Лазер Советский патент 1982 года по МПК H01S3/02 

Изобретение относится к области технической физики, в частности к области квантовой электроники.

Изобретение может быть использовано при создании мощных лазерных систем, используемых в свою очередь в таких областях, как оптическая локация удаленных объектов, лазерное разделение изотопов, в научных исследованиях.

Известны конструкции лазеров, позволяющие получить одночастотную генерацию. Это лазер с двухзеркальным резонатором с введенной в него в качестве селектора поглощающей пленкой либо газовой ячейкой с нелинейным поглощением 1.

Лазеры с такими селекторами имеют ограничения по мощности, определяемые предельной плотностью излучения, которую может выдержать селектор, не изменяя своих селектирующих свойств.

Известен лазер, включающий активную среду, двух-зеркальный резонатор и поглощающий селектор 2.

Резонатор такого лазера образован двумя зеркалами, расположенными симметрично относительна оптической оси лазера. Селективный отражатель представляет собой тонкую поглощающую пленку, лвбо пленочную дифракционную структуру, напыленную на подложку и расположенную

внутри резонатора между активной средой и одним из зеркал перпендикулярно к оптической оси. Селектирующее действие такого отражателя по отнощению к аксиальным типам колебаний проявляется в том, что помещенный внутри резонатора он либо поглощает ненужные типы колебаний, либо рассеивает их.

Недостатком данного устройства явля10ется то, что селектирование поперечных типов колебаний в лазере с пленочными селекторами не производится. Для этой цели необходимо ограничивать поперечные размеры активной среды, либо ограничивать

15 размеры пучка лазера. Следовательню, это в свою очередь накладывает ограничения tia возможность увеличения выходной энергии ОКГ за счет увеличения поперечных размеров активной среды.

20

Целью изобретения является повыщение выходной энергии одночастотных лазеров, использующих пленочные поглощающие и рассеивающие селекторы за счет увеличения поперечиых размеров активной

25 среды и уменьщения плотности мощности, воздействующей на селектор.

Для этого в предлагаемом лазере, содержащем активиую среду, двухзеркальиый резонатор и поглощающий селектор,

30 двухзеркальный резонатор выполнен телескопическим, одно зеркало которого вогнутое, а другое выпуклое, с внешней стороны его выпуклого зеркала размещено плоское кольцеобразное зеркало перпендикулярно оптической оси резонатора, селектор выполнен также кольцеобразным и расположен между плоским и выпуклым зеркалами, причем внеоиние диаметры вогнутого и плоского зеркал и селектора равны между собой и не превышают минимального поперечного размера активной среды.

На чертеже представлена оптическая схема предлагаемого устройства.

Она содержит сферическое вогнутое зеркало 1, сферическое выпуклое зеркало 2, плоское кольцеобразное зеркало 3, кольцеобразный селектор 4, оптическую ось устройства 5, активную среду 6 и луч 7.

Предлагаемое устройство содержит двухзеркальный нестабильный резонатор, состоящий из вогнутого 1 и выпуклого 2 зеркал, плоского кольцеобразного зеркала 3, активной среды 6 и селектора 4. Радиусы кривизны зеркал 1 и 2 i и R, расстояние меледу ними L связаны соотношением 2L, коэффициент увеличения телескопического резонатора равен М - RI/RZ. Все устройство симметрично относительно оси 5.

Предлагаемое устройство работает еледующим образом.

Пучок лучей, проходя нестабильный резонатор от зеркала до зеркала и обратно, увеличивает свой поперечный размер в М раз. Отражаясь последовательно от зеркал I и 2, луч 7 постепенно смещается от оси устройства 5 и через / проходов выходит из резонатора в направлении, параллельном оси и показанном на чертеже стрелками 7. После выхода из нестабильного резонатора излучение проходит селектор и возвращается обратно поворотным плоским зеркалом 3. При обратном распространении происходит соответствующее (Геометрическое сжатие пучка таким образом:, что на оси достигается максимальная плотность излучения. Выход излучения из резонатора осуществляется благодаря частичному пропусканию одного из трех зеркал оптической системы.

Плотность мощности излучения на периферии резонатора в том месте, где расположен селектор, будет в раз меньше.

чем на оси устройства. Значение М обычно лежит в пределах 1+2 и выбирается с учетом свойств активной среды. Число проходов / зависит от М и может достигать 10, т. е. уменьшение плотности мощности - на периферии резонатора по отношению к оси может быть более сотни раз. Это обстоятельство позволяет соответственно повысить выходную энергию селектированного излучения лазера за счет увеличения вкладываемой энергии без ущерба для селектора.

Увеличение выходной энергии лазера за счет увеличения поперечных размеров активной среды прямо пропорционально такому увеличению и может быть значительным. Например, успехи газоразрядной техники в настоящее время позволяют достичь поперечных размеров активных сред лазеров вплоть до 100 см. Это значение в десятки раз и более превышает поперечные размеры аксиальных мод для стабильных резонаторов, которые обычно используются для селективных лазеров.

Формула изобретения

Лазер, включающий активную среду, двухзеркальный резонатор и поглощающий селектор, отличающийся тем, что, с целью увеличения выходной энергии, двухзеркальный резонатор выполнен телескопическим, одно зеркало которого вогнутее, а другое выпуклое, с внешней стороны выпуклого зеркала перпендикулярно оптической оси резонатора размещено плоское кольцеобразное зеркало, селектор имеет кольцеобразную форму и расположен гтерпендикулярно оптической оси между плоским и выпуклым зеркалами, причем внеш ние диаметры вогнутого, плоского зеркал н селектора равны между собой, а вз тренние диаметры селектора и плоского зеркала равны диаметру выпуклого зеркала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Справочник по лазерам. - Под ред. Прохорова А. М., т. 2, М., «Сов. радио, 1978, с. 103.

2.Троицкий Ю. В. Одночастотная генерация в газовых лазерах, Новосибирск, «Наука, 1975, с. 29.