КОЛЬЦЕВОЙ ЛАЗЕР Советский патент 1996 года по МПК H01S3/83 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для создания мощных импульсных источников когерентного узкополосного оптического излучения.

Из основного авт.св. N 764577 известно устройство, содержащее пассивный вентиль и размещенные в резонаторе активный элемент и электрооптический затвор с устройством управления, состоящий из поляризатора, модуляционного элемента и анализатора, которые расположены так, что плоскость поляризации поляризатора составляет с плоскостью поляризации анализатора угол 0 < α' < α < π/4 для затвора, работающего на выключение, и π/4 < α < α'' < π/2 для затвора, работающего на включение, где α' и α'' предельные значения угла, определяемые пороговой мощностью разрушения вещества модуляционного элемента.

Недостаток известного устройства невысокие спектральная яркость и воспроизводимость узкополосного моноимпульсного излучения, вызванные недостаточно эффективным использованием затравочного излучения при сужении спектра моноимпульсной генерации. В известном кольцевом лазере в качестве затравочного используется первый пучок свободной генерации и формирование гигантского импульса из затравочного излучения свободной генерации позволяет сузить ширину спектра моноимпульсного излучения вплоть до величины, сравнимой с шириной спектра первого пучка свободной генерации. Затравочное излучение в этом случае недостаточно эффективно, поскольку известно, что спектр первого пучка свободной генерации имеет значительную ширину, затем происходит быстрое (за 3-4 пучка) уменьшение ширины спектра до одной аксиальной моды, которая в дальнейшем остается неизменной.

Целью изобретения является повышение спектральной яркости и воспроизводимости узкополосного моноимпульсного излучения.

Поставленная цель достигается тем, что в кольцевой лазер, содержащий пассивный вентиль и размещенные в резонаторе активный элемент и электрооптический затвор, с устройством управления, состоящий из поляризатора, модуляционного элемента и анализатора, которые расположены так, что плоскость поляризации поляризатора составляет с плоскостью поляризации анализатора угол 0 < α' < α < π/4 для затвора, работающего на выключение и π/4 < α < α'' < π/2 для затвора, работающего на включение где α' и α '' предельные значения угла, определяемые пороговой мощностью разрушения вещества модуляционного элемента, в цепь запуска электронного устройства управления электрооптическим затвором введен счетчик с модулем счета K_cч n, где n номер первого пучка свободной генерации с шириной спектра, соответствующей одной аксиальной моде, при этом счетный вход счетчика электрически связан с выходом фотоприемника, а выход с запускающим входом устройства управления электрооптическим затвором.

Изобретение поясняется чертежом, где изображен кольцевой лазер, содержащий полуволновый электрооптический затвор 1, работающий на выключение и состоящий из поляризатора, модуляционного элемента и анализатора. Поляризатор и анализатор электрооптического затвора 1 расположены в резонаторе так, что плоскость поляризации поляризатора составляет угол 0 < α' < α < π/4 с плоскостью поляризации анализатора. Активный элемент 2 помещен в одном из плеч кольцевого резонатора на его оптической оси. Кольцевой резонатор образован отражателями 3, 4, 5 и 6, причем отражатели 4 и 6 образуют пассивный вентиль. В цепь запуска электронного устройства 7 управления электрооптическим затвором 1 включен счетчик 8 с модулем счета K_cч n, где n номер первого пучка свободной генерации с шириной спектра, соответствующей одной аксиальной моде. Фотоприемник 9 оптически связан через анализатор электрооптического затвора 1 с резонатором лазера и электрически со счетным входом счетчика 8.

В качестве счетчика 8 использован счетчик на основе микросхемы К155ИЕ7, но можно использовать любой другой, время задержки которого не превышает длительности отдельного пучка свободной генерации. Остальные элементы могут быть аналогичны элементам известного кольцевого лазера: активный элемент рубиновый стержень; полуволновой электрооптический затвор на основе кристалла КДР; устройство управления электрооптическим затвором стандартный блок питания БПЗ-2Л; фотоприемник ФЭУ-30, отражатели зеркала с диэлектрическим покрытием.

Принцип действия устройства состоит в следующем. При описанном выше расположении поляризатора и анализатора электрооптического затвора 1 часть излучения проходит через анализатор как обыкновенная волна, не меняя направления распространения, а другая часть преломляется в анализаторе как необыкновенная волна и выводится из резонатора. При соответствующей накачке активного элемента 2 и выключенном электрооптическом затворе 1 в резонаторе развивается излучение свободной генерации. Часть излучения свободной генерации, выходящая из анализатора электрооптического затвора 1, поступает на фотоприемник 9. Сигнал с фотоприемника 9 поступает на счетный вход счетчика 8. При поступлении на фотоприемник 9 пучка свободной генерации, являющегося импульсом счета, с номером n K_cч, счетчик 8 перейдет в исходное состояние. Полученный при этом на выходе счетчика 8 сигнал используется для запуска устройства 7 управления электрооптическим затвором 1. Включение электрооптического затвора 1 стимулирует развитие в кольцевом резонаторе лазера моноимпульсной генерации большой мощности. Номер n первого пучка свободной генерации с шириной спектра, соответствующей одной аксиальной моде (минимальной ширине спектра), определяется предварительно в каждом конкретном случае путем экспериментального исследования спектра свободной генерации. После чего устанавливается модуль счета счетчика K_cч n.

Устройство может быть осуществлено и с другими конструкциями электрооптического затвора и резонатора при использовании затравочного излучения для сужения спектра моноимпульсной генерации. Вместо пассивного вентиля для создания однонаправленной генерации можно использовать также и любой невзаимный элемент.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить спектральную яркость и воспроизводимость узкополосного моноимпульсного излучения. Улучшение спектральных характеристик и повышение воспроизводимости узкополосного моноимпульсного излучения в предлагаемом кольцевом лазере достигнуты за счет более эффективного использования затравочной генерации. В известном устройстве сигнал первого широкополосного пучка свободной генерации используется для запуска устройства управления электрооптическим затвором, формирование моноимпульсного излучения при этом происходит также из широкополосного первого пучка свободной генерации. В отличие от известного, в предлагаемом устройстве сигналы пучков свободной генерации с фотоприемника поступают не непосредственно на вход запуска устройства управления электрооптическим затвором, а на счетный вход счетчика, который вырабатывает сигнал запуска лишь при поступлении на его вход пучка свободной генерации с номером, равным модулю счета счетчика. В результате электрооптический затвор включается в момент развития в резонаторе наиболее узкополосного пучка свободной генерации, и формирование моноимпульсной генерации происходит в этом случае также из наиболее узкополосного затравочного пучка свободной генерации. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет использовать более узкополосное затравочное излучение, не прибегая к вспомогательным селектирующим элементам, что дает возможность избежать дополнительных потерь на селектирующих элементах. Коэффициент подавления обратной волны в последующих пучках свободной генерации также выше, чем в первом, поэтому осуществление моноимпульсного режима бегущей волны в предлагаемом кольцевом лазере также более благоприятно, чем в известном.

В результате, как показали исследования макетного образца, воспроизводимость одночастотного режима в разработанном лазере выше на ≥ 20% по сравнению с известным, а разброс ширины спектра относительно среднего значения меньше на 10-15% при одних и тех же энергетических параметрах выходного излучения.

Кольцевой лазер может быть использован в светолокации, в системах распознавания образов, в дальнометрии, в устройствах оптической обработки информации и др. Эффективность и КПД использования кольцевого лазера в этих областях значительно выше, чем известного.

КОЛЬЦЕВОЙ ЛАЗЕР по авт. св. N 764577, отличающийся тем, что, с целью повышения спектральной яркости и воспроизводимости узкополосного моноимпульсного излучения, в цепь запуска электронного устройства управления электрооптическим затвором введен счетчик с модулем счета К_с ч = n, где n - номер первого пучка свободной генерации с шириной спектра, соответствующей одной аксиальной моде, при этом счетный вход счетчика электрически связан с выходом фотоприемника, а выход - с запускающим входом устройства управления электрооптическим затвором.

КОЛЬЦЕВОЙ ЛАЗЕР по авт. св. N 764577, отличающийся тем, что, с целью повышения спектральной яркости и воспроизводимости узкополосного моноимпульсного излучения, в цепь запуска электронного устройства управления электрооптическим затвором введен счетчик с модулем счета К_с ч n, где n номер первого пучка свободной генерации с шириной спектра, соответствующей одной аксиальной моде, при этом счетный вход счетчика электрически связан с выходом фотоприемника, а выход с запускающим входом устройства управления электрооптическим затвором.