Пассивный модулятор добротности резонатора лазера

Пассивный модулятор добротности резонатора лазера

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСИИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А

З15В Н 01 5 3/ll

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю

ФЮ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2l) 3298453/1Ц-25 (22) 30.06.81 (46) 23.05.83 Бюл. Мо 1 9 (72) В. М. Мецик, Э, Э, Пензина, И. А. Парфианович„Л. M. Соболев, В. В, Брюквин и О. П. Варнавский (71) Научно-исследовательский институт прикладной физики при Иркутском государственном университете им. А, А. Жданова (53) 621,375,8(088.8) (5 6) 1. Авторское свидетельство СССР № 422057, кп. Н 01 5 3/11, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

% 818423, кл, Н Îl Б 3/ll., 1981 (пвототип) ., (54)(57) l, ПАССИВНЫЙ МОДУЛЯТОР ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАТОРА ЛАЗЕРА на основе щепочногапоидного кристалла, содержащего поглощающие центры, о т л и ч а ю m и и с я тем, что, с целью управления диапазоном рабочих длин волн, щелочногалоидный кристалл содержит 2 центры окраски.

2. Модулятор по и. l, о т л и— ч а ю щ и й.с я тем, что -центры образованы легированием щелочногалоидного кристалла двухвалентными ионами щелочноземельных металлов.

3. Модулятор по п.:L о т л и— ч а ю шийся тем, что Z - центры образованы легированием щелочногалоидного кристалла двухвалентными ионами редкоземельных металлов.

4. Модулятор по п. l, о т л и ч а— ю шийся тем, что Z — центры образованы легированием щелочногалоид-! ного кристалла одновременно ионами щелочноземельных и редкоземельных металлов, 0,4

0,47 0,47 1

0,4

О,506 0,5 16

0,67 0,96 l 2

Ва

0,502 0,516

0i 402

0,49 1,2 3.,53

0,635

0,59 то же

98

Изобретение относится к квантовой электронике, а именно к пассивным модуляторам добротности резонаторов лазеров, и может быть использовано при получении частотно-периодических режимов лазерного излучения и синхронизации мод лазеров.

Известны пассивные модуляторы добротности, выполненные на основе раство- ров органических красителей Я, Недостатком таких модуляторов является их низкая фототермическая и фотохимическая ( стойчпвость, невозможность работы в частотно-периодическом режиме без принудительной прокачки раствора, сильная зависимость начального поглоще-

Ния вт температуры, токсичность., Наиболее близким к прецлагаемому яв« ляется модулятор на основе щелочногалоцпного кристалла, содержащего поглощающие центры j2) . Этот модулятор отличается высокой фототермической и фотохимической устойчивостью позволяет осуществлять частотно-периодический режим работы без специального принудительного охлажценwД нетоксичен и, кроме того, способен ьб -спечивать синхронизацию мод лазера, Недостатком такого модулятора является ограниченная возможность управления диапазоном рабочих длин волн. Этот недостаток является следствием того, что в качестве рабочих центров в этом модуляторе используют центры окраски, спектральные области поглощения которых

4374 2 определяются самим кристаллом. Введе. ние таких примесей, как 5a, Vj и! других смешает диапазон рабочих длин волн в пределах 100 нм, но не обеспечивает возможности управления диапазоном рабочих длин .волн в оптической области спектра от 0,4 до 2 мкм. йля управления диапазоном рабочих длин вол в пассивном модуляторе доброт10 ности резонатора лазера на основе щелочногалоицного кристалла, содержащего . поглошаюлие пентры, щелочногалоидный кристалл содержит L — центры окраски, причем Z, — центры образованы легирова15 нием щелочногалондного кристалла двухвалентными ионами шелочноземельных металлов (P. 3- ), либо Š— центры образованы легированием шелочногалоидного кристалла двухвалентными ионами

20 редкоземетьных металлов (Щ.3), либо Е— центры образованы легированием щелочногалоидного кристалла одновременно иона- . ми шелочноземельных и рецкоземельных металлов.

Спектральная область оптического поглощения Š— центров зависит как от самого кристалла, так и от легирующей примеси. Полосы поглощения центров окрас.

30 ки - THIIG (Е Zg u Te ps) в шелочногалоидных кристаллах перекрывают широкую область спектра от 0,4 до

"-2 мкм. Это видно из таблицы, в которой приведены положения максимумов по лос поглощения - центров.

0,496 1,02 1.,26 3.,59

984374

Длина волны, мкм

Примесь

Кристалл

Ва. КСС

То же

0,595

0,53.2 3. 3.4 3.,72

Са КВ}

0,556

0,558

0,7-16 0,849

0,549 0,95 3.,29 3. 77 то же

Ва

RS,ct

0,675 то же

Oi675

Ва

Ва

0,920

0,840 с се

0,635

$п

0,635

0,742 то же 5r ю Ец

РaBt Ьг

0,59 0,639 0)8l5

0,668 0,70

0,668 0 73.6

0,657 0,720

0,73.6 0,840

0,750 0,832

0,675 0,73 0,86 .

0,675 0,725

О,754

Прололжение таблипы

3.,02 3.,42 3. 93

0,98 3.,3.4 3.,49

3.,04 3.,3.6 3. 46 2,03.

984374

Продолжение таблицы

Длина волны мкм

0,742

1,0l. 1,41

0,920 0,840

Be, Eh..К aBt

О 6 означения и прим ечания: Черточка —,данные поканеполучены.

Звездочка — данные взяты из спектров, возбуждения люминесценции. Полуширины полос — порядка 100 150 imt. Положения максимумов измерены при 77 К.

На чертеже показаны полосы поглоще- Изобретение можно использовать в ния одного -из вндов 2 — центров, а имен- качестве активного элемента лазера в

25 но Хд - центров в кристаллах Кд CE — связи с тем, что временные параметры

Са (1), No CC — 1 (2), КСГ - Са(Э), люминесценции Х вЂ” центров подобны

КВр — EU (4), КС вЂ” Ba (5) Я Яп параметрам люминесценции центров окрас- .

Ва (6), Сp 3 -Gl (7), а также центров ки прототипа. Преимушество (лазера

Р" (8) и Рд (9) центров в кристал- на — центрах состоит в возможности

2. пах прототипа, Подбором легирующей при- управления длинами волн генерируемого меси и щелочногалоидного кристалла по- излучения, подбором легирующей примеси лучают легированный кристалл с заданны- " кристалла, поскольку. длина волны люми спектральными оптическими свойства- . инесценции — центров зависит как от ми, например с полосой поглощения в 35 того, так и от другого. нужном диапазоне длин волн. Одновремен- Бентры окраски Е. — типа создают noibm легированием кристалле двумя добно центрам прототипа с помощью об(или более} сортами примеси получают лучения кристаллов ионизирующей радиалегированный кристалл, имеюппй рабочий цией или частицами высоких энергий, или диапазон необходимой ширины. 40 BPorPeBOM кРисталла в течение нескольких часов в пар щелочного металле при ахим образом, как показывают из- температуре, близкой к температуРе плавмерения, использование . - центров ок- ления кристалла, т. е. способом аддитив раски в щелочногалоидных кристаллах но| о окращивании позволяет достичь цели изобретения — 45 Пассивный модулятор выполнен в виде управления диапаэоном „рабочих длин параллелепипеде, размеры которого бра волн в широких спектральных преде- лись в пределах от 10 10 0,5 мм до лак. 10 ° 10 10 мм, В качестве материе ла модулятора использовались монокристапНесмотря на то, что центры окраски 0 лы щелочных галоидов, например Ис СР

7..- типа поКа изучаются лишь в щелочно- KCC, KB>, КЗ, К ВC0 э С5СЕ, С В, галоидных. кристаллах теоретически не C93 и другие, выращенные из расплава. исключена возможность образования по- с добавлением в исходную шихту гапоиддобных центров, окраски в других ионных ных солей легирукмцей примеси, найример кристаллах. Нахождение 2 - подобных примеси кальция, стронции, бария, евроцентров в других ионных кристаллах еще ния, иттербия и других. Вводят либо соль более расширит возможности управления одного какоголибо металла, либо комбидиапазоном рабочих длин волн... нацию из двух или более легирующих со984374 лей (см. табл., и. 27). Концентрацию

I легируюших примесей берут в широких пределах, так как она не влияет на рабочий диапазон длин волн Изменение концентрации примеси приводит лишь к 5 необходимости изменения эффективной длины модулятора для обеспечения требуемого значения начального оптического пропускания модулятора. Чем выше кон центрация примесей, тем более тонкие пластинки кристаллов используют. Верхний предел концентраций ограничен растворимостью солей легируюшей примеси в веществе кристалла и специфичен пля каждой примеси в каждом кристалле. В используемых кристаллах верхний предел конг центраций примеси лежит в интервале

0,8 1 вес. % примеси в шихте. Превыше-, ние его ведет к выпапению фазы легируюшей сопи помутнению кристалла,, 20 т. е. к его порче. Нижний предел концентраций примеси, диктуется разумными размерами модулятора, которые, в свою очередь, зависят от размеров резонатора.

Например, при аффективной длине модуля-:25 тора около 1 мм концентрацию примеси. берут порядка 0,1 вес. % в шихте, а при эффективной длине порядка 10 мм для обеспечения того же начального пропускания концентрация примеси будет около 30

0,01 вес. %.в шихте.

При использовании пассивных модуля-. торов, изготовленных из окрашенных щелочногалоидных кристаллов, легированных

ЩЗ или Р3 примесями,по .учены гигантские- 5 моноимпульсы излучения рубинового и неодимового лазеров. Например, модуляцию добротности резонатора неопимового лазера, работающего на длине волны

l,064 мкм, производят с помощью моду- 40 лятора, выполненного из,легированного двухвалентными ионами бария аддитивно окрашенного кристалла К вВг, содержащего преимущественно Х вЂ” центры.

Концентрация бария берется из интервала 4> от 0,1 до 0,5 вес. % в шихте, поскольку превышение концентрации 0,5 вес.% при- водит к вы адению фазы примесной солй, а уменьшение концентрации примеси ниже

0,1 вес. % нецелесообразно, поскольку ведет к увеличению размеров модулятора.

Модулятор эффективно работает без специального принудительного охлаждения с. частотой повторения импульсов в интер-. вале 12,5-100 Гц. Наработка составляет:55

10 импульсов без существенного изменения параметров модулятора. Начальное оптическое пропускание модулятора на плине волны генерации составляет 55%. Энергия моноимпульса равняется0,01 Йж, В ре« жме свободой генерацп энергия импульс= са равна 0,14 йж. йг ительность моноимпульса в режиме модуляции добротности порядка 20-30 нс.

Формирование гигантского импульса неодпмового лазера длительностью порядка 20 нс -наблюдалось также с помощью пассивного модулятора, выполненного из гамма-облученного кристалла КС С вЂ” S t содержащего центры окраски 2 — типа.

Модуляция добротности резонатора рубинового лазера, работающего в режиме одиночных импульсов на .длине волны, 0,694 мкм, постигнута с помощью пассивного модулятора, выполненного из легированного двухвалентным европием адпитино окрашенного кристалла КВР, содержащего преимущественно,7, — центры. Начальное оптическое пропускание равняется 45%. Энергия в импульсе составляет

0,23 Йж в режиме свободной генерации и 0,02 Дж в режиме с модуляцией доб-ротности, Длительность гигантского импульса равняется 20-30 нс. Концентрацию примеси в шихте берут из интервала

0,1-0,8 вес. % Выход за пределы интепвала нецелесообразен. Модуляция добротности резонатора рубинового лазера достигнута кроме того, с помощью аддитивно,окрашенных кристаллов

gg Bv — 6t, g Ь Br — Eu, KCC — Ba и kCC -I" a, содержащих центры окраски Х - типа.

Пассивная модуляция добротности резонатора неодимового и рубинового лазеров осуществлена также с помощью адпитивно окрашенного кристалла R5 Вг легированного одновременно двухвалентными ионами европия и бария. B шихту вводится по 0,1 или по 0,5 вес, % легирующих примесей. Спектр оптического поглощения такого кристалла содержит как Š— полосы, характерные пля европия, так и, - полосы, характерные пля бария, что и позволяет производить модуляцию добротности резонатора в пиапазоне длин волн необходимой ширины с помощью одного и того же кристалла. C помощью предлагаемого пассивного модулятора осуществлена пассивная синхронизация мод рубинового, а также неодимового лазеров. B качестве матери-ала модулятора используются аппитивно и гамма- окрашенные кристалы KC6 — Са, КС0 - рг и КСР— Ва с центрами окраски L - тина. Начальное оцтпческое пропускание кристаллов на длине волны

9 . 984374 10 генерации около 50%. Наблюдалась доста- окрашенных щелочногалоидных кристаллов, точно устойчивая (веротность л, 30%), легированных,двухвалентными ионами картина синхронизации мод лазера. Рас- ЩЗ или РЗ металлов или комбинациями стояние между отдельными импульсами в етих ионов, способны обеспечить возмож- цуге порядка 6 нс, а длительность им- 5 ность управления диапазоном рабочих пульса -. порядка сотен пикосекунд. длин в пределах 0,6-3.,2 (мкм) ° ИспольКонцантрация примеси взята из области зование центров окраски прнмесной llpH» верхнего предела концентраций с тем, . роды позволяет увеличить концентрацию чтобы кристаллические пластинки имели - рабочих центров, по крайней мере на как можно меньшую толщину, что важно в порядок по сравнению с прототипом и случае синхронизации мод,так как кристалл следовательно во столько же раз умень модулятора необходимо помещать и резона- шить аффективную длину модулятора. тор как можно ближе к одному из зеркал. Последнее. важно в случае синхронизации

Таким образом, испытания показали, мод или при использовании в резонаторах что пассивные модуляторы на основе . 15 малых размеров.

Составитель Т. Манюкова

Редактор А. Горькова Техред И.Гайду, Корректор А. Повх э ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° э ° ° ° ° Ô ° 1ээ ° ° ° ° ° ° ееев ° ° ° Ф ° эФе ° ° ееэв ° ° ° è ° Ô ° ° ° ° ° ° å ° ° ° ý ° ° ° ° Ôá1 ° â ° е ° эве ° ° ° ° ° ÔÝáÔ!

Заказ 6633./3 Тираж 590 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по датам изобретений и открытий

1l3035, Москва, Ж35, Рауцская наб., д, 4/5 е ° ° ° ° еевве ° ° ° ° ° ° ° ° еевээеееве ° ° ° ° ° ° ээээ ° ° ° ээеее ° ° еэее ° ° ° ° ° эвеэ ° ° ° ° ° ° ° ° ° в ° ° еевээ ° ° ° ° веее ° ° э ° ее ° ° ° ° °

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