Оптический квантовый генератор бегущей волны

Оптический квантовый генератор бегущей волны

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (») 297337

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву(22) Заявлено 15.О7,69 (21) 1349100/26-25 (51) М. Кл.

Н 01 S 3/083 с присоединением заявки №

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам иэовретений и открытии (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.08.77 51оллетен ь ¹l 29 (53) УДК1 621.375.8 (088,8) (45) Дата опубликования описания 05.09.77 (72) Автор . изобретения

В. И. Кравченко (71) Заявитель .

Институт .физики АН Украинской ССР (54) ОПТИЧЕСКИЙ КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР БЕГУЩЕЙ

ВОЛНЫ

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано дпя создания мощных ОКГ бегущей волны с копьцевым резонатором, применимых в голографии, спектроскопии и т,д, 5

Известны оптические квантовые генераторы (ОКГ) бегущей волны, содержащие установленные в кольцевом резонаторе.активный эпемент и оптический вентиль дпя подавления одной из двух распространяющихся в ре- ip зонаторе встречных волн.

В качестве оптических вентилей используются либо ячейки Фарадея, обладающие ма нитовптическими свойствами (активные вентили), либо. системы зеркал, обеспечивающие тя перекачку части энергии обратной волны в прямую (пассивные1ввнтипи).;

Основными недостатками известных ОКГ являются низкая эффективность в ИК и суб- 20 миллиметровом диапазонах, невозможность осуществления плавной перестройки длины волны генерации, необходимость применения мошных полей и их синхронизации с импульсной схемой накачки. 25

С целью устранения этих недостатков в предпагавмом ОКГ бегущей волны один из отражателей кольцевого резонатора выполнен в виде дифракционной решетки, которая одновременно является оптическим вентилем и селектором частоты. Дополнительное повышение эффективности подавления обратной воганы достигается выполнением на одном из от ражателей, вблизи оси резонатора, зоны с низким коэффициентом отражения, плошадь поверхности которой значительно, например в 100-200 раз, меньше плошади поперечного сечения активного эпемвнта.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого оптического квантового генераторе; на фиг. 2 — дифракция волны, распространяющейся в направлении часовой стрелки; на фиг,4> дифракцчя волны, распространяющейся против часовой стрелки.

ОКГ бегущей волны состоит из активного элемента 1 и дисперсионного! копьцввого. резонатора, образованного зеркалами 2 и 3 и отражательной дифракционной решеткой 4, Плоскость дисперсии решетки совмещена с плоскостью кольца резонатора. Для устране

29 337 ния нежелательных ограженнй от торцов ак« тивного,элемента Х последние среэайы! под углом Брнстера к его оси.,Зеркала нанесены на клиновых подложках, что предотвращает паразитное селектированне, связанное с, интерференцией пучков, отраженных от зеркальной и нвнапыленной поверхностей- подложки.

В центре одного из зеркал (зеркало 2) Ьтражвющее покрытие удалено,для создании зоны с низким коэффициентом отражения. 1о

В качестве дифракцнонной решетки лучше .всего использовать эшелетт, т.е. решетку с несимметричным профилем штрихов, концен трирухацую большую часть световой энергии в каком-либо избранном высоком порядке ди 1Á фракции.

Возможность использования дифракционной решетки и качестве оптического вентиля обу словлена зависимостью ее свойства от на. правления Раеирострайения волн в р4ФОЮтбрЕ, ice

В части(йти ) пучок, распространяющийся в одну сторону (например по часовой стрелке), под действием, решетки уменьшается в сечении (см.фиг.2), в пучок, распрастраняюшиса в,противоположном направлении, - увели- U чивмтся в сечении (см.фиг.З). Это означает, что волна, бегущая в кольцевом резонаторе слева направо с каждым проходом сжимается в объеме; в то время как встречная волна занимает все больший объем. Соотношение сечений пучков, расположенных corn ветственно слева и справа от нормали к по верхности решетки, равно

Я C0SO

A COSP где d и р -соответственноугол падения и угол дифракцни на фиг. 2 и угол днфракции н угу падения на фиг. 3, При этом для волны, сечение которой Î уменьшается, угловая дисперсия, т.е. p="-cõîднмость пучка больше в Совр р соз Ф.

Кроме того, можно,, выбрать такие углы падения и дифрвкцин, что коэффициент отражения от решетки дпя одной нз дифрвгирующих волн в направлении другой будет велик, а коэффициент отражения второй волны

s направлении первой будет близок к нулю.

В частности, для дифрвкционных решеток с 600 штр/мм, рассчитанных на работу в первом и втором порядке дифракции, оптимальные углы падения и дифракции6(, Р сосо тввляют, соответственно О,.; 2, и 35, 70 дпя длины волны 6328 Х., Предлагаемый оптический квантовый генератор бегущей волны работает следующим образом, С помощью источника накачки активный элемент 1 переводичся в возбужденное сос тояние,,В днсперсионном кольцевом реэонато->О ре возникают бегущие навстречу друг другу волны, В силу отмеченных выше свойств решетки, волна, бегущая по часовой стрелке, уменьшается в сечении, структура ее становится менее однородной, она испытывает большук дисперсию и имеет большую расходи мость. Кроме того, коэффициент отражения от решетки в направлении этой волны равен ну лю, поэтому встречная волна не дает в нее никакого вклада, Волна, бегущая против часовой стрелки, увеличивается в сечении, структура ее более однородна (значит геаерируются преимущественно моды нижайшего поперечного индекса), онв испытывает мень шую дисперсию и имеет меньшую расходимость,.Коэффициент;отражения от решетки в направлении этой волны велик, поэтому зна чительная часть энергии встречной волны бу дет в нее перекачиваться, Таким образом, волна, распространяющаяся против часовой. стрелки в схеме (фиг.1), будет подавлять встречную волну., Следовательно, волйа, распространяющаяся против часовой стрелки, является прямой, а волна, распространяющаяся ло часовой стрелке, — обратной.

Дополнительное подавление обратной sanны обеспечивается наличием на зеркале 2 эоны с низким коэффициентом отражения, так как обратная волна, сечение которой все время уменьшается, будет испытывать все воз . раствющие потери и, наконец, когда сечение обратной волны сравнится или станет меньше площади неотражвющей части зеркала, по» терн для нее будут максимальны, Площадь поверхности неотражающей эоны должна быть значительно меньше сечения ак тивного элемента {в противном случае будут велики энергетические потери). Для наиболее

Распространенного случая, когда сечение ди- . фрвгировавшего:.пучка изменяется в 1,5-3 раза, эмпирическое соотношение таково: от ражающее покрытие должно быть удалено с площади, во столько раз меньшей поперечно . го сечения активного элемента, во сколько раз сечение пучка прямой волны превышает сечение пучка обратной волны через два-три прохода по кольцу. Так, например, дпя образ ,ца с площадью поперечного сечения 100-200 ммх необходимо удалить покрытие плошади

1 мм,-Эффективность подавления будет наиболее высокой для цилиндрических образцов, фокусирующих свет некачки K оси, так как в этом случае, как правило, генерация начинается в узком канале на оси образца н увеличивается в объеме с накачкой, Обратная волна будет полностью подавлена практически за один проход, и влияние прямой волны будет преобладающим, поэтому предлагаемое устройство :ожет найти применение в моно297337,импульсных квантовых генераторах и в лазерах, использующих для накачки мощные ко.роткие импульсы вынужденного излучения (например, в лазерах на растворах органичео»

«их красителей).

Дисперсионные свойства дифракционной решетки не позволяют произойти расщеплению частоты генерации сред с неоднородно уши» ренными полосами. люминесценции (так как. полуширина кривой зависимости добротности 10 дисперсионного резонатора от частоты мень ше величины спектрального расщепления, соо- . тавляющецо,им .мев, для с гекол, активи, i+ -1 Рованных PP, Ф3-20-30 ссм )..Поэтому .

Вдномодой режим генерации бущжяе. 15

Ья как для спектрально, однородных, так и для спектрально неодйородных активных сред.

Простым угловым поворотом зеркал (или решетки) в плоскости дисперсии можно изме . нять частоту генерации.,Таким образом, ре: жим бегущей волны сочетается с плавной перестройкой частоты..

Вывод излучения иэ дисперсионнога коль цевого реэонатара с дифракцианной решеткой удобно осуществить через наиболее интенсив ные нерабочие порядки дифракции (см. фиг.

1) в направлении,. которое не связано с гене рацией, обратной волны,, Предложенный ОКГ бегущей волны конструктивно:значительно проще известных, он обладает высокой эффективностью нри рабо те в длинноволновой части спектра и обеспечи: вает высокую скорость установления режима бегущей волны.

Ф,ормула изобретения

1. Оптический квантовый генератор бегу1щей волны, содержащий активный элемент, Кольцевой резонатор и оптический вентиль,,:отличающийся тем, что, с целью увеличения эффективности подавления образ ной волны в широком спектральном диапаэо" не и сочетания режима бегущей волны с ие"." рестройкой частоты генерации, один иэ отра жателей резонатора выполнен в виде дифраиционной решетки.

2. Генератор по п.1, о т л и ч а ю m и йс я тем,что на одном из отражателей вбли- зи оси резонатора выполнена эона с пониженным коэффициентом отражения, плошадь поверхности которой, например, в 100-200 раз меньше площади поперечного сечения аи тивнаго вещества.

297337

Фиг.2

Составитель И. Старосельская

Текред 3. Фанта, Корректор С,, Па-.рушева

Редактор Н, Караванская

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 2830/46 Тираж 976 Поддис нов

ИНИИПИ Пкударственного комитета Совета Министров СССР по делам иэобретений и открытий

1Х3035, Москва, Ж-35,:,Раушская наб., д, 4/5