Модулятор добротности резонатора лазера инфракрасного диапазона Советский патент 1982 года по МПК H01S3/11 

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к модуляторам добротности лазеров, и может быть использовано в системах оптической связи, передачи информации и в научных экспериментах.

Известно устройство для модуляции добротности лазера инфракрасного диапазона, содержащее полупроводниковую пластину, электрически соединенную с внешним источником тока 1. Эта пластина, являясь модулятором добротности, одновременно выполняет роль одного из зеркал лазерного резонатора. Пластина изготовлена из сильнолегнройанного полупроводника п-типа (электронный тип проводимости, концентрация примеси более 5- 10 см ), зона проводимости которого непараболична. Источником тока является высоковольтный (Е- 3-5 10 в/см) генератор, предназначенный для изменения эффективной массы носителей тока в полупроводниковой пластине вследствие их разогрева.

Недостатком известного устройства является большое время включения модулятора - порядка 10 с.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является модулятор . добротности лазера инфракрасного .диапазона, содержащий интерферометр с изменяемой длиной 2. Зеркала интерферометра нанесены на прозрачные для излучения лазера подложки-и-разделены воздушным промежутком. Расстояние между зеркалами выбирается из условия максимальной отражательной способности

2dn . 2

где d - расинтерферометра

стояние между зеркалами интерферометра; п - показатель преломления среды, заполг няющей промежуток между зеркалами; к - нечетное число; X - длина волны генерации лазера. Одно из зеркал интерферометра механически связано с пьезоэлементом. Расположение интерферометра с регулируемой по спектру максимальной отражательной способностью внутри резонатора, под углом к оптической оси лазера обеспечивает в исходном СОСТОЯНИИ; низкую добротность лазерного резонатора и предотт вращает генерацию лазерного излучени;. При подаче электрического сигнала на пьезоэлемент происходит изменение его линейных- размеров, которое приводит к сме щению связанного с ним зеркала интерферометра (изменяется расстояние d и длина оптического пути Д dn). В результату уменьшается отражательная , способность интерферометра, увеличивается добротность лазерного резонатора, происходит генерация излучения.

Недостатками прототипа являются большое время электромеханического включения ( 10 с), определяемое временем механического передвижения блока, на котором укреплено одно из зеркал интерферометра, технологическая сложность изготовления диэлектрических зеркал интерферометра и просветляющих покрытий, а также конструктивная сложность блока, на котором укреплены одновременно пьезоэлектрический кристалл, зеркало интерферометра и 100%-ное зеркало лазерного резонатора.

Цель изобретения - уменьшение времени включения модулятора и упрощение его конструкции.

Цель достигается тем, что в модуляторе, добротности резонатора лазера инфракрасного диапазона интерферометр Фабри-Перо выполнен в виде плоскопараллельной пластины из германия или кремния с концентрацией примесей не более Ю см- оптически связанной с импульсным источником света с энергией кванта не менее ширины запрещенной- зоны материала пластины.

На чертеже представлена схема модулятора добротности. .

Интерферометр Фабри-Перо выполнен в виде плоскопаралллельной пластины 1 из германия или кремния и имеет отращающие грани 2 и 3. Нолупроводниковая пластина 1 является одновременно выходным отражателем лазера 4. Толщина d пластины 1 выбрана из условия минимума отражения

интерферометра - 2 dn 1 - , где К -

четное число. Импульсный источник света 5 освещает внешнюю грань пластины 1.

Концентрация примесей в полупроводнит же должна быть такой, чтобы свести к минимуму поглощение полупроводником модулируемого излучения. Такому условию удовлетворяет концентрация порядка 10 см и менее.

Модулятор работает следующим образом.

В исходном состоянии интерферометр имеет минимальную отражательную способность, обусловленную его оптической дли ной Д dn, что предотвращает генерацию лазерного излучения.

При освещении отражающей грани 2 полупроводникового интерферометра импульсом света от источника 5 с энергией кванта не менее щирины запрещенной зоны полупроводника в полупроводниковом интерферометре появляются свободные носи ели, изменяющие его оптическую толщину D, поскольку показатель преломления п зависит от концентрации свободных носителей. В результате увеличиваются отражательная способность интерферометра и добротность лазерного резонатора. Происходит

генерация мощного импульса лазерного излучения. Оптимальной толщиной интерферометра следует считать толщину, которая обеспечивает малую (5 10 мкм) полуширину спектральной линии пропускания интерферометра. Для интерферометра из Si или Ge 750 мкм (при этом ). В этом случае даже небольшое изменение концентрации свободных носителей (до см) приводит к необходимому изменению отражательной способности интерферометра, что позволяет избежать применения мощных управляющих источников света. Малая концентрация носителей тока в интерферометре дает возможность получить незначительное поглощение и практически максимальное пропускание модулируемого излучения.

Уменьщение времени включения по сравнению с известным устройством достигается благодаря тому, что показатель преломления п, а с ним и оптический путь лучей -D в интерферометре в виде полупроводниковой пластины изменяются под действием светового импульса с энергией кванта, но не менее ширины запрещенной зоны полупроводника за время менее сек. Время включения модулятора определяется временем рождения носителей тока в полупроводнике под действием управляющего светового импульса, а также временем установления интер ференционной картины в интерферометре. Понятие времени установления интерференционной картины применимо к любому интерферометру ФабриПеро, и если в интерферометре изменяется оптический путь, то время изменения отражательной способности его определяется большим из двух времен: времени измене.ния оптического пути и времени установления интерференционной картины. Так, в известном устройстве время включения определяется временем механического изменения D, а в предлагаемом устройстве время включения при столь быстром изменении D определяется более медленным процессомвременем установления интерференционной картины, которое примерно равно времени прохождения между отращающими поверхностями интерферометра всех лучей, участвующих в интерференции. Для предлагаемого устройства число лучей, участвующих в интерференции / 4, следовательно, время установления интерференционной картины 10 с. Кроме того, время

с

включения интерферометра, а следовательно, и модулятора добротности оказывается на несколько порядков меньше у прототипа, при этом модулятор добротности одновременно служит выходным зеркалом лазерного резонатора, поэтому отражательная способность интерферометра в исходном со.стоянии минимальна. Управляющим источНИКОМ света может служить импульсиый лазер, импульсная ламна с крутым фронтом светового импульса или лампа постоянного свечения, снабженная оптическим затвором. Малое время включения модулятора добротности дает возможность увеличить на несколько порядков импульсную мощность лазера. Формула изобретения Модулятор добротности резонатора лазера инфракрасного диапазона, содержащий интерферометр ФабрипПеро с изменяемой длиной, отличающийся тем, что, с, целью уменьшения времени включения модулятора при одновременном упрощении его конструкции, интерферометр Фабри-Перо выполнен в виде плоскопараллельной пластины из германия или кремния с концентрацией примесей не более 10 см-, оптически связанной с импульсным источком света с энергией кванта не менее ширины запрещенной зоны материала пластины. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Валах М. Я. Модуляция добротности резонатора ОКГ за счет изменения плазменного отражения полупроводников в условиях разогрева носителей тока. - Физика и техника полупроводников, т. 3, 1969, с 426 2.Патент США № 3660777, кл. 331-94.5, опублик. 1972 (прототип).