Оптический квантовый генератор

Патент 473475

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

О П И C А Й И Е (щ тзт- в

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22} Заявлено1 6.02.73 (2j) 1883374/26-25 с црисоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет(43} Опубликоваио25,08,77.Бюллетень № 31 (53) М. Кл.

Н 01 5 3/083

H 01 5 3/10

Государственный номитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и отнрытий (53} УД1(621 375 8 (088.8} (45) Дата опубликования описания 26,09.77 (72} Авторы изобретения

С, П. Анохов, 10. Ю. Жупан, H.-И. Кравченко и В. В. Тарабров (71) Заявитель

Институт физики AH Украинской CCP (54} ОПТИЧЕСКИЙ КВАНТОВЫЙ ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к области оптической квантовой электроники и может быть использовано для создания перестраиваемых в процессе генерации одночастотных лазеров.

Известны лазеры со свипированием (сканированием) частоты, содержащие дисперсионный резонатор, перестраиваемый в про цессе генерации.

В таких лазерах осуществляется эффективное управление спектром и кинетикой генерации, что делает их весьма перспективными для использования в спектроскопии, нелинейной оптике, биологии, химии, геологии и других областях науки и техники.

Однако известные лазеры не позволяют получить одночастотную генерацию со свипированием частоты, Для этой цели перспективно испольэовать кольцевые и дисперсионные резонаторы бегущей волны, Однако в них невозможно сохранить нужную юстировку кольцевого резонатора при перестройке частоты„ трудно получить одночастотную генерацию с минимальным смешением от пичка к пичку, определяющим разрс шаюшую способность спектроскопа, в котором такой лазер используется в качестве источника излучения.

Бель изобретения - создание оптического квантового генератора с повышенной надежностью, сохраняюшего одночастотный режим генерации при свипировании частоты в-npegenax полосы люминесценции активной среды.

Поставленная цель достигается эа счет установки отражателей, резонатора и дисцерсионного элемента таким образом, что плод кость кольца (резонатора} не совпадает с плоскостью дисперсии резонатора, например перпендикулярна ей. Пассивный вентиль выполнен в виде двух призм-крыш, одна из которых входит и состав резонатора, а другая установлена на рабочей грани первой призмы на управляемом контакте, причем ее двугранный прямой угол расположен так, что излучение отраженной волны возвращается. в резонатор стр,ого вдоль оптической оси, а излучение прямой (проходящей) волны выходит через боковую грань призмы.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого оптического,квантового генератора; на фиг, 2 - ход лучей В ОКГ с дисперсионной призмой; на фиг. 3 - схема ОКГ с пассив ным амплитудным вентилем, собранным на

IIpH MBIRA„ HG фиг. 4 - призма-Отражатель пассивнОго Вентиля, Оптический кВантОВый генератор (фиг, 1 ) состоит II«3 активнор 0 Вещес Ва 1 р дисперсион» но1 о элемента 2 и кольцевого резонатора, образованного отражателями 3»6. За полупрозрачным отражателем 6 установлен ОТ ражатель " возвращающий В резонатор иэлуче1пре Водцы распространяющейся по часе вой стрелке. Система отражателей 6 и 7 является пассивным вентилем, обеспечивающим Одпонаправленнул генерацию В Резонаторе «,,на фиг«, 1 Она сООтветствует вопне,! распрос- Раняющейся против часовой стрелки).

Отражатели, образующие кольцевой резонатор, расположены так, что активное вещество и дисперсионный элемент перекрыва1ОТ сразу оба плеча кольца (на Фиг. 1 перекрь3ты ВОРК«нее и нии«рее плечи КОЛЬцй ) 6

В качестве активного Ве:цества 1 может иснользоваться кобая среда, иа которой получена генерация, в частности стекло, жид . кость и кристаллы, активированные редкоземельными ионами, растворы органических красителей и т. и, Дисперсиоиным элемен» том может служить призма, интерферометр

ФабРН»ПеРОр дифРакционнаЯ Решетка (PG60 таю1цая как на ПРОпускание, так и HG oTpG» жение), ноляризациоиные фильтры и т. д.

В резонаторе отсутствуют источники паразитной селекции спектра; все зеркала нанесены на клиновые подложки, торцы образца и рабочие грани дисперсионного элемента скошены под углом Брюстэра к оси РезонаТОР9, Если дисперсио1Гным элементом является призма или дифракционная решетка, то перестройка резонатора осуществляется Вращением жестко скрепленной системы отражателей 3 и 4, Если дисперсионным элементом служит интерферометр Фабри-Перо, то перестройка частоты достигается либо вращением интерферометра, либо изменением базы между его зеркалам11. Б случае поляРизационных и дРугих фильтровр ocHoBGHHbIx на электра-, магнитo-, акустоэффектах, перестройка достигается приложением к дисперсионному элементу 2 соответствующих полей. При этом все элементы резонатора остаются неподвижными.

В описываемой схеме отражатели, обрв;уюшие кольцевой резонатор, расположены так, что плоскость кольца не совпадает с плоскостью дисперсии Резонатора. Это дает возможность перестраивать частоту, не нарушая юстировки кольца.

Призменный дисперсионный резонатор показан на фиг. 2, 3. Здесь В качестве от» ражателей 3, 4 и 5, 6 использованы призмы-крыши с 90 -ным двугранным углом о и брюстеровским входом. Ребра крыш рао положены в плоскости дисперсии призмы та.ким образом, что плоскость кольца составляет прямой угол с плоскостью дисперсии

Резонарора« «G PBGPBx 90 -ных углов сде»

M ланы фаски„предотвращающие генерацию в центральной части активного вещества..Как

Видно из ф гг,-. 2, 3, прежде чем совершить полный Рсход по кольцевому резонатору, генераннонный пучок дважды проходит че15 Рез ак;.«В«ное вещество и дважды через дис персионную призму. Следовательно, эффективная длина образца увеличивается вдвое и во столько же раз увеличивается дисперсия резонатора, Призма, Образованная призмами»крышами

3, 4, установлена с Возможностью,. вращения вокруг оси, перпендикулярной плоскости дисперсии резонатора. Поворот ее приводит к изменению частоты настройки резонатора, р а значит„к изменению частоты генерации.

Использование призм-крыш В качестве отра жателей.позволяет по-новому решить кон струкцию пассивного вентиля. Вместо возвратного отражателя 7 используется призма

0 о с 90 -ным двугранным углом и 46 -ным входом, которая на управляемом контакте прижимается входной гранью к катетной ра» бочей грани призмы (отражателя) 6, входящей В кольцевой резонатор (см. фиг. 3), зр

Управляемый контакт позволяет подобрать оптимальное пропускание, необходимое для обеспечении высокого энергетического выхода генерируемого излучения и высокого коэффициента подавлении обратной волны, 4(Оптический квантовый генератор работает следу1сщим образом.

Источник накачки переводит активное ве»шество в возбужденное состояние и при выполнении пороговых условий в кольцевом

45 резонаторе возникают две волны, распространяющиеся навстречу друг другу. Одна из них (на фиг. 1 и 2 это волна, распространяющаяся против часовой стрелки) получает

50 преимущественное усиление и на ней устанавливается одночастотная генерация. Пос»кольку частота настройки резонатора непрерывно изменяется (в схеме призменного дисперсионного резонатора это достигается

55 вращением призм (отражателей) 3 4 вс

I круг оси, перпендикулярной плоскости дисперсии), частота генерации также смешает» ся (свипирует в пределах полосы люминес»ценции активной среды). Таким образом, режим свипирования сочетается с одночастотной генерацией в каждый момент време,473475

5 ни (в каждом пичке твердотельных лазеров).

В схеме призменного дисперсионного ре» зонатора (или резонатора с дифракционной решеткой) свипирование частоты осуществляется вращением только призм (отражателей} 3, 4, что существенно упрощает процесс перестройки. Кроме того, для каждой новой частоты настройки резонатор оказывается автоматически съюстированным за счет известного стабилизирующего свойства о 0 -ных призм-крыш. По этой же причине увеличивается стабильность одночастотной генерации, зависящая от юстировки отражателя 7, роль которого в атой схеме играет также призма-крыша. Наконец, в резонато ре полностью отсутствуют искусственные зеркальные покрытия, что существенно увеличивает надежность и долговечность ген ратора. Удвоение дисперсии при наличии одного дисперсионного элемента дает воэможность использовать материалы с мень шим поглощением, а значит, с большей ра диационной стойкостью, что очень важно при создании перестраиваемых лазеров с большой выходной энергией и мощностью, Формула изобретения

1, Оптический квантовый генератор, содержащий активное вещество, кольцевой дисперсионный резонатор с пассивным вентилем, образованным двумя отражателями, один из которых входит в состав кольца, отличающийся тем, что, с целью осуществления свипирования частоты прк сохранении в каждый момент времени одночастотной генерации, отражатели резонатора и дисперсионный элемент установлены так, что плоскость кольца не совпадает с плоскостью дисперсии резонатора, например перпендикулярна ей.

2. Генератор по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежности генератора, пассивный вентиль х выполнен в виде двух призм-крыш, одна иэ которых входит в состав резонатора, а другая установлена на отражающей грани первой на управляемом контакте.

473475

Составитель И. Старосельская

Редактор Т. Орловская Техред -В. Ку Корректор Л

Заказ 3114/54 Тираж 976 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

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