Лазер на растворах органических красителей Советский патент 1984 года по МПК H01S3/20 

1зобретение относится к квантовой электронике н может быть применено при разработке лазеров, используемых для зондирования атмосферы и водных поверхности, в биологии, медицине. По основному авт.св. № 740098, известен лазер на растворах органических красителей, который содержит кювету с раствором органического красителя светоделитель, установленный на пути пучка излучения накачки и разделяющий этот пучок на два самостоятельных пучка. На пути одного из разделенных пучков установлено отражающее зеркало, на пути другого пучка - оборачивающая Ifpns ia и за ней другое отражающее зеркалоС После отражения от зеркал двапучка накачки падают под углом друг к другу на поверхность раствора красителя, находящегося в кювете. Кювета размещена на таком расстоянии от отражающих зеркал, что поверхность находящегося в ней раствора красителя совпадает с плоскостью расположения точек пересечения отраженных зеркалами лучей. Недостатками такого яазера являются большая угловая расходимость и малая угловая яркость генерируемог излучения. Целью изобретения является создание лазера на растворах органических красителей с распределенной обратной связью, обеспечивающего получение генерации излучения с малой расходимостью, высокой угловой яркостью и повышенным энергосъемом. Поставленная цель достигается тем что в лазер на растворах органически красителей введены оптически связанные между собой линза и зеркало с о ражающим покрытием, расположенные по разные стороны от выходных окон кюветы с раствором органического красителя, причем отражающая поверхность зеркала совпадает с фокальной плоскостью линзы, а главная оптическая ось линзы совпадает с осью пучка генерации. Ка фиг.1 представлена оптическая схема лазера; на фиг.2,3,4 - схема хода лучей в лазере. Оптическая схема лазера содержит светоделитель 1, отражающие зеркала 2.1 и 2.2, кювету 3 с раствором органического красителя, оборачивающую призму 4, зеркало 5 с отражающим покрытием, линзу 6. Устройство работает следующим образом. Пучок излучения накачки при помощи светоделителя 1 пучка делится примерно на две равные части. Одна часть пучка накачки падает непосредственно на отражающее зеркало 21, другая часть пучка накачки сначала проходит через оборачивающую призму 4, а затем попадает на отражающее зеркало 2,2. После отражения от зеркал 2.1 и 2.2 два пучка накачки падают под углом 20 друг к другу на поверхность, кюветы 3 с раствором красителя, создавая в нем амплитуднофазовую периодическую пространственную решетку. Эта пространственная решетка обеспечивает условия для возбуждения оптической генерации с узкой линией излучения, перестраиваемой в широком спектральном диапазоне. Благодаря использованию оборачивающей призмы 4 пространственная решетка в активной среде формируется прямыми фронтами пучков накачки. Это позволяет получать узкую линию генерации без возбуждения суперлюминесценции . Излучение генерации выводится через оба окна кюветы в противоположные стороны. По одну сторону кюветы на пути одного из пучков генерации располагается линза 6 с фокусгсым расстоянием f , причем главная оптическая ось линзы совпадает с осевым лучом пучка генерации. По другую сторону кюветы располагается зеркало 5, отражающая поверхность совпадает с фокальной плоскоторогокостью линзы 6. Зеркало 5 располагается на таком оасстоянии от кюветы 3, чтобы время прохождения излучения от кюветы 3 до зеркала 5 и обратно было гораздо меньше длительности импульса накачки. При формировании в растворе пространственной решетки поле генерации локализовано в пучностях стоячей волны генерации. Это не позволяет использовать инверсную заселенность во всем объеме активной среды. С помощью зеркала излучение, выходящее из одного окна кюветы, отражается обратно в активную среду, при этом отраженное излучение проходит через возбужденный слой красителя как через усилитель, сбрасывая инверсию населенноетей во всем объеме активной зоны и увеличивая при этом съем энергии. Схема хода лучей представлена на фиг.2 и 3, где t - длина кюветы; L, - расстояние от зеркала до противоположного окна кюветы - соответственно радиус и диаметр излучающей зоны f - фокусное расстояние линзы;Ч() - угол, в котором лежат отраженные лучи; расходимость пучка лучей Расходимость © на уровне половинной интенсивности излучения лазера на растворах органических красителей основного изобретения определяется соотношением20 9,,,.d/L. (Я Возьмем произвольную точку А на поверхности зеркала 5 (фиг.2), находящуюся на расстоянии : от точки пересечения осевого луча генерируемого излучения и плоскости зеркала. Поверхность зеркала 5 в этой точке освеп1ается падающим на нее излучением и отражает его. Через возбужденную-зону пройдут только те из отраженных лучей, которые лежат в пределах угла 4{v) При этом интенсивность излучения будет равна 3(v() 23 Половинная интенсивность составляетПоловинная расходимость 9 пучка лучей, отраженных от точки А после прохождения через линзу 6 с уче,том выражения (3), определяется соотношением

9 -,±(4) М2 2

Полный угол расходимости на уровне половинной интенсивности

е 29 (51

112 1/2 2 го 35 изо В рац рас го 40 чен лер э

Из фиг.4 видно, что величина

1 / U

Б этом случае из (9) вытекаетчто наименьшее значение вели«1ины В , которое получается при 544 Отношение величин (1) и (4) дает: е.... .. Отсюда видно, что величина 9 всегда больше величины 9 , так как в изобретении величина 2f не может быть меньше L. . Рассмотрим угловую яркость излучения в основном и дополнительном изобретениях. Угловая яркость В излучения определяется как величина светового потока, протекающего через единиЧУ сечения внутрь единичного телесноугла:- световой поток, - площадь поперечного сечения лазерного пучка, Я - телесный угол, в котором распространяется световой поток. В основном изобретении угловая определяется выражени-. Схема хода лучей в дополнительном бретении приведена на фиг.4, где - диаметр сечения пучка генеии на поверхности линзы 6, 9 ходимость пучка генерации, падающена линзу 6. Обозначим угловую яркость излуия в дополнительном изобретении ез U2 Тогда, с учетом выражений для . , D , ft , дпя угловой яр

ЛАЗЕР НА РАСТВОРАХ ОРГАНИЧЕСКИХ КРАСИТЕЛЕЙ по авт.св. № 740098, отличающийся тем, что, с целью уменьшения угловой расходимосгти и увеличения угловой яркости генерируемого излучения, в него введены оптически связанные между собой линза и зеркало с отражающим покрытием, расположенные по разные стороны от выходных окон кюветы, с раствором органического красителя, причем отражающая поверхность зеркала совпадает с фокальной плоскостью линзы, а главная оптическая ось линзы совпадает с осью пучка генерации. S СО СО СП 42