Устройство для стабилизации энергии импульсов излучения лазера

Устройство для стабилизации энергии импульсов излучения лазера

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ЭНЕРГИИ ИМПУЛЬСОВ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА, содержащее установленные поспедовательно по ходу излучения лазера светоделительнзлю пластину, оптичес .кую линию задержки, поляризатор, нелинейную среду, связанную посредством цепи управления с светоделительной пластиной, и анализатор, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции и повьшении стабильности излучения лазера , нелинейная среда выполнена в ви:де кюветы с раствором просветляю|щегося красителя, а цепь управления содержит установленные по ходу iответвленной от светоделительной пластины части излучения поворотное $ зеркало и второй поляризатор, плоскость поляризации которого образует угол oi , удовлетворяющий условию , с плоскостью поляриза ции первого поляризатора. §

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ - ., К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3590771/18-25 (22) 13.05.83 (46) 23,09.87.Бюл. Ф 35

:(71) Институт физики АН ЛитССР (72) В.И.Кабелка, M.À.Âàñèëüåâà

А.В.Масалов,В.К.Мачюлис и В.П.Сырус (53) 621.375.8 (088.8) (56) Воронин Э.С. и др. Уменьшение флуктуации выходной мощности Не-Ne газового лазера ПТЭ, 1971, У 5, с.200.

ИЬ1te М,S. et al.Afaif-fetteng

° аййenuator for laser pulf energy

stabilization, Optics Communications.

1983, 44, Р 6, р.405. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ

ЭНЕРГИИ ИМПУЛЬСОВ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРА, содержащее установленные последова".„SU„ А

594 НО S 313.тельно по ходу излучения лазера светоделительную пластину, оптичес,кую линию задержки, поляризатор, нелинейную среду, связанную посредством цепи управления с светодели- тельной пластиной, и анализатор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышении стабильности излучения лазера, нелинейная среда выполнена в виде кюветы с раствором просветляющегося красителя, а цепь управления содержит установленные по ходу ответвленной от светоделительной пластины части излучения поворотное зеркало и второй поляризатор, плоскость поляризации которого образует угол 04, удовлетворяющий условию

О

0 (ос< 90, с плоскостью поляриза ции первого поляризатора.

1127517

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при создании оптических квантовых rенераторов с внешней стабилизацией энергии выходного из лучения, Известно устройство для стабилизации интенсивности лазерного излучения на основе интерферометра Фабри-Перо, содержащее два параллельных друг другу зеркала с коэффициентами отражения, близкими к 1007., и помещенную между ними нелинейную среду, обладающую свойством изменить показатель преломления под,действием излучения.

Недостатком устройства является небольшой динамический диапазон, т.е, диапазон изменений входной интенсивности, которые могут быть компенсированы устройством. Кроме того, его быстродействие ограничено временем, в течение которого устанавливается картина максимумов пропускания интерферометра Фабри-Перо, т.е. временем многократного пробега светом расстояния между зеркалами (что ю составляет обычно более 10 с) и ограничивает использование стабилизаторов в технике ультракоротких {пикосекундных) импульсов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для стабилизации энергии импульсов излучения лазера, содержащее установленные последовательно по ходу излучения лазера светоделительную пластину, оптическую линию задержки, поляризатор, нелинейную среду, связанную посредством цепи управления со светоделительной пласI тиной, и анализатор.

Цепь управления подключена к электрооптическому кристаллу и выпол иена в виде электрической цепи.

Она содержит фотодетектор, преобразующий световой импульс в электрический, блок формирования электрического импульса и высоковольтный усилитель.

Недостатком прототипа является сложность цепи управления.

Блок формирования электрического импульса в цепи управления не является стандартным электронным устройством, его функция и характеристики специфичны для стабилизатора энергии световых импульсов. К блоку высоковольтного усилителя в цепи управления предъявляются высокие требования к линейности усиления.

Кроме того, вся цепь управления

5 включая фотодетектор, блок формирования и блок усиления, должна обладать, как это следует из описания прототипа, повышенной стабильностью и. воспроизводимостью параметров от импульса к импульсу в сочетании с быстродействием в наносекундном диапазоне длительностей, который близок к пределу для быстродействия

)5 электронных устройств.

Цель изобретения — упрощение конструкции устройства и повышение стабильности излучения лазера.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для стабилизации энергии импульсов оптического излучения лазера, содержащем установленные последовательно по ходу излучения лазера светоделительную

25 пластину, оптическую линию задерж-. ки, поляризатор, нелинейную среду, с которой через цепь управления взаимосвязана светоделительная пластина, и анализатор, нелинейная среда 0 выполнейа в виде кюветы с раствором просветляющегося кристалла, а цепь управления содержит установленные по ходу ответвленной от светоотделительной пластины части излучения по35 воротное зеркало и второй поляризатор, плоскость поляризации которого образует угол й, удовлетворяюо щий соотношению 0 90, с плоскостью поляризации первого поляри40 затора °

Использование раствора просвет ляющегося красителя в качестве нелинейной среды позволяет цепь управле ния выполнить чисто оптической. Вве45 дение оптической цепи управления позволяет отказаться от сложной электрической цепи управления и использовать вместо нее стандартные оптические элементы.

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит расположенные последовательно на пути входного излучения и оптически связанные све" тоделительную пластину 1, оптиче кую линию 2 задержки, первый поляризатор 3, кювету .4 с раствором просветляющегося красителя и анализатор 5, После светоделительной пластины 1 з ll по ходу ответвленной части излучения размещены поворотное зеркало 6 и второй поляризатор 7, оптически связанный с кюветой 4 раствора просветляющегося красителя и установленный так, чтобы его плоскость поляризации П составляла бы с плоскостью поляризации П, первого поляризатора угол с, 0 < oc i 90

Устройство работает следующим образом.

Полупрозрачная светоделительная пластина 1 разделяет падающее входное излучение на две части: стабилизируемую и управляющую. Стабилиэируемая часть излучения через линию 2 задержки падает на оптическую систему стабилизации, включающую кювету 4 с раствором просветляющегося красителя (например, Р 1052 в нитробензо ле), установленную между поляризатором 3 и анализатором 5 (например, призмами Глана).

Поляризатор 3 и анализатор 5 не скрещены. Угол S расстройки плоскости поляризации П анализатора 5 от положения скрещения с плоскостью

П поляризации первого поляризатора

3 определяется свойствами красителя и устанавливается экспериментально.

Угол выбирается так, чтобы на зависимости энергии Q выходного излучения от времени задержки t между разветвленными стабилизированной и управляющей частями наблюдалась область "затемнения". В грубом приближении 0 < 8 45, а точное условие

О 8 i 8, где — угол поворота плоскости поляризации электрического вектора Е стабилизируемого излучения в результате прохождения через раст- . вор красителя (причем угол 8 является функцией энергии ответвленного управляющего импульса).

Без. управляющего импульса система пропускает стабилизируемое излучение с постоянной энергией Я „.

27517

25 вием мощного излучения наряду с про" светлением в общем случае возникает и двулучепреломление. Это приводит к тому, что пропускание систе30 мы падает не до нуля.

В определенном интервале времени задержки зависящем, главным образом, от свойств используемого красителя, уровень пропускания устройства падает ниже уровня пропускания без управляющего излучения: происходит

"затемнение" устройства. Для стабилизации энергии выходного излучения необходимо выбрать время sa-!! и

40 держки именно в области затемнения

Тогда флуктуация энергии импульса входного излучения от некоторого среднего уровня Ц, будет компенсирована изменением пропускания системы, 45 вызванным управляющим импульсом, и на выходе разброс энергий может быть сделан весьма малым.

Для стабилизации энергии излучения неодимового лазера с длиной вол50 ны A = --1,06 мкм и длительностью импульса 5 пс было использовано устройство, содержащее кювету с раствором красителя 1052 в нитробензоле (толщина кюветы 1 мм при начальном

55 пропускании Т =2Xj. При угле рас стройки анализатора 5 от положения

0 скрещений с поляризатором 3F = 6 область затемнения оказалась в интервале времен задержки t от 100

Ответвленная управляющая часть с плотностью энергии.Я, равной или больше плотности энергии насыщения красителя,.падает на поворотное зеркало 6 с коэффициентом отражения,блиэким 100Ж, поляризуется вторым поляризатором 7 и падает на кювету

4, где пересекается со стабилизируе мой частью. Приход управляющего им" пульса излучения в момент t O с поляризацией П наводит в красителе дихроизм просветления и двулучепреломление. Наибольшая величина дихроизма просветления соответствует а углу а = 45, поэтому зто значение угла является оптимальным.

Возникновение в растворе красителя дихроизма просветления приводит к изменению направления плоскости поляризации проходящего света, т.е. плоскость поляризации Е электрического вектора стабилизируемого импульса несколько поворачивается (на уг ол p) . Когда анализатор 5 повернут в сторону от этого поворота, пропускание анализатора падает. Таким образом, в результате действия управляющего импульса пропускание

I устройства становится меньше, чем в случае без управляющего импульса. Если не учитывать наведенного в красителе двулучепреломления, то пропускание системы может упасть до нуля. Однако в красителях под дейст11275,1 7 — — "-» 57 д0 ф при разбросе энергии на входе

25Х, дО я

Редактор С.Титова Техред M.Äööûê Корректор С.Шекмар

Заказ 4358 Тираж 625 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул. Проектная, 4 до 400 пс. Оптимальный режим работы устройства достигается при установке линии 2 задержки на время 250 пс. В этом случае разброс энергии на выходе составляет

Введение чисто оптической цепи управления и.использование эффекта затемнения позволяет использовать устройство для стабилизации энергии пикосекундных импульсов длительностью от единиц до сотен пикосекунд. Импульсы короче 1 пс взаимодействуют с красителем иначе, необ10 ходимо учитывать колебательную релаксацию молекул, и поэтому возникает ограничение снизу.