Импульсный лазер Советский патент 1981 года по МПК H01S3/10 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано в мощных промышленных и экспериментальных лазерных установках,. в частности в лазерных установках наносекундной, субнаносекундной и пикосекундной длительности, а также для получения лазерных импульсов с запрограммированным временньм профилем . Известен лазер со специальным временным профилем импульса, формирование которого сопровождается многократным увеличением его длительнос ти и снижением мощности по сравнению с исходным f . Наиболее близким по технической сущности к изобретению является лазер, содержащий задающий генератор, формирователь импульса, телескопические системы и усилительные каскада 2 -, Задающий генератор излучает либо одиночный импульс длительностью в десятки, сотни наносекунд, либо цуг пикосекундных импульсов. Форяирователь импульсов либо вырезает из одиночного импульса импульс необходимой длительности и временного профиля, либо выделяет одиночный юлпульс /или несколько) пикосекундной длительности. Телескопические системы устанавливаются между усилительными каскадами и используются для расширения лазерного пучка в качестве пространственных фильтров. Усилительные каскады доводят мощность лазерного излучения до необходимой. Недостатками данного лазера являются ограниченная выходная мощность лазерного излучения и сложность получения лазерного импульса со специальным временньм профилем. Ограничение выходной мощности происходит из-за нелинейного взаимодействия лазерного излучения с активной средой усилителей и из-за технологических трудностей создания активной среды больших размеров. Сложность получения импульсов со специальным временным профилем связана с деформацией формы импульса при прохождении излучения через усиливающую среду,,что требует сложных расчетов формы импульса на входе усилительных каскадов. Цель изобретения - повышение выходной мощности . лазера и упрощение получен1 я импульса с заданным временным профилем. Цель достигается тем, что в известном лазере, содержащем задающий генератор/ формирователь ймпульса/ телескопические системы и усилительные каскады, формирователь импульса выполнен из дефлектора,уст новленного между задаюцим генератором и первым усилительньнч к1аскадом, и растровой системы оптических задержек, установленной на выходе оконечного усилительного каскада. На фиг.1 представлена оптическая схема лазера; на фиг.2 - растро вая система оптических задержек на признак полного внутреннего отра жения; ни фиг.З - то же, на зеркалах . Лазер содержит задающий генера тор 1, дефлектор 2, телескопические cHCtevia 3, усилительные каскады 4, растровую систему 5 оптических задержек и фокусирукнцую систему 6. Лазер работает следукадим образом. Излучение задающего генератора 1 проходит через дефлектор 2, который за время развертки оразв ово рачивает лазерный пучок на угол с безразмерной угловой функцией где 8(t) - угол поворота пучка относительно исходного положения;9{t)-0 - дифракционная расходимость пучка в направлении развертки. Далее излучение проходит через телескопические системы и усилитель ные каскады, вз аимное расположение котоЕ 1х выбрано так, что ось вращения излучения в дефлекторе проектируется в центр активной среды первого усилительного каскада, а лазерйое излучение заполняет весь объ активной среды, затем центр активно среды первого усилительного каскада проектируется в центр втррого усилительного каскгша и т.д. до оконечного каскада. Иакюл способом до стигается полное использование акт ной среды и минимальное виньетиров ние лазерного пучка. После оконечн го усилительного каскада излучение фокусируется цилиндрической линзой на; растровую систему оптических за держек, которая, в простейшем случ состоит из плоскопараллельных стек лянных пластин различной длины 6f| (п - номер пластины)-. Взаимное рас ложение, размер пластины а и ное расстояние цилиндрической ли зы выбираются так, чтобы в начале развертки лазерное излучение попад ло в первую пластину, в конце - в последнюю, а также из соображений обеспечения лучевой прочности. Временная форма лазерного импульса 3{t), попадающего в п-ую пластину, задается формулой . tn+jl OUbj Db--otlt)dx, ( где 5j( - стационарное распределение интенсивности излучения в фокальной плоскости цилиндрической линзы вдоль оси развертки X; М - увеличение размера лазерного пучка на пути от дефлектора до цилиндрической линзы. Анализ этой формулы показывает, что минимальная достижимая длительность импульса 3(1) примерно в о: (t разе) MeHbiae времени tpasg. Существукнцие дефлекторы позволяют реализовать разрешение дефлектора «(tpaae) % 100. Варьируя длину стеклянных пластин, можно изменять время прихода импуль-. са излучения из каждой пластины во входную плоскость фокусирующей сисTei M и далее на мишень. Если длины выбраны так, что импульсы от всех пластин приходят на мишень одновременно (совмещены максимумами) , то на мишень придет один импульс длительностью t«Mn (ширина tl(t)) с энергией примерно равной энергии лазерного излучения на выходе оконечного усилительного каскада, т.е. выходная мощность излучения возрастет в рязвДимвРаз. Если, более того, пластины обеспечивают задержку на целое число длин волн, то все пластины излучают синфазно и вся растровая система оптических задержек излучает как единое целое, что позволяет получать малые пятна фокусировки излучения и, как следствие, высокую плотность мощности излучения на мишени. Длины пластин можно выбрать также такими, что импульсы от отдельных пластин приходят на мишень неодновременно, так, что огибающая суммы их интенсивностей соответствует наперед заданному временному профилю импульса. Для повышения эксплуатационных характеристик растровая система оптических 3 |держек может быть выполнена в виде ттропускаиедей или ртражательной дифракционной решетки, на призмах полного внутреннего отражения (фиг.2) или на зеркалах (фиг.З) . В этих случаях оптическая згщержка достигается различием путей света в воздухе, а не в среде. По сравнению с известным, предлагаемый лазер повьшает выходную мощность лазерного излучения или, при равных условиях, существенно уменьшает размеры и стоимость лазера, упрощается способ лазерного импуль с заданным временным профилем излу чения. Формула изобретения Импульсный лазер, содержащий за дакщий генератор, по крайней мере один усилительный каскад, телескопические cKc-ievBbi и формирователь импульса, отлич ающнйся тем, что, с целью увеличения мощности и упрощения получения импульса с заданным временишь профилем, формирователь импульса выполнен в виде дефлектора и растровой системы оптических задержек, при этом дефлектор установлен между задающим генератором и первым усилительным каскадом/ а растровая система - на выходе оконечного усилительного каскада. Источники информации, принятие во внимание при экспертизе 1.Патент США Ю 3879109, кл. 350 - 160 , опублик. 1975. 2.К. Гилберт Янг. Лазеры на стеклах. - ТйИЭР Т57, 7, 1969, С.45 (прототип).