЙ ЛАЗЕР, содержащий пассивный вентиль и размещенные в резонаторе активный элемент и электрооптический затвор, состоящий из поляризатора. Модуляционного элемента и анализатора, отличающийся тем, что, с целью сужения спектра моноимпульсного излучения, поляризатор и анализатор электрооптического затвора расположены так, что плоскость поляризации поляризатора составляет с плоскостью поляризации анализатора угол О d 1Л для затвора, работающего на выключение, и я/4 п12 для затвора, работающего на включение, где а и о - предельные значения угла, определяемые пороговой мощностью разрушения вещества модуляционного элемента.