Устройство для частотного преобразования лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния (варианты)

Устройство для частотного преобразования лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано в оптической связи, лазерной локации, в оптотехнике, в частности для создания стабильного малогабаритного лазера, в котором волна накачки преобразуется в когерентное стоксово излучение.

Известна установка для частотного преобразования лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР) в ВКР-активных кристаллах кальцита, нитритов бария и натрия, помещенных в плоский или телескопический резонатор [С.Н.Карпухин, А.И.Степанов. Генерация при ВКР в кристаллах Ba(NO₃), NaNO₃ и СаСО₃. Квантовая электроника", №8, 1986 г., стр.1572], которая содержит ВКР - активную среду, источник волны накачки, формируемый тремя активными элементами, ромбом Френеля, кристаллом КДП (удвоителем частоты), пассивным затвором, двумя призмами полного внутреннего отражения, три интерференционных поляризатора, помещенных в резонатор лазера, селективного светофильтра, телескопа и зеркала.

Ввиду сложности и громоздкости данная установка не может быть использована в качестве основы для серийно разрабатываемых малогабаритных лазеров на ВКР-преобразовании.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемым техническим решениям является устройство для частотного преобразования лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния [патент РФ №2012116, кл. Н01S 3/104, публ. 30.04.1994 г.], включающее оптически связанные источник накачки, фокусирующий элемент и ВКР-активную среду, размещенные на одной оптической оси с фокусирующим элементом, выполненным перекрывающим пучок накачки и частично прозрачным за счет имеющихся в нем отверстий.

Однако в указанном устройстве источник волны накачки пространственно разобщен со средой, в которой осуществляется ВКР-преобразование, что приводит к увеличению линейных габаритов устройства и появлению возможных нестабильностей излучения при угловых перемещениях источника накачки относительно ВКР-активной среды.

Задача изобретения - создание стабильного малогабаритного устройства для преобразования волны накачки одной частоты в когерентное излучение другой частоты за счет увеличения области перекрытия источника накачки и ВКР-активной среды.

Технический результат, обусловленный поставленной задачей, достигается тем, что в устройстве для частотного преобразования лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния по первому варианту, включающем оптически связанные и размещенные на одной оптической оси источник накачки с активной средой, фокусирующий элемент, ВКР-активную среду, в отличие от известного, активная среда источника накачки и ВКР-активная среда выполнены в виде единого активного элемента, снабженного источником боковой накачки, установленного параллельно геометрической оси активного элемента. Активный элемент просветлен по торцам одновременно на длину волны накачки и длину волны стоксова комбинационного рассеяния и помещен в резонатор лазера, образованный фокусирующим элементом и введенным зеркалом. При этом фокусирующий элемент выполнен в виде вогнутого зеркала, отражающего на длине волны накачки и длине волны стоксова рассеяния, а введенное зеркало выполнено отражающим излучение на длине волны накачки и полупрозрачным для стоксовой длины волны излучения, причем между фокусирующим элементом и активным элементом на оптической оси установлен затвор.

В устройстве по второму варианту, в отличие от известного, фокусирующий элемент выполнен в виде вогнутого зеркала полупрозрачного на длине волны вынужденного комбинационного рассеяния, а введенное зеркало выполнено отражающим на обеих длинах волн, при этом затвор расположен на оптической оси между введенным зеркалом и торцом активного элемента.

В устройствах по обоим вариантам источник боковой накачки может быть выполнен в виде лампы накачки с осветителем либо в виде одной или нескольких лазерных диодных линеек.

В устройствах по обоим вариантам активный элемент может быть выполнен в виде кристалла либо в виде лазерного стекла с внедренными в них ионами редкоземельных элементов.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства для частотного преобразования лазерного излучения на основе ВКР; на фиг.2 - схема устройства с источником боковой накачки активного элемента, выполненным в виде лампы накачки с осветителем; на фиг.3 - схема устройства с источником боковой накачки активного элемента, выполненным в виде двух лазерных диодных линеек.

Устройство по обоим вариантам содержит активный элемент 1 (фиг.1-3), расположенный на оптической оси устройства и снабженный источником боковой накачки, выполненный в виде лампы-накачки 2 и осветителя 3, установленных параллельно геометрической оси активного элемента и параллельно поверхности осветителя 3. На одну из поверхностей осветителя 3 нанесено отражающее покрытие. На одной оптической оси с активным элементом 1 установлены затвор 4, фокусирующий элемент 5 и введенное зеркало 6 (например, плоское). При этом в устройстве по первому варианту фокусирующий элемент 5 выполнен в виде вогнутого зеркала, отражающего на длине волны накачки и на длине волны стоксова рассеяния (коэффициент отражения на длине волны накачки и на длине волны стоксова рассеяния более 99%), а введенное зеркало 6 выполнено отражающим на длине волны накачки и полупрозрачным для длины волны стоксова излучения.

В устройстве по второму варианту фокусирующий элемент 5 выполнен в виде вогнутого зеркала, полупрозрачного на длине волны вынужденного комбинационного рассеяния, а введенное зеркало 6 выполнено отражающим на обеих длинах волн, при этом затвор 4 расположен между введенным зеркалом 6 и торцом активного элемента 1.

Источник боковой накачки по обоим вариантам выполнен в виде лампы накачки с осветителем (фиг.2) или в виде одной или нескольких лазерных диодных линеек (фиг.3).

Активный элемент 1 по обоим вариантам может быть выполнен в виде кристалла либо из лазерного стекла, с внедренными в них ионами редкоземельных элементов.

Устройство по обоим вариантам работает следующим образом. В активном элементе 1, например, KGW, легированном ионами Nd³⁺, возбуждается переход ⁴F_3/2→⁴I_13/2 с помощью боковой подсветки импульсной лампой 2 или лазерной диодной линейкой 2. В результате возникает излучение с длиной волны λ=1,35 мкм, которое, выполнив несколько проходов между зеркалами резонатора лазера 5 и 6 при открытии затвора 4, мощным световым импульсом возбуждает оптические колебания кристаллической решетки KGW. За счет неупругого взаимодействия фотонов с длиной волны λ=1,35 мкм с оптическими колебаниями кристаллической решетки возникает стоксово излучение с длиной волны λ=1,54 мкм, которое после нескольких проходов между зеркалами резонатора лазера формируется в узконаправленное когерентное излучение - вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР-излучение), которое выходит наружу из резонатора лазера через полупрозрачное введенное зеркало 6.

Таким образом, в результате предложенного решения обеспечено получение технического результата: создан стабильный малогабаритный лазер, в котором длина волны накачки одной частоты преобразуется в когерентное стоксово излучение другой частоты за счет увеличения области перекрытия источника накачки и ВКР-активной среды.

1. Устройство для частотного преобразования лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния, включающее оптически связанные и размещенные на одной оптической оси источник накачки с активной средой, фокусирующий элемент, ВКР-активную среду, отличающееся тем, что активная среда источника накачки и ВКР-активная среда выполнены в виде единого активного элемента, снабженного источником боковой накачки, установленного параллельно геометрической оси активного элемента, причем активный элемент просветлен по торцам одновременно на длину волны накачки и длину волны стоксова комбинационного рассеяния и помещен в резонатор лазера, образованный фокусирующим элементом и введенным зеркалом, при этом фокусирующий элемент выполнен в виде вогнутого зеркала, отражающего на длине волны накачки и длине волны стоксова рассеяния, а введенное зеркало выполнено отражающим на длине волны накачки и полупрозрачным для стоксовой длины волны излучения, причем между фокусирующим элементом и активным элементом на оптической оси установлен затвор.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник боковой накачки выполнен в виде лампы накачки с осветителем.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник боковой накачки выполнен в виде одной или нескольких лазерных диодных линеек.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что активный элемент выполнен из кристалла с внедренными в него ионами редкоземельных элементов.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что активный элемент выполнен из лазерного стекла с внедренными в него ионами редкоземельных элементов

6. Устройство для частотного преобразования лазерного излучения на основе вынужденного комбинационного рассеяния, включающее оптически связанные и размещенные на одной оптической оси источник накачки с активной средой, фокусирующий элемент, ВКР-активную среду, отличающееся тем, что активная среда источника накачки и ВКР-активная среда выполнены в виде единого активного элемента, снабженного источником боковой накачки, установленного параллельно геометрической оси активного элемента, причем активный элемент просветлен по торцам одновременно на длину волны накачки и длину волны стоксова комбинационного рассеяния и помещен в резонатор лазера, образованный фокусирующим элементом и введенным зеркалом, при этом фокусирующий элемент выполнен в виде вогнутого зеркала, полупрозрачного на длине волны вынужденного комбинационного рассеяния, а введенное зеркало выполнено отражающим на обеих длинах волн; при этом затвор расположен на оптической оси между введенным зеркалом и торцом активного элемента.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что источник боковой накачки выполнен в виде лампы накачки с осветителем.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что источник боковой накачки выполнен в виде одной или нескольких лазерных диодных линеек.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что активный элемент выполнен из кристалла с внедренными в него ионами редкоземельных элементов.

10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что активный элемент выполнен из лазерного стекла с внедренными в него ионами редкоземельных элементов.