CS227008B2 - Generator of second harmonic components of laser light - Google Patents

Description

Vynález se týká generátoru druhých harmonických složek laserového světla určeného zejména pro zařízení ke spektrometrickým měřením, prováděným laserovou technikou, a použitelného ve všech případech, kde se používá laserové techniky.

Známé generátory harmonických složek laserového světla obsahují alespoň dva disperzní prvky, například skleněné hranoly, s výslednou nulovou disperzí, zaostřovací očku, nelineární krystal a výstupní čočku. Nutnou podmínkou pro vytvoření soustav vytvářejících harmonické složky laserového světla je identita světelné disperze sestavených disperzních prvků. Tyto známé soustavy se vyznačují dlouhou optickou cestou laserového světla, zeijména mezi disperzními prvky. Aby se zmenšila velikost generátoru, používá se u některých řešení optické dráhy, která se nejméně dvakrát odráží vhodným uspořádáním zrcadel. Nevýhoda použití jiných známých řešení vyplývá ze skutečnosti, že každá změna v okamžitě použitém pásmu spektra laserového paprsku vyžaduje u nich velmi pracné seřízení přesných poloh jednotlivých součástí. U některých známých generátorů se používají složitá elektromechanická zařízení k provádění tohoto¹ seřizování.

Kromě složité obsluhy způsobené také dlouhými optickými drahami jsou známé generátory nevýhodné vzhledem k nevhodné polarizaci světla a malé výkonnosti.

Nedostatky známých generátorů jsou odstraněny generátorem druhých harmonických složek laserového světla podle vynálezu, který sestává alespoň z jednoho disperzního prvku, spojných čoček na vstupu i výstupu a z nelineárního krystalu, přičemž podstata vynálezu spočívá v tom, že za vstupní čočkou, sloužící k přizpůsobení laserového světla dané soustavě, následuje ve směru dráhy laserového paprsku alespoň jeden disperzní prvek, tvořený zejména hranolem z rutilu, za nímž je umístěn 90^c polarizační rotátor, za nímž je alespoň jedna zaostřovací čočka, po níž následuje nelineární krystal a výstupní čočka. Přitom se doporučuje, aby mezi disperzním prvkem, zaostřovací čočkou a nelineárním krystalem platil vztah:

_1 ₌ 1 x ⁺ У “ fi.

Kde:

x ... je vzdálenost mezi disperzním prvkem a zaostřovací čočkou, у ... je vzdálenost mezi zaostřovací čočkou a nelineárním krystalem, a fj ... je ohnisková vzdálenost zaostřovaní čočky.

Krotoě toho je výhodné provedení, u něhož parametry disperzního prvku, nelineárního krystalu a zaostřovací čočky jsou ve vzájemném vztahu:

	d Θ dA	1 Πκορ	X У	d <5 dA
kde:
Θ	...je	adaptační	úhel v	nelineárním

krystalu, λ ... je vychýlení světelného paprsku, vyvolané disperzním prvkem, n_KDp ... je refrakční koeficient nelineárního krystalu, x ... je vzdálenost mezi disperzním prvkem a zaostřovací čočkou, у ... je vzdálenost mezi zaostřovací čočkou a nelineárním krystalem, $ ... je úhel lomu paprsku disperzním prvkem.

Generátor podle vynálezu se liší od známých generátorů harmonické složky laserového světla hlavně tím, že prvky o výsledné nulové disperzi jsou nahrazeny vhodně upravenými prvky o veliké disperzi. Další rozdíl spočívá v tonn, že tyto nové disperzní prvky jsou kombinovány s patřičně umístěnou soustavou, která otáčí polarizační rovinu o 90°.

Zjistilo se totiž, že vhodně připravené rutilové hranoly, které vykazují velkou disperzi, jsou schopny nahradit hranoly o výsledné nulové disperzi, zejména skleněné hranoly, užívané dosud v laserové technice. Rovněž se ukázalo, že světelný paprsek, dispergovaný v takovémto prvku o velké disperzi a promítnutý na příslušnou soustavu, otáčející polarizační rovinu o 90°, zejména 90stupňový polarizační rotátor, nebo půlvlnovou destičku, probíhá, bez ohledu na okamžitě použité pásmo spektra laserového světla, téměř stejnou dráhou. To má za následek, že při změnách použitého pásma není zapotřebí měnit polohy jednotlivých prvků generátoru. Optická dráha v generátoru harmonické složky laserového světla může být mnohonásobně zkrácena, a to právě náhradou soustavy disperzních prvků, zejména skleněných hranolů s výslednou nulovou disperzí, alespoň jedním disperzním prvkem s velkou disperzí, zejména hranolem z rutilu.

Zjistilo se, že použití alespoň jednoho disperzního prvku s velkou disperzí v kombinaci se soustavou, otáčející polarizační rovinu o 90°, zejména s 90stupňovým polarizačním¹ rotátorem s půl v lnovou destičkou, umožňuje zkrácení optické cesty světla v soustavě generátoru harmonické složky až dvacetkrát. V důsledku toho se umožní velmi značné zmenšení rozměrů zařízení, aniž je zapotřebí používat zrcadel.

Předmět vynálezu je patrný z popisu a schematického výkresu, na němž je znázorněna optická soustava generátoru v příkladném provedení.

Podle vyobrazení za vstupní čočkou 1, určenou к přizpůsobení laserového světla dané soustavě, následuje ve směru dráhy laserového paprsku disperzní prvek 2, tvořený hranolem z rutilu. Za ním je umístěn 90stupňový polarizační rotátor 3 pro otočení polarizační roviny o 90°. Následujícím prvkem znázorněné soustavy je zaostřovací čočka 4, za níž je umístěn nelineární krystal 5 a za ním je výstupní čočka 6.

Mezi disperzním prvkem 2, zaostřovací čočkou 4 a nelineárním krystalem 5 platí tento vztah:

	1 , 1	1
	“Г — X у	fl
kde:
x ...	je vzdálenost mezi	disperzním prv-

kem 2 a zaostřovací čočkou 4, у ... je vzdálenost mezi zaostřovací čočkou 4 a nelineárním krystalem 5 a fi ... je ohnisková vzdálenost zaostřovací čočky 4.

Parametry disperzního prvku 2, nelineárního' krystalu 5 a zaostřovací čočky 4 jsou navzájem vázány tímto vztahem:

Id Θ	1	X	dá
dA	Dkdp	У	dA
kde:
Θ ... je	adaptační	úhel v	nelineárním
krystalu 5,

λ ... je vychýlení světelného paprsku vyvolané disperzním prvkem 2, n_KDp ... je refrakční koeficient nelineárního krystalu 5, x .,. je vzdálenost mezi disperzním prvkem 2 a zaostřovací čočkou 4, у ... je vzdálenost mezi zaostřovací čočkou 4 a nelineárním krystalem a ó ... je úhel lomu paprsku disperzním prvkem 2.

Disperzní prvek 2 a polarizační rotátor 3 jsou uspořádány vzhledem к zaostřovací čočce 4, nelineárnímu krystalu 5 a výstupní čočce 6 ve vzájemných vztazích takových, že jakákoli změna vlnové délky laserového světla mění směr světelného paprsku v nelineárním krystalu 5 tak, že ladění do synchronizačního úhlu nastává samočinně.

Vstupní čočka i usměrňuje paprsek laserového světla na stěnu disperzního prvku 2, v něimž se paprsek lomí a pásmo dispergovaného světelného paprsku dopadá na 90stupňový polarizační rotátor 3, kterým může být půlvlnová destička nebo jakákodi jiná známá soustava otáčející polarizační rovinu o 90°. Z této soustavy vystupuje paprsek a dopadá na zaostřovací čočku 4 nebo soustavu čoček, které jej usměrní na nelineární krystal 5 a z něho dále na výstupní čočku 6.

Claims (4)

1. Generátor druhých harmonických složek laserového světla, sestavený alespoň z jednoho· disperzního prvku, spojných čoček na vstupu i výstupu a nelineárního· krystalu, vyznačený tím, že za vstupní čočkou (1), sloužící k přizpůsobení laserového světla dané soustavě, následuje ve směru dráhy laserového· paprsku alespoň jeden disperzní prvek (2), zejména tvořený hranolem z rutilu, za nímž je umístěn 90° polarizační rotátor (3j, za ním alespoň jedna zaostřovací čočka (4), po níž následuje nelineární krystal (5) a výstupní čočka (6).

2. Generátor podle bodu 1, vyznačený tím, že mezi disperzním· prvkem· (2), zaostřovací čočkou (4) a nelineárním krystalem (5) platí vztah:

_ _ 1_ _ . 1x ' y ~ fi kde:

x ... je vzdálenost mezi disperzním prvkem (2) a zaostřovací čočkou (4), y ... je vzdálenost mezi zaostřovací čočkou (4) a nelineárním krystalem (5) a fi ... je ohnisková vzdálenost zaostřovací čočky (4).

3. Generátor podle bodu 1, vyznačený tím, že parametry disperzního· prvku (2), nelineárního krystalu (5) a zaostřovací čočky [4] jsou ve vzájemném vztahu:

d Θ 1 X dá d λ Odd p y · d A

kde:

Θ ... je adaptační úhel v nelineárním krystalu (5), λ ... je vychýlení světelného· paprsku, vyvolané disperzním prvkem (2), n_KDP ... je refrakční koeficient nelineárního krystalu (5), x ... je vzdálenost mezi disperzním prvkem- (2) a zaostřovací čočkou (4), y ... je vzdálenost mezi zaostřovací čočkou (4) a nelineárním krystalem· (5) · a

8 ... je úhel lomu · paprsku disperzním prvkem· (2).