Лазер
Иллюстрации
Реферат
ЛАЗЕР, содержащий два зер кала, расположенных на расстоянии друг от друга и образующих открытый резонатор, кювету, заполненную рабочим веществом, и диафрагм расположенную внутри кюветы, о тличающийся тем, что, с целью повьшения отношения сигнал/ шум за счет увеличения плотности. энергии в основной моде, в кювету введена дополнительно по крайней мере еще одна диафрагма, при этом диафрагмы расположены в промежутке
СОЮЗ СОВЕТСНИХ соцИАлистичесних
РЕСПУБЛИН (б1) 4 Н 01 S 3/098
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2809659/18-25 (22) 21.08.79 (46) 23.03.88. Бюл, 9 11 (71) Ордена Трудового Красного
Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР (72) P.Á. Ваганов, Г.П. Веселков, M.М. Дедловский и Е.И. Нефедов (53) 621.375.8 (088.8) (56) Галутва Г.В., Рязанцев A.È.
Селекция типов колебаний и стабилизация частоты оптических квантовых генераторов,-М., Связь, 1972, с. 9.
Патент США Р 3686584, кл, 331 †.5, опублик. 1972. (54)(57)ЛАЗЕР, содержащий два зеркала, расположенных на расстоянии друг от друга и образующих открытый резонатор, кювЕту, заполненную рабочим веществом, и диафрагму, расположенную внутри кюветы, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения отношения сигнал/ шум за счет увеличения плотности
„„SU„„999912 энергии в основной моде, в кювету введена дополнительно по крайней мере еще одна диафрагма, при этом диафрагмы расположены в промежутке (0,03-0 97) L, причем радиус r отверстия каждой диафрагмы определяется как первый отличный от нуля корень уравнения
Я = C 4) (ÊèÇ ) I < /C(KèÇ ) +- 2 l+ /((Ки3 ) +
gL- z) ); (!2) 2/)К<1 ) z. )(1 7)>
+CL z) ); расстояние между зеркалами резонатора;
r — радиус отверстия диафрагм;
К вЂ” волновое число;
11 — радиус пятна волнового пучка на зеркале;
Š— местоположение. диафрагмы на оси устройства относительно одного из зеркал.
1 3 бреч е)IH» От1!Осится к 1(ве1нто вой электронике и мОжет бсы Гь ис— пильзов=- :-о 11ри разработке лазеров и усилите:. ей лнс11ракраспого,, субмиллиметро:.:,Ого и миллиметрового диапазонов волн при, работе 1а разли шых 9 9 2 расположены в промежутке (0,03
0,97) i,, причем рациус I. отверстия каждой циафраЕмы определяется как первый от11ичнь и От ну:Ея корень урав— пения, чp, f(((7 .,:, т ф,„(— — —,: 1 (- — (!, .е(р2 ), (1)
J У активных сре1дах.
Известны лазеры, содержащие актиьный элемент в вице кюветы, размещенной в резонаторе и циафрагму,. расположенную вне кюветы.
Существенным недостатком таких па"=eров является одновременная генерация многих мод, приводящих к угловому и спектральному расширению испус1саемого излучения, малая плОт ность энергии в основной Моде.
Зти недостатки затрудняют применеегие лазера в практических устройствах, так как все это может существенно с11иеЕсать точность спектральных измерений, Иа число мод излучения оказьвает влияние как неоднородность показателя преломления активного элемента, так и качество изготовления зеркал открытого резонатора.
Иаиболее близким по технической сущности к данному является лазер, содержащий два зеркала, и расположенHüï1 между ними активный элемент, помещенный B кювету. Кювета выполHeна Б виде пОлО ГО цилиндpQ и coj11еp— жит диафрагму.
Существенным недостатком,цанного лазера является весьма широкая линия излучения (усиления;, что приводит к многомодовому режиму работы. Края диафрагмы пе участвуют в ме2юлоцовом перераспределении энергии, так KQK диафрагма работает как ограничитель волнового пучка, поэтому энергия теряется, а интенсивность основной моды резко пацает, т,е. диафрагма не позволяет повысить плотность энергии излучения в основной моде.
Целью изобретения является повышение отношения сигнал/шум за счет увеличения плотности энергии в основной моде. !
Поставленная цель достигается тем, что в ла-ере, содержащем два зеркала расположенные на расстоянии I друг от друга и образующие открытый резонатор., кювету, заполне11ную рабочим веществом, и диафрагму, расположенную внутри кюветы, в кювету введена дополнительно по крайней мере еще одна циафрагма, при этом диафрагмы
< - (/?)(Кс.3,1(" ((Кс 1 ) + Z. ) I ((Ku. ) ° (-;) )) 1,2, - I Z -(- i1-2 -.,И ) -.(L.-z ) ))
Е 1 расстояние между зеркалами резонатора;
fS радиус отверстия диафрагмы; — волновое число; ,0 — радиус пятна волнового пучка
«а зеркале;
7 — местоположение диафрагмы на оси
20 лазера относительно одного из зеокал
Ца чертеже изображен :..рецлагаемый лазер, 0н содержит зеркала и 2 открытого резонатора, кювету 3 с активным элементом, разноапертурную,циафрагменцую структуру 4. Расстояние между диафрагмами определено экспериментально и должно иметь несколько
ДЛИН ВОЛ1».
Принцип действия устройства заключается в следующем. Между зеркалами 1 и 2, образующими открытый резонатор, происходит попеременная .15 передача широких по сравнению с длиной воле1ы волновых пучков электромагнитного поля, Поведение таких полей в аксиальной обла< ти
40 системы мало отличается от процесса ре1спространения гауссовых пучков.
Каждая мода пучка возбуждается с некоторой эффективностью. Если на пути пучка в некотором сечении (2 — продольная координата системы) поставитЕ непрозрачный экран с отверстием радиус а ", то эффгктив— ность возбуждения основной моды лазера будет равна:
К=ееехр(-р" )I.o рг )-соз(аг )J, (4) где А, р и y — параметры с известной зависимостью от,Z u
r>C;
Функциональная з ав исимос ть Х (г ) имеет характер убыьающих по разма:<у осцилляций, максимумам которых соответствует дискретный ряд значений
Редактор О. Кузнецова Техред И. Верес Корректор Г. Решетник
Заказ 1338/3 Тираж 597 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
3 г . Наибольшая эффективность возбуждений имеет место при первом из данного дискретного ряда значений
Именно это Г и должно быть подставлено в выражение (4) при подсчете
Х. Нужное значение определяют как корень уравнения dX/d 7 =О, ко— торое имеет вид (1). Поскольку r =
r(Z), то для каждой из диафра м получаем соответствующее значение диаметра отверстия. Таким образом приходим к разноапертурной структуре
4, расположенной внутри активного элемента и обеспечивающей наибольщую при данной конструкции эффективность основной моды лазера.
Рост эффективности объясняется как уменьшением дифракционных потерь основной моды, так и переходом части мощности высших мод в основную.
Что касается высших мод, то помимо указанной потери части мощности их излучение существенно фильтруется непрозрачными диафрагмами. Относительно числа диафрагм можно высказать следующее. Эксперименты, прове999912 4 денные в отсутствие активного элемента, показали, что интенсивность колебаний поля основной моды в открытом резонаторе быстро возрастает
5 с ростом числа 11 оптиМальных диафрагм. Однако при больше некоторого, приращение интенсивности становится незначительным. При ..1
120 см и P = 1,23 мм имеет место — 5, т. е. при эквидистантном расположении крайние диафрагмы отстоят от ближайшего зеркала на расстоянии и = 0,6171, ..Выбирать h > h особого смысла не имеет, так как усложнение конструкции не оправдывается из-за малости положительного эффекта, причем (с запасом) 4 = 0,03Ь . Таким образом, предлагается располагать расчитанные диафрагмы в промежутке (0,03-0,97)L между зеркалами открытого резонатора. Таким образом в предложенном устройстве достигается значительное повышение эффективности возбуждения основной моды лазера, что приводит к увеличению точности при проведении различных спектральных измерений.