Библиотека i

Библиотека i

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

337873

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советския

Соииалистически

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельств ¹

Заявлено 10.XI.1970 (№ 1486070/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 05,Ч.1972. Бюллетень № 15

Дата опубликования описания 5Х1.1972

М. Кл. Н Ols 3/00

Н Ols 3/10

Комитет оо делам иаобретеиий и открытий ори Совете авииистров

СССР

УДК 621.375.8(088.8) Автор изобретения

В. И. Кравченко

Институт физики АН Украинской ССР

Заявитель

ОПТИЧЕСКИЙ КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится .к области оптической квантовой электроники и может быть использовано в наземной и космической связи, .локации, лазерном телевидении, .нелинейной оптике, физике высокотемпературной .плазмы и .при исследованиях вещества с помощью ,сверхкоротких световых импульсов.

Известны оптические квантовые генераторы (ОКГ) с модулированным выходным излучением и устройства, служащие для амплитуд.ной и частотной модуляции. При этом частот:ная модуляция,(ЧМ) излучения, обеспечива:ющая наиболее высокое качество передачи .информации:и помехоустойчивость, в настоя.щее:время осуществлена лишь для газовых ОКГ. Однако газовые ЧМ-источники, как правило, имеют низкую выходную мощность, а величина девиации частоты Ьf не превышает шага дискретности аксиальных мод оптического резонатора (Ь/(100 — 200 мгц).

Известны способы перестройки частоты генерации наиболее мощных современных ОКГ: твердотельных и жидкостных. Из них наиболее простым и эффективным является применение дисперсионных резонаторов. Такие резонаторы служат для статической перестройки частоты, ли 60 для относительно медленного сканирования частоты в процессе генерации. Известно также, что в режиме самосинхронизации мод возможна генерация пикосекундных световых импульсов, длительность которых обратно пропорциональна ширине спектра генерации Av,.

В известных ОКГ, генерирующих короткие

5 световые импульсы, имеет место малая величина Л, (для рубина, например Л,=10см-, а для стекол, активированных неодимом, Av 100 см — . Кроме того, длительность импульсов ограничены инерционностью пассив10 ных затворов, служащих для модуляции добротности резонатора.

В предлагаемом ОКГ осуществление режима широкодиапазонной частотой модуляции

15 лазеров на активированных конденсированных средах и дальнейшее сокращение длительности сверхкоротких световых импульсов достигается за счет введения в дисперсионный оптический резонатор устройства, которое от20 клоняет пучок излучения в плоскости дисперсии с частотой, определяемой источником питания — модулятором и связанной следующим соотношением с размерами резонатора:

С

21 где f — частота модуляции, с в скорость света в вакууме, L оптическая длина пути от отклоняюще30 го устройства до зеркала в обычном двухзер337873 ройство б) может быть применена система пз

65 кальпом резонаторе, либо половина оптической длины кольцевого резонатора.

Полученное ЧМ-излучение преобр азовывается в серию сверхкоротких импульсов с помощью внешнего дисперсионного сжимающего устройства. Большая девиация частоты и отсутствие пассивного затвора предопределяют малую длительность сжатых импульсов.

На фиг. 1 представлена схема ОКГ с двухзеркальным резонатором; на фпг. 2 — схема 10

ОКГ с кольцевым резонатором; на фиг. 3 показано положение пучка, соответствующее генерации частоты v,„,на фиг. 4 — положение пучка, соответствующее генерации частоты v .

ОКГ (см. фиг. 1 и 2) состоит из активного 15 тела 1, оптического резонатора, образованного зеркалами 2, дисперсионного элемента 8 и отклоняющего устройства 4, расположенного в резонаторе и соединенного с источником 5 питания. Одно из зеркал резонатора выпол- 20 нено полупрозрачным.,(выходное зеркало); за ним .помещено внешнее дисперсионное устройство 6, сжимающее ЧМ-сигналы 7. На выходе этого устройства получают сверхкороткие световые импульсы 8. 25

В случае линейного резонатора (см. фиг. 1) отклоняющее устройство 4 расположено на таком расстоянии от зеркал, что оптическая длина, пути от каждого зеркала до устройства 4 соответственно равна. 30

В случае кольцевого резонатора (см. фиг.2) местоположение отклоняющего устройства может быть произвольным, а на выходе одновременно может быть получены LIM-излучение и сверхкороткие импульсы. 35

В качестве активного тела 1 используют любые лазерные материалы, генерирующие в обычном оптическом резонаторе. Ими могут быть, в частности, активированные кристаллы, стекла, органические красители, заморо- 40 женные газы и т. п.

Зеркалами 2 являются стандартные отражатели оптических резонаторов ОКГ. Вместо них могут быть использованы также призмы полного или частичного внутреннего отраже- 45 ния. Дисперсионным элементом 8 являются дисперсионные призмы, интерферометры, дифракционные решетки (в том числе и голографические) и т. д., т. е. устройства, осущеставляющие пространственное разложение 50 спектра излучения активного тела.

Отклоняющими устройствами 4 могут быть, например электро- или магнитооптические системы пространственного отклонения (сканирования) пучка. Закон отклонения задает- 55 ся источником 5 питания. В простейшем случае им является источник синусоидального или пилообразного напряжения, выход которого соединен с отклоняющим устройством 4.

Заметим, что элементы 8 и 4 в принципе мо- б0 гут быть объединены, т. е. отклоняющее устройство может одновременно играть роль дисперсионного элемента.

Для сжатия оптических импульсов (устдвух дифракционных решеток, либо другое внешнее дисперсионное устройство с подходящей характеристикой дисперсии.

При выключенном источнике 5 питания (или при постоянной величине питающего напряжения) в дисперсионном оптическом резонаторе возникает генерация на той частоте, излучение которой нормально к обоим зеркалам (см. фнг. 1). В случае кольцевого резонатора излучение происходит на частоте, соответствующей направлению оси резонатора. Поскольку устройство 4 может отклонять пучок в плоскости дисперсии, изменение амплитуды модулпрующего напряжения источника 5 питания приводит к изменению частоты генерации (см. фиг. 3 ti 4). При этом возможна как статическая перестройка частоты в паузах между генерационными вспышками, так и динамическая — в процессе генерации. В последнем случае с повышением скорости перестройки (т. е. скорости отклонения пучка в плоскости дисперсии резонатора) условия генерации ухудшаются, так как формирование лавины фотонов каждого «цвета» происходит за более короткое время. При этом спектр генерации все более сужается.

В результате генерации становится неперестраиваемой и в принципе должна сорваться.

Однако можно осуществить режим, при котором развитие генерации на всех возможных для данного активного тела частотах будет происходить в условиях, не отличающихся от неперестраиваемого дисперсионного резонатора. Такой режим реализуется при пространственном сканировании разложенного в спектр пучка с периодом, равным времени пролета фотона по оптическому резонатору.

Представим, что отклонение пучка происходит по пилообразному, закону, а фиг. 3 и 4 иллюстрируют две фазы пилы, соответствующие двум значениям амплитуды выхода модулятора. Нетрудно видеть, что при f=—

С

24 отклоняющее устройство встречает отраженные от зеркал пучки фотонов данного «цвета» всегда в одной и той же фазе. Таким образом, фотоны каждой частоты могут испытывать многократные отражения от зеркал без потерь на разъюстировку. Следовательно, генерация будет происходить последовательно на всех собственных частотах резонатора, заключенных внутри полосы люминесценции активного тела, причем добротность всех этих частот определяется только контуром полосы люминесценции.

ОКГ работает следующим образом.

С помощью источника накачки (любого типа) активное тело 1 переводится в возбужденное состояние. Его излучение раскладывается в спектр дисперсионным элементом, а устройство пространственного отклонения пучка делает резонатор настроенным после337873 у . f довательно на различные частоты внутри полосы излучения. Это приводит к модуляции

2L частоты генерации с периодом Т= — .

Диапазон перестройки частоты в каждом цикле (девиация частоты) определяются шириной полосы люминесценции активного тела и уровнем накачки. ЧМ-излучение может быть непосредственно выведено из резонатора или через устройство оптического сжатия ЧМ импульсов. В последнем случае длительность сжатых импульсов определяется только величиной девиации частоты. Оценки показывают, что, с помощью предлагаемого устройства, на современных лазерных материалах возможно получение рекордно коротких световых импульсов 10 — 4 сек.

Поскольку в описанном режиме не происходит потерь энергии, можно вычислить пиковую мощность каждого импульса. Пусть Е=100 дж, а общая длительность генерации T„=1 мсек. Тогда, если время пролета по резонатору равно 10 нсек, общее количество импульсов равно 10 — 10-, т. е. 10" .

Энергия в каждом импульсе 10 — ож. Следовательно, пиковая мощность Р„= 10 — дж/

10 — 4 сек=10" вт.

Предмет изобретения

1. Оптический квантовый генератор, содержащий оптический резонатор, активное тело

5 и дисперсионный элемент, отличающийся тем, что, с целью осуществления частотной модуляции выходного c»r»aла и получения сверхкоротких световых импульсов, в оптическом резонаторе установлено устройство простран10 ственного отклонения луча, например электрооптическое отклоняющее устройство, соединенное с источником модулирующего напряжения, например пилообразного, у .которого период модуляции равен времени одно15 кратного пролета фотона по резонатору, а за выходным зеркалом установлено устройство оптического сжатия импульсов во времени.

2. Оптический квантовый генератор по .п. 1, отличсиощийся тем, что, с,целью повышения

20 величины девиации частоты в линейном резонаторе, устройство пространственного отклонения луча установлено в резонаторе таким образом, что оптическая длина пути от каждого зеркала до устройства пространственно25 го отклонения луча соответственно равны.

3. Оптический квантовый генератор по п. 1, отличающийся тем, что устройство пространственного отклонения луча совмещено с зеркалом резонатора, 337873 (0ц т

Составитель И. Старосельская

Техред Л. Богданова Корректор Л. Царькова

Редактор А. Батыгин

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1550/2 Изд. № б78 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 7К-З5, Раушская наб., д. 4/5