Лазер Советский патент 1986 года по МПК H01S3/98 

1

Изобретелие относится к квантовой электронике и может быть использовано лри разработке лазеров и усилителей инфракрасного, субмиллиметрового и миллиметрового дианазонов волн при,работе на различных активных средах.

Известны лазеры, содсржа1цие активньрл элемент в виде кюветы, размещенной н резонаторе и диафрагN-r/5 расположенную, вне кюветы. Сущсственньм недостатком таких лазеров является одновремегнгая генерация многих, мод 5 приводящих к угловому и спектральному расширению иснускаеного излучения, малая нлотность энергии в основной моде.

Эти недостатки затрудняют применние лазера в практических устройствах, так как все это может существе но снижать точность спектральных измеренр5й. На число мод излучения оказывает влияние как неоднородност показателя нреломления активного элемента, так и качество изготовления зеркал открытого резонатора.

Наиболее близким по технической сущности к данному является лазер, содержащий два зеркала, и расноложенньймелщу ними активный элемент, помещенный в кювету. Кювета выполнена в виде нолого цилиндра и содержит диафрагму.

Существенныг- недостатком данного лазера является весьма широкая лини излучения (усиления), что приводит к многомодовому режиму работы. Края диафрагмы не участвуют в мешчодовом перераспределении энергии, так как диафрагма работает как ограничитель волнового нучка, поэтому энергия теряется,, а интенсивность основной моды резко падает, т,е. диаф эагма не позволяет повысить плотность энегии излучения в основной моде.

Целью изобретения является повышение отношения сигнал/шум за счет увеличения плотности э}1ергии в осноной моде. I

Поставленная цель достигается те что в лазере, содержащем два зеркал расположенные на расстоянии L друг от друга и образуюпще открытый резонатор кювету, заполненную рабочим веществом, и диафрагму, расположенную внутри кюветы, в кювету введена дополнительно по крайней мере еще одна диафрагма, нри этом диафрагмы

122

расположены в промежутке (0,03 0,97) ь, причем радиус г отверстия каждой диафрагмы определяется как первый отлич Ппй от нуля корень урав нения

хр( PZ), С )

( )lKtj)(Kuj)

(

P C / /i tiKcJ-). z);L-Z)/(Ku,:j.(Lz)J}

C

L- расстояние между зеркалами резонатора;

г - радиус отверстия диафрагмы; К - волновое число; ij радиус пятна волнового пучка

на зеркале;

Z - местоположение диaфpaг -IЫ на ос лазера относительно одьюго из зеркал.

На чертеже изображен предлагаемый лазер,

Он содержит зеркала I и 2 открытого резонатора, кювету 3 с активным элементом, разноапертурную дкафрагменную структуру 4. Расстояние между диафрагмами определено экспериментально и должно иметь несколько длин волн,

Нришдип действия устройства заключается в следующем. Между зеркалами 1 и 2, образую1цими открытый резонатор, происходит попеременная передача широких по сравнению с длиной волны А волновых пучков электромагнитного поля. Поведение таких полей в аксиальной области системы мало отличается от процесса распространения гауссовых пучков. Каждая мода пучка возбуждается с некоторой эффективностью. Если на пути пучка в некотором сечении Z1 (Z - продольная координата системы) поставить непрозрачный экран с отверстием радиуса , то эффективность возбуждения основной моды лазера будет равна:

(-рг)

сЬрг ) -cos(or),

где А, р и - параметры с известной зависимостью от L,Z и N.

Функциональная зависимость Х(г) имеет характер убывающих по размаху осцилляции, максимумам которых соответствует дискретный ряд значений г. Наибольшая эффективность возбуждений имеет место при первом из дан ного дискретного ряда значений Именно это г и должно быть подстав лено в выражение (4) при подсчете X. Нужное значение г определяют как корень уравнения (iX/dZ 0, которое имеет вид (l). Поскольку г r(z), то для каждой из диафрагм получаем соответствующее значение диа метра отверстия. Таким образом приходим к разноапертурной структуре 4, расположенной внутри активного элемента и обеспечивающей наибольщую при данной конструкции эффективность основной моды лазера. Рост эффективности объясняется как уменьшением дифракционных потер основной моды, так и переходом части мощности высших мод в основную. Что касается высших мод, то помимо указанной потери части мощности их излучение существенно фильтруется непрозрачными диафрагмами. Относительно числа диафрагм можно высказать следзтощее. Эксперименты, пров 24 денные в отсутствие активного элемента, показали, что интенсивность колебаний поля основной моды в открытом резонаторе быстро возрастает с ростом числа h оптимальных диафрагм. Однако при h больше некоторого ho приращение интенсивности становится незначительным. При L 120 см и Л 1,23 мм имеет место ho 5, т.е. при эквидистантном расположении крайние диафрагмы отстоят от ближайшего зеркала на расстоянии Л P,617L Выбирать h ho- особого смысла не имеет, так как усложнение конструкции не оправдьв ается из-за малости положительного эффекта, причем (с запасом) й 0,03L . Таким образом, предлагается располагать расчитанные диафрагмы в промежутке (0,03-0,97)Ь между зеркалами открытого резонатора. Таким образом в предложенном устройстве достигается значительноеповьш1ение эффективности возбуждения основной моды лазера, что приводит к увеличению точности при проведении различных спектральных измерений.

ЛАЗЕР, содержащий два зер кала, расположенных на расстоянии друг от друга и образующих открытый резонатор, кювету, заполненную рабочим веществом, и диафрагм расположенную внутри кюветы, о тличающийся тем, что, с целью повьшения отношения сигнал/ шум за счет увеличения плотности. энергии в основной моде, в кювету введена дополнительно по крайней мере еще одна диафрагма, при этом диафрагмы расположены в промежутке