Способ модуляции добротности резонатора лазера
Патент 1220536
Авторы
Классы МПК
Способ модуляции добротности резонатора лазера
Реферат
(19)SU(11)1220536(13)A1(51) МПК 6 H01S3/115(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 17.01.2013 - прекратил действиеПошлина:
(54) СПОСОБ МОДУЛЯЦИИ ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАТОРА ЛАЗЕРА
Изобретение относится к импульсным твердотельным лазерам с электрооптической модуляцией добротности резонатора и может быть использовано для получения мощных импульсов излучения в наносекундном диапазоне длительностей импульса. Цель изобретения стабилизация энергии моноимпульсов лазерного излучения при отклонении величины управляющего напряжения от номинальной амплитуды величины Uо, соответствующей минимальному коэффициенту потерь резонатора. Величина напряжения в начале импульса Uмакс должна превышать Uо для внесения в резонатор дополнительных потерь, задерживающих появление моноимпульса, и должна быть ограничена полуволновым напряжением U/2вследствие периодичности функции потерь от напряжения на затворе. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 график зависимости управляющего напряжения от времени; на фиг. 3 график зависимости дополнительных потерь резонатора Р от времени соответственно. Устройство включает в себя (фиг. 1) полностью отражающее зеркало 1, электрооптический элемент 2, поляризатор 3, активный элемент 4, выходное полупрозрачное зеркало 5, генератор 6 импульсов управляющего напряжения. На фиг. 2 приняты следующие обозначения: Uо номинальное напряжение; Uo', Uo'' напряжения, отличные от номинального; р,р',р'' время появления моноимпульса при напряжениях Uo, Uo', Uo'' соответственно. На фиг. 3 кривая 7 соответствует потерям резонатора при напряжении Uo; кривые 8, 9 потерям резонатора при напряжениях Uo' и Uo'' соответственно. Из фиг. 2 и 3 видно, что при уменьшении (увеличении) величины Uомомент времени р, когда потери резонатора становятся минимальными, наступает позже (раньше), но и моноимпульс появляется позже (раньше) вследствие присутствия больших (меньших) по величине дополнительных потерь в период развития моноимпульса, что приводит к сохранению энергии моноимпульса. Монотонность функции U(t) необходима для того, чтобы условие U(р)=Uo выполнялось только в единственный момент времени. Для получения максимально широкого диапазона допустимых относительно изменений величины управляющего напряжения, который является удобной количественной характеристикой стабильности энергии моноимпульсов лазерного излучения, величина и скорость монотонного уменьшения величины напряжения во времени определяются при решении усредненных балансных уравнений на ЭВМ или экспериментальным путем. В случае линейной зависимости U=Uo- (t- р), которая является одним из вариантов монотонной зависимости, можно пользоваться следующим аналитическим выражением для основных параметров импульса, напряжения Uмакс= U0+U/2 p= U/2 ; U/2 1-(Ko-Kпот)-1l+ + + + + , где n целое число; Ko начальный коэффициент усиления; Kпот коэффициент потерь резонатора при открытом затворе; (р)o время развития моноимпульса для случая импульса управляющего напряжения прямоугольной формы с амплитудой Uo; A=arccos exp[-(Ко-Кпот)l] l длина активного элемента, Bn числа Бернулли. Увеличение диапазона N относительных допустимых изменений величины управляющего напряжения по отношению к аналогичному параметру прототипа составляет N . Для проверки данного способа с генератора импульсов управляющего напряжения на электрооптический элемент подавался импульс (фиг. 2). Основные параметры импульса Uмакс и выбирались в соответствии с расчетом. Для (р)о= 80 нс, Ко-Кпот=0,1 см-1, l6 см, Uo=3,5 кВ, U/2=10 кВ; Uмакс=6,7 кВ, 18 В нс, N=2,43. Из сравнения полученных экспериментальных результатов для данного способа и прототипа следует, что при модуляции добротности данным способом энергия моноимпульса (с точностью 5%) стабилизи- руется в существенно (в 2,5 раза) более широком относительном диапазоне изменений величины управляющего напряжения, чем в случае прототипа. Рассмотрение зависимости величины Uo(T) вследствие температурной зависимости электрооптического коэффициента кристалла DКDPr63-1(T) позволило определить, что диапазон изменений температуры, в котором не требуется подстройка величины управляющего напряжения, составляет 200оС вместо 75оС для прототипа. Таким образом, полезность и эффективность способа модуляции добротности заключается в значительном повышении устойчивости выходных параметров излучения моноимпульсного твердотельного лазера, что обеспечивает следующие преимущества; надежность при эксплуатации в условиях изменений температуры окружающей среды и напряжения питающей сети, а также во время переходных процессов, связанных с изменением теплового режима электрооптического элемента после включения лазера и т.д. в упрощении схемы генератора импульсов напряжения на электрооптический затвор (т.к. снижаются требования по автоматической подстройке величины управляющего напряжения и снижаются требования к стабильности этой величины); в более широком использовании в лазерах затворов на основе кристалла DКDP, которые имеют высокую лучевую прочность, технологичны в изготовлении и имеют сравнительно низкую стоимость.
Формула изобретения
СПОСОБ МОДУЛЯЦИИ ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАТОРА ЛАЗЕРА, включающий подачу управляющего напряжения на установленный в резонаторе электрооптический элемент из одноосного кристалла, оптическая ось которого наклонена к оси резонатора под углом, соответствующим экстремуму интенсивности коноскопической картины кристалла, отличающийся тем, что, с целью стабилизации энергии моноимпульсов лазерного излучения при отклонении управляющего напряжения от номинальной величины амплитуды V0, соответствующей минимальному коэффициенту потерь резонатора, на электрооптический элемент подают импульс напряжения, величина которого по абсолютной величине в начальный момент времени больше V0 и меньше величины полуволнового напряжения, а затем монотонно уменьшают его значение по абсолютной величине до нуля, проходя величину V0 через отрезок времени, превышающий временной интервал, который соответствует появлению моноимпульса излучения при подаче импульса напряжения прямоугольной формы с амплитудой V0, причем начальное превышение величины напряжения над V0 и скорость ее монотонного уменьшения во времени выбирают так, что время появления моноимпульса равно времени спада величины напряжения до величины V0.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3