LT5597B - Parametrinis šviesos generatorius - Google Patents

Parametrinis šviesos generatorius Download PDF

Info

Publication number
LT5597B
LT5597B LT2007085A LT2007085A LT5597B LT 5597 B LT5597 B LT 5597B LT 2007085 A LT2007085 A LT 2007085A LT 2007085 A LT2007085 A LT 2007085A LT 5597 B LT5597 B LT 5597B
Authority
LT
Lithuania
Prior art keywords
polarization
resonator
retroreflector
light generator
multifunctional
Prior art date
Application number
LT2007085A
Other languages
English (en)
Other versions
LT2007085A (lt
Inventor
Stanislovas BALICKAS
Romaldas ANTANAVIČIUS
Andrejus MICHAILOVAS
Original Assignee
Uab "Ekspla", ,
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Uab "Ekspla", , filed Critical Uab "Ekspla", ,
Priority to LT2007085A priority Critical patent/LT5597B/lt
Priority to EP20080172972 priority patent/EP2075629B1/en
Publication of LT2007085A publication Critical patent/LT2007085A/lt
Publication of LT5597B publication Critical patent/LT5597B/lt

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/39—Non-linear optics for parametric generation or amplification of light, infrared or ultraviolet waves
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G02F1/3534—Three-wave interaction, e.g. sum-difference frequency generation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

Išradimas priklauso lazerių sričiai būtent parametriniams šviesos generatoriams (PŠG), kuriuose panaudojamas vaizdo sukimas pluošto kokybei gerinti, tuo pačiu užtikrinant aukštą poliarizacijos grynumą. Parametrinis šviesos generatorius, turintis optinį rezonatorių su dviem galiniais veidrodžiais bei tarp jų išdėstytu netiesiniu kristalu, kuriame optinis rezonatorius kiekvieno pilno šviesos pluošto apėjimo metu sukeičia pluošto profilio vertikaliąją ir horizontaliąją koordinates vietomis bei išsaugoja šviesos pluošto tiesinę poliarizaciją, rezonatoriaus vienas iš galinių veidrodžių yra daugiafunkcinis retroreflektorius, kuris kartu su šviesos pluošto atspindėjimo atgal funkcija vykdo ir minėto pluošto profilio vertikaliosios ir horizontaliosios koordinačių sukeitimą vietomis bei užtikrina nekintančią šviesos pluošto tiesinę poliarizaciją.

Description

Išradimas priklauso lazerių sričiai, būtent, parametriniams šviesos generatoriams (PŠG), kuriuose panaudojamas vaizdo sukimas pluošto kokybei gerinti, tuo pačiu užtikrinant aukštą poliarizacijos grynumą.
Yra žinomas lazerio rezonatorius, kuriame panaudojamas vaizdą sukantis retroreflektorius ir tiesinę poliarizaciją išsauganti priemonė, apimantis krentančios šviesos pluošto kelyje išdėstytas kelias visiškojo vidaus atspindžio plokštumas bei poliarizacijos rotatorius, pavyzdžiui, Faradėjaus rotatorius, skirtus poliarizacijos valdymui, kad atsispindėjimo metu tiesinė poliarizacija nevirstų elipsine (žiūrėti išradimo aprašymą pagal Europos patentą Nr. 1662623).
Žinomo lazerio rezonatoriaus su vaizdą sukančiu retroreflektoriumi trūkumas yra tas, kad reikalinga papildoma poliarizacijos valdymo operacija, o dėl to rezonatoriuje naudojami poliarizacijos rotatoriai, kurie pasižymi didele dispersija (poliarizacijos posūkio kampas priklauso nuo spinduliuotės bangos ilgio). Taigi tokio tipo retroreflektoriai tiesinę poliarizaciją išlaiko tik siaurame bangos ilgių diapazone. Be to, Faradėjaus rotatorius turi tam tikras sugerties juostas UV ir regimosios šviesos diapazone. Dėl šių priežasčių minėtas retroreflektorius nelabai tinka naudoti parametriniuose šviesos generatoriuose.
Artimiausias pagal techninę esmę yra parametrinis šviesos generatorius, apimantis rezonatorių su dviem galiniais veidrodžiais ir tarp jų išdėstytais netiesiniu kristalu, bent viena λ/2 bangų plokštele, kaupinimo bangos įvedimo į rezonatorių priemonę bei signalinės ir šalutinės bangos išvedimo iš rezonatoriaus priemonę, kuriame minėto optinio rezonatoriaus galiniai veidrodžiai yra tarpusavyje pasuktos Pono prizmės, kurios kiekvieno pilno rezonatoriaus apėjimo metu pasuka pluošto vaizdą 90° kampu, o pluošto poliarizacija valdoma λ/2 bangų plokštele tam, kad vaizdo pasukimo metu tiesinė poliarizacija nevirstų elipsine ir kad nepakistų jos orientacija (žiūrėti išradimo aprašymą pagal JAV patentąNr. 6647033).
Šio parametrinio šviesos generatoriaus trūkumas yra siauras bangos ilgių diapazonas, kuriame gali būti pagerinta pluošto kokybė, tuo pačiu užtikrinant tiesinę nekintančios orientacijos poliarizaciją. Bangų plokštele neįmanoma pasiekti vienodo poliarizacijos sukimo plačiame spektriniame diapazone, todėl minėtas PŠG rezonatorius neužtikrina grynos poliarizacijos spinduliuotės visoje derinimo srityje. Be to, šis generatorius negarantuoja grynos poliarizacijos šalutinei bangai, nebent jos bangos ilgis būtų artimas signalinės bangos ilgiui.
Išradimu siekiama pagerinti parametrinio šviesos generatoriaus pluošto kokybę (simetrizuoti pluošto skėstį ir homogenizuoti intensyvumo pasiskirstymą), užtikrinant nekintančią tiesinę poliarizaciją plačiame spektriniame diapazone.
Išradimo esmė yra ta, kad siūlomame parametriniame šviesos generatoriuje, turinčiame optinį rezonatorių su dviem galiniais veidrodžiais ir tarp jų išdėstytu netiesiniu kristalu, kaupinimo bangos įvedimo į rezonatorių priemonę bei signalinės ir šalutinės bangos išvedimo iš rezonatoriaus priemones, kuriame optinis rezonatorius kiekvieno pilno apėjimo metu sukeičia šviesos pluošto profilio vertikaliąją ir horizontaliąją koordinates vietomis bei išsaugoja šviesos pluošto tiesinę poliarizaciją rezonatoriaus vienas iš galinių veidrodžių yra daugiafunkcinis retroreflektorius, kuris kartu su šviesos pluošto atspindėjimo atgal funkcija vykdo ir minėto pluošto profilio vertikaliosios ir horizontaliosios koordinačių sukeitimą vietomis bei užtikrina nekintančią šviesos pluošto tiesinę poliarizaciją
Daugiafunkcinio retroreflektoriaus panaudojimas parametrinio šviesos generatoriaus rezonatoriuje pagerina parametrinio šviesos generatoriaus pluošto kokybę - simetrizuojama pluošto skėstis, homogenizuojamas intensyvumo pasiskirstymas, nes užtikrinama nekintanti tiesinė poliarizacija plačiame bangos ilgių diapazone bei aukštas tiesinės poliarizacijos grynumas visoje generatoriaus derinimo srityje. Parametrinės sąveikos metu abi sugeneruotos bangos - tiek signalinė banga, tiek šalutinė banga - pasižymi aukšta pluošto kokybe ir gryna tiesine poliarizacija.
Rezonatoriaus daugiafunkcinis galinis retroreflektorius yra skaidrios medžiagos elementas, turintis ne mažiau kaip keturias visiškojo vidaus atspindžio plokštumas, kurios erdvėje išdėstytos taip, kad krentantis šviesos pluoštas, atsispindėjęs nuo kiekvienos visiškojo vidaus atspindžio plokštumos, kartu su vaizdo apvertimu patiria ir fazės postūmį tarp statmenosios (s) ir lygiagrečiosios (p) poliarizacijos dedamąją o po paskutiniojo atspindžio atgal grįžtančio pluošto profilio vertikalioji ir horizontalioji koordinatės susikeičia vietomis, bei patirtas suminis minėtas fazės postūmis užtikrina tiesinę, sutampančią su pradine, poliarizaciją.
Siūlomame PŠG panaudojama retroreflektoriaus visiškojo vidaus atspindžio savybė, t.y. fazių postūmis tarp j ir p dedamųjų. Retroreflektoriaus viduje tiesinė poliarizacija nėra išsaugoma, tačiau už retroreflektoriaus poliarizacija vėl yra tiesinė ir jos orientacija sutampa su pradine. Šio išradimo retroreflektorius atlieka tą pačią operaciją kurią kartu atlieka du prototipo elementai 45° kampu pasukta Porro prizmė ir 2/2 plokštelė.
Parametrinio šviesos generatoriaus su daugiafunkciniu retroreflektoriumi, turinčiu ne mažiau kaip 4 išdėstytas erdvėje visiškojo vidaus atspindžio plokštumas, privalumas yra tas, kad pluošto vaizdo bei poliarizacijos valdymas priklauso tik nuo skaidrios medžiagos, iš kurios pagamintas retroreflektorius, lūžio rodiklio. Nesunku parinkti tokią skaidrią medžiagą kuri užtikrintų nekintančią tiesinę poliarizaciją plačiame bangos ilgių diapazone. Parinkus medžiagą su maža lūžio rodiklio dispersija, plačiame bangos ilgių diapazone depoliarizaciniai nuostoliai yra maži mažesni, negu galima būtų gauti retroreflektoriaus, sudaryto iš Porro prizmės ir bangų plokštelės kombinacijos. Tokiu būdu panaudojant šį retroreflektorių parametrinio šviesos generatoriaus rezonatoriuje galima pagerinti minėto generatoriaus pluošto kokybę, nesumažinant parametrinės sąveikos efektyvumo ir nesugadinant išėjimo spinduliuotės poliarizacijos grynumo visame minėto generatoriaus derinimo diapazone.
Parametriniame šviesos generatoriuje rezonatoriaus daugiafunkcinį galinį retroreflektorių sudaro dvi stačiosios prizmės, pasuktos viena kitos ir krentančio pluošto tiesinės poliarizacijos vektoriaus atžvilgiu taip, kad krentantis pluoštas, sklisdamas tokia prizmių pora, patiria keturis paminėtus visiškuosius vidaus atspindžius.
Atskirų stačiųjų prizmių gamybos technologija yra nesudėtinga, tokias prizmes gali pagaminti bet kuris optinių elementų gamintojas. Be to, prizmės gali būti pagamintos iš skirtingų skaidrių medžiagų.
Parametriniame šviesos generatoriuje rezonatoriaus daugiafunkcinį galinį retroreflektorių sudaro monolitinis optinis elementas, kuriame krentantis pluoštas patiria ne mažiau kaip keturis paminėtus visiškuosius vidaus atspindžius.
Monolitinį elementą pagaminti yra sunkiau, tačiau jis pasižymi didesniu mechaniniu stabilumu ir mažesniais energiniais nuostoliais.
Parametriniame šviesos generatoriuje rezonatoriaus kitas galinis veidrodis yra plokščiasis veidrodis, kuris derinyje su daugiafunkciniu retroreflektoriumi apverčia šviesos pluošto profilį diagonalės atžvilgiu kiekvieno pilno rezonatoriaus apėjimo metu (t.y. dvi statmenosios pluošto profilio dedamosios yra sukeičiamos vietomis).
Parametriniame šviesos generatoriuje rezonatoriaus kitas galinis veidrodis yra vaizdą apverčianti prizmė, pavyzdžiui, Porro prizmė, kuri derinyje su daugiafunkciniu retroreflektoriumi pasuka šviesos pluošto vaizdą 90° kampu kiekvieno rezonatoriaus apėjimo metu.
Detaliau išradimas paaiškinamas brėžiniais, kuriuose pavaizduota:
Fig. 1 - pasiūlyto parametrinio šviesos generatoriaus optinė schema;
Fig. 2 - schema, iliustruojanti parametrinio šviesos generatoriaus pagal Fig. 1 poveikį pluoštui;
Fig. 3 - parametrinio šviesos generatoriaus kitas variantas;
Fig. 4 - schema, iliustruojanti parametrinio šviesos generatoriaus pagal Fig. 3 poveikį pluoštui;
Fig. 5 - daugiafunkcinio retroreflektoriaus optinė schema su pavaizduota vieno spindulio trajektorija ir pažymėtomis pozicijomis, kuriose stebimi pluošto vaizdo pokyčiai;
Fig. 6 - sklindančio daugiafunkciniu retroreflektoriumi pluošto profilio iliustracijos pažymėtose Fig. 5 pozicijose;
Fig. 7 - daugiafunkcinio retroreflektoriaus optinė schema su pavaizduota vieno spindulio trajektorija ir pažymėtomis pozicijomis, kuriose stebimi pluošto poliarizacijos pokyčiai;
Fig. 8 - sklindančio daugiafunkciniu retroreflektoriumi pluošto poliarizacijos iliustracijos pažymėtose Fig. 7 pozicijose;
Fig. 9 - koordinačių sistemų tarpusavio orientacija ir poliarizacijos dedamųjų amplitudžių sąryšiai;
Fig. 10 - pasiūlyto retroreflektoriaus kampo Θ priklausomybė nuo lūžio rodiklio;
Fig. 11 - depoliarizacinių nuostolių priklausomybė nuo spinduliuotės bangos ilgio rezonatoriuje su šio išradimo daugiafunkciniu retroreflektoriumi;
Siūlomas parametrinis šviesos generatorius pavaizduotas Fig. 1 turi rezonatorių, apimantį du galinius veidrodžius, iš kurių pirmasis yra plokščiasis veidrodis (1), o antrasis - daugiafunkcinis retroreflektorius (2), ir tarp jų išdėstytą netiesinį kristalą (3). Parametrinis šviesos generatorius taip pat turi kaupinimo bangos įvedimo į rezonatorių priemonę bei signalinės ir šalutinės bangos išvedimo iš rezonatoriaus priemones (brėžinyje neparodytos).
Kai pirmasis galinis veidrodis yra plokščiasis veidrodis (1), jis ir gali būti kaupinimo bangos įvedimo ir signalinės bei šalutinės bangos išvedimo priemone (plokščiasis veidrodis padengiamas interferencinėmis dangomis, kad jis taptų visiškai pralaidus kaupinimo bangai ir dalinai pralaidus signalinei bei šalutinei bangai). Kuomet visos trys bangos sklinda tuo pačiu optiniu keliu (4, 5), netiesiniame kristale (3) vyksta kolineari parametrinė sąveika.
Daugiafunkcinis retroreflektorius (2) yra sudarytas iš dviejų visiškojo vidaus atspindžio prizmių (6, 7), pavyzdžiui, stačiųjų prizmių. Prizmė (6) orientuota taip, kad į ją krentantis rezonansinės bangos (dažniausiai, signalinės bangos) pluoštas (4), atsispindėjęs nuo jos plokštumos b, pakeistų sklidimo kryptį 90 laipsnių kampu ir būtų nukreiptas į antrąją prizmę (7), t.y. atspindžio plokštuma b su krentančio pluošto kryptimi (4) sudaro 45 laipsnių kampą. Prizmė (7) orientuota taip, kad į ją krentantis rezonansinės bangos pluoštas (5), atsispindėjęs nuo jos plokštumų e ir f, pakeistų sklidimo kryptį 180 laipsnių kampu, t.y. atspindžio plokštumos e ir f su krentančio pluošto kryptimi (5) sudaro 45 laipsnių kampą (taip orientuota stačioji prizmė vadinama Porro prizme). Kitos prizmių plokštumos a, c, d, kurias pluoštas kerta statmenai, niekaip nepaveikia nei pluošto sklidimo krypties, nei vaizdo, nei poliarizacijos, todėl toliau nebus nagrinėjamos.
Prizmės (6) ir (7) yra pasuktos azimutiniais kampais Θ ir φ apie pluošto sklidimo kryptį (4, 5). Θ yra kampas tarp krentančio pluošto poliarizacijos vektoriaus ir pirmosios prizmės (6) p ašies, o φ - kampas tarp abiejų retroreflektoriaus prizmių p ašių. Kampas Θ laikomas teigiamu, jei, žiūrint iš taško (8), pirmoji retroreflektoriaus prizmė (6) yra pasukta pagal laikrodžio rodyklę; kampas φ laikomas teigiamu, jei, žiūrint iš taško (9), antroji retroreflektoriaus prizmė (7) yra pasukta pagal laikrodžio rodyklę. Fig. 1 kampas Θ yra teigiamas, o kampas φ - neigiamas. Konkrečios kampų Θ ir φ reikšmės priklauso nuo prizmių lūžio rodiklio.
Išradimas nėra apribotas reflektoriaus (2) išpildymu tik pagal Fig. 1. Bendruoju atveju pirmoji prizmė nebūtinai turi būti stačioji. Tuomet pluošto sklidimo kryptys (4) ir (5) tarpusavyje sudarys kampą 2a, kur a - kritimo į plokštumą b kampas. Plokštumos a ir c vis tiek bus statmenos pluošto sklidimo krypčiai. Be to, retroreflektorius (2) gali būti ne dviejų prizmių kombinacija, o monolitinis elementas. Tokiu atveju pagerinamas mechaninis stabilumas bei sumažinami nuostoliai dėl atspindžių ant paviršių c ir d.
Fig. 2 pateikta iliustracija kaip paveikiamas pluošto vaizdas ir poliarizacija vieno pilno PŠG pagal Fig. 1 rezonatoriaus apėjimo metu. Tarkime, rezonatoriaus apėjimas prasideda iškart už netiesinio kristalo (3). Vieną rezonatoriaus apėjimą sudaro šios atkarpos:
(10) - pluošto kelias nuo netiesinio kristalo (3) iki šio išradimo retroreflektoriaus (2), (11) - nuo šio išradimo retroreflektoriaus (2) atgal iki netiesinio kristalo (3), (12) - nuo netiesinio kristalo (3) iki plokščiojo veidrodžio (1), (13) - nuo plokščiojo veidrodžio (1) atgal iki netiesinio kristalo (3).
PŠG netiesinis kristalas generuoja asimetrinio profilio signalinės bangos pluoštą. Tarkime, pluošto sklidimo krypčiai statmenoje plokštumoje g jo profilis yra ovalinis, t.y dviejose statmenose koordinatėse vienodą intensyvumą atitinkantys taškai M ir N yra nevienodai nutolę nuo pluošto centro C. Krentančio į retroreflektorių pluošto (10) poliarizacija yra tiesinė, o poliarizacijos vektorius yra nukreiptas X ašies kryptimi ir sutampa su ilgąja pluošto profilio ašimi NN'. Atspindėto atgal pluošto (11) profilio ilgoji (NN') ir trumpoji (MM') ašys yra susikeitusios vietomis, tuo tarpu tiesinės poliarizacijos vektoriaus orientacija išlieka nepakitusi. Grįžtančio pluošto (11) poliarizacijos vektorius yra nukreiptas -X kryptimi, o tai reiškia, kad šio išradimo retroreflektorius (2) pastumia fazę per π. Antrąkart praėjus netiesinį kristalą (3) (tariame, kad parametrinis stiprinimas vyksta pluoštui keliaujant ir į kairę, ir į dešinę), pluoštas (12) yra dviejų signalinės bangos pluoštų suma - grįžtančio atgal nuo retroreflektoriaus (2) ir naujai sugeneruoto, - kurių profilių ilgosios ašys yra statmenos tarpusavyje. Rezultatinis pluošto profilis (pluošto sklidimo krypčiai statmenoje plokštumoje h) pasižymi didesne simetrija: dvi statmenos pluošto profilio ašys KK' ir LL' yra maždaug vienodo ilgio. Pluošto poliarizacijos vektoriaus orientacija išlieka nepakitusi. Atspindžio nuo plokščiojo veidrodžio (1) metu nei pluošto vaizdas, nei poliarizacija nėra paveikiami. Taigi PŠG rezonatoriaus apėjimo pabaigoje pluoštas (13) pasižymi aukštesne kokybe nei pluoštas (10) rezonatoriaus apėjimo pradžioje. Po daugelio rezonatoriaus apėjimų PŠG pluoštas pasižymi apskritimine simetrija bei aukštu poliarizacijos grynumu.
Fig. 3 pavaizduotas kitas PŠG variantas, kuriame pirmasis rezonatoriaus galinis veidrodis yra Porro prizmė (14). Šiuo atveju sunkiau realizuoti kaupinimo bangos įvedimą ir signalinės bei šalutinės bangos išvedimą iš rezonatoriaus, reikės papildomų optinių elementų (brėžinyje neparodyti). Kai PŠG rezonatoriaus kitas galinis veidrodis yra Porro prizmė (14), t.y. vaizdą apverčianti prizmė, ji derinyje su šio išradimo retroreflektoriumi (2) vieno pilno rezonatoriaus apėjimo metu pasuka šviesos pluošto vaizdą 90° kampu (žiūr. Fig.4). Kai PŠG netiesinis kristalas generuoja ovalinį pluoštą, t.y. pasižymintį simetrija vienos ašies, pavyzdžiui, vertikalės atžvilgiu, tuomet nesvarbu, ar kiekvieno pilno rezonatoriaus apėjimo metu pluošto profilio vertikalioji ir horizontalioji koordinatės yra tik sukeičiamos vietomis (kaip Fig. 2), ar pluošto vaizdas pasukamas 90 laipsnių kampu (kaip Fig. 4). Jei netiesinis kristalas generuoja pluoštą nepasižymintį ašine simetrija, tuomet PŠG rezonatorius konstrukcija pagal Fig. 3 yra prioritetinė.
Siūlomame PŠG panaudojama daugiafunkcinio retroreflektoriaus (2) visiškojo vidaus atspindžio savybė. Siūlomo retroreflektoriaus veikimo principas pagrįstas krentančio pluošto vaizdo ir poliarizacijos patirtais pakitimais jam atsispindint nuo visiškojo vidaus atspindžio plokštumų. Fig. 1 ir Fig. 3 pluoštas pavaizduotas kaip vienas spindulys, sklindantis (4) ir (5) kryptimis. Kadangi pluoštas pasižymi tam tikrais skersiniais matmenimis, jį galima įsivaizduoti, kaip spindulių visumą. Skirtingas koordinates pluošto profilyje atitinkantys spinduliai nubrėš skirtingas trajektorijas.
Fig. 5 pavaizduota, kaip atrodo vieno spindulio, neinančio per pluošto centrą (16), trajektorija vieno lėkio per retroreflektorių metu. Trajektoriją sudaro atkarpos tarp pradinio taško (17) stebėjimo (referencinėje) ploštumoje g, atspindžio taškų (18, 19, 20, 21) ant retroreflektoriaus plokštumų b, e, f ir galinio taško (22) stebėjimo plokštumoje g. Joje yra pažymėtos pozicijos C1C8, kuriose stebėsime pluošto vaizdo pokyčius: Cl, C2 - prieš retroreflektorių, t.y. prieš pirmąjį atspindį, C3, C4 - po pirmojo atspindžio, C5,G6 - po antrojo ir trečiojo atspindžių, C7, C8 - po ketvirtojo atspindžio, t.y. už retroreflektoriaus. Pozicijose Cl, C2, C7, C8 pluošto vaizdas stebimas iš taško (8), pozicijose C3-C6 - iš taško (9). Fig. 5 taip pat pažymėtos dvi svarbios linijos: pirmosios retroreflektoriaus prizmės (6) b plokštumos vidurio linija (23) ir antrosios retroreflektoriaus prizmės (7) viršūnė (24). Yra gerai žinoma, kad stačioji prizmė atlieka vaizdo apvertimo operaciją atspindžio plokštumos vidurio linijos atžvilgiu, o Porro prizmė atlieka vaizdo apvertimo operaciją viršūnės atžvilgiu.
Stebėkime, kaip vartomas asimetrinis pluošto vaizdas ir kaip kinta referencinių pluošto profilio taškų M ir N skersinės koordinatės, pluoštui sklindant šio išradimo retroreflektoriumi. Tarkime pradinėje stebėjimo pozicijoje (Fig. 6 Cl) - stebėjimo plokštumoje g prieš retroreflektorių pluošto profilio trumpoji ašis yra horizontali, o ilgoji ašis - vertikali. Taškas M yra nutolęs nuo pluošto centro C horizontalia kiyptimi į dešinę (Fig. 5 atitinka tašką (17)), t.y. guli pluošto profilio trumpojoje ašyje; taškas N yra nutolęs nuo pluošto centro C vertikalia kryptimi į apačią t.y. guli pluošto profilio ilgojoje ašyje. Pirmosios retroreflektoriaus prizinės (6) koordinačių sistemoje (pozicija C2) pluošto profilio trumpoji ašis yra pasukta -Θ kampu vidurio linijos (23) atžvilgiu. Po vaizdo apvertimo pirmojo atspindžio metu (pozicija C3) pluošto profilio trumpoji ašis yra pasukta +0 kampu linijos (23) atžvilgiu. Pozicijoje C4 pereinama prie koordinačių sistemos, susietos su antrąja prizme (7): antrosios prizmės viršūnė (24) yra pasukta kampu ψ pirmosios prizmės vidurio linijos (23) atžvilgiu, o pluošto profilio trumpoji ašis sudaro +45 laipsnių kampą su antrosios prizmės viršūne (24). Po vaizdo apvertimo antrojo ir trečiojo atspindžių metu (pozicija C5) pluošto profilio trumpoji ašis sudaro -45 laipsnių kampą su antrosios prizmės viršūne (24). Pozicijoje C6 grįžtama prie koordinačių sistemos, susietos su pirmąja prizme (6): pluošto profilio trumpoji ašis tampa pasukta -(9O°-0) kampu pirmosios prizmės vidurio linijos (23) atžvilgiu. Po vaizdo apvertimo ketvirtojo atspindžio metu (pozicija C7) pluošto profilio trumpoji ašis yra pasukta +(90°-<9) kampu vidurio linijos (23) atžvilgiu. Pozicijoje C8 matome pluošto vaizdą laboratorinėje koordinačių sistemoje, t.y. referencinėje plokštumoje g, kuri yra susieta su PŠG netiesiniu kristalu: pluošto profilio trumpoji ašis yra vertikali, o ilgoji ašis - horizontali; taškas M atsiduria pluošto profilio apačioje (Fig. 5 atitinka tašką (22)), o taškas N - pluošto profilio dešinėje. Atstumai nuo pluošto centro nepakinta. Palyginus pozicijas Cl ir C8, galime pasakyti, kad šio išradimo retroreflektorius sukeičia vertikaliąją šviesos pluošto profilio koordinatę su horizontaliąja, ir atvirkščiai. Taigi vaizdo prasme šio išradimo retroreflektorius atlieka tą pačią operaciją, kurią atlieka prototipo 45° kampu pasukta Porro prizmė. Fig. 5 ir Fig.6 pavaizduotas retroreflektorius, kai 0 = +26°, o ^ = -19°. Bendruoju atveju toks 4-atspindžių retroreflektorius sukeičia į jį krentančio šviesos pluošto profilio vertikaliąją ir horizontaliąją koordinates vietomis, jei tik tenkinama sąlyga: θ-φ - ± 45°; ± 135°; ± 225°;... (sąlyga nr. (1))
Fig.7 pavaizduota to paties spindulio trajektorija (17-22), pluoštui sklindant šio išradimo retroreflektoriumi pagal Fig.1, Fig.3 arba Fig.5, ir pažymėtos pozicijos D1-D9, kuriose stebėsime pluošto poliarizacijos pokyčius. Taip pat nupieštos koordinačių sistemos, kuriose bus stebima poliarizacija: XYZj ir -ΧΥΖ5 yra laboratorinės koordinačių sistemos, PiSjZi , Pi Si-Zj , P3S3Z4 bei P3'S3'Zs - koordinačių sistemos, susietos su pirmąja retroreflektoriaus prizme (6), o P2S2Z2, P2'S2'Z3 bei P2”S2Z4 - susietos su antrąja retroreflektoriaus prizme (7).
Fig. 8 pavaizduota, kaip kinta pluošto poliarizacija pluoštui keliaujant per šio išradimo retroreflektorių. Iliustracijos vaizduoja pluošto poliarizaciją: Dl, D2 - prieš retroreflektorių, D3, D4 - po pirmojo atspindžio, D5 - po antrojo atspindžio, D6, D7 - po trečiojo atspindžio, D8, D9 - po ketvirtojo atspindžio, t.y. už retroreflektoriaus. Pozicijose Dl ir D9 poliarizacijos vektorius pavaizduotas koordinačių sistemose, susietose su referencine plokštuma g, t.y laboratorinėse koordinačių sistemose, susietose su netiesiniu kristalu. Pozicijose D2-D8 poliarizacijos vektorius arba elipsė pavaizduoti lokaliose koordinačių sistemose, susietose su retroreflektoriaus atspindžio plokštumomis. Visąlaik yra žiūrima į pluošto sklidimo kryptį.
Plokštumoje g krentančio šviesos pluošto poliarizacija yra tiesinė, o jos vektorius E\ yra nukreiptas X ašies kryptimi (pozicija Dl). Kadangi pirmoji retroreflektoriaus prizmė (6) yra pasukta laboratorinės koordinačių sistemos atžvilgiu, vektorius E\ su prizmės (6) p ašimi (Pi) sudaro kampą Θ (pozicija D2). Dėl visiškojo vidaus atspindžio 5 ir p poliarizacijos dedamosios patiria nevienodą fazės postūmį, tad po pirmojo atspindžio (pozicija D3), poliarizacija pavirsta elipsine. Poliarizacijos elipsės E2 didžioji ir mažoji ašys sudaro tam tikrą kampą su Pi ir S, ašimis. Antrosios prizmės (7) koordinačių sistemoje poliarizacijos elipsės E2 ašys sudaro kitokį kampą su P2 ir S2 ašimis, dėl to 5 ir p dedamosios antrojo atspindžio metu nesutaps su 5 ir p dedamosiomis pirmojo atspindžio metu. Po antrojo atspindžio (pozicija D5) dėl patiriamo naujo fazių postūmio, pakinta poliarizacijos elipsės ašių dydis ir orientacija. 4-atspindžių retroreflektoriuje (pavaizduotame Fig. 1, Fig. 3, Fig. 5 ir Fig. 7) po antrojo atspindžio elipsės £3 ašys sutampa su P2’ ir S2' ašimis, o tai reiškia, kad tarp 5 ir p poliarizacijos dedamųjų yra susidaręs Δ^ = π/2 fazių skirtumas. Antrojo ir trečiojo atspindžių metu s ir p dedamosios sutampa, todėl trečiasis atspindys įneša tik papildomą fazių postūmį: pozicijoje C6 poliarizacijos elipsė £4 pasisuka nauju kampu antrosios prizmės (7) ašių atžvilgiu - tokiu pačiu kampu kaip pozicijoje C4, tik simetriškai į priešingą pusę; £4 elipsės matmenys sutampa su £2 elipsės matmenimis. Pirmosios prizmės (6) koordinačių sistemoje prieš ketvirtąjį atspindį (pozicija C7) poliarizacijos elipsė £4 yra pasukta nauju kampu - tokiu pačiu kampu kaip pozicijoje C3, tik simetriškai į priešingą pusę. s ir p dedamosios ketvirtojo atspindžio metu nesutampa su i ir p dedamosiomis antrojo ir trečiojo atspindžio metu, tačiau sutampa su s ir p dedamosiomis pirmojo atspindžio metu. Pozicijoje D8 dėl fazių postūmio ketvirtojo atspindžio metu, poliarizacija vėl pavirsta tiesine. Pluošto, praėjusio šio išradimo retroreflektorių, poliarizacijos vektorius £5 su Pi· ašimi sudaro kampą Θ, bet yra pasuktas į priešingą pusę nei vektorius £| ašies Pi atžvilgiu; tai reiškia, kad po keturių atspindžių tarp 5 ir p poliarizacijos dedamųjų yra susidaręs Δφ = π fazių skirtumas. Po perėjimo į laboratorinę koordinačių sistemą (pozicija D9), matome, kad poliarizacijos vektorius £5 yra nukreiptas -X kryptimi. Vadinasi, vektorius £5 yra antilygiagretus pradiniam vektoriui £1, t. y. jų fazės skiriasi per π. Nors retroreflektoriaus viduje tiesinė poliarizacija nėra išsaugoma, bet už retroreflektoriaus poliarizacija vėl yra tiesinė ir jos orientacija sutampa su pradine, skiriasi tik fazė. Taigi poliarizacijos prasme šio išradimo retroreflektorius atlieka tą pačią operaciją, kurią kartu atlieka du prototipo elementai - 45u kampu pasukta Porro prizmė ir λ/2 plokštelė.
Fig. 7 ir Fig. 8 iliustracijose pavaizduotas atvejis, kai θ = +26°, o φ = -19°. Toks kampų rinkinys yra paskaičiuotas retroreflektoriui, kurio lūžio rodiklis n = 1,455 (pvz., lydytas kvarcas ties 7l0nm). Tai pačiai lūžio rodiklio vertei tinka ir kitas kampų rinkinys: 0 = -26°, o ^ = +19°, pasikeis tik poliarizacijos elipsės ašių orientacija ir poliarizacijos vektoriaus sukimosi kryptis. Kai Θ teigiamas, poliarizacija yra dešininė, kai Θ neigiamas - kairinė (lėkio per retroreflektorių metu poliarizacijos vektoriaus sukimosi kryptis nebekinta).
Kiekvienai lūžio rodiklio vertei (tam tikrose ribose - 1,41 .. 1,554) egzistuoja keletas {(9; φ} sprendinių rinkinių, su kuriais įmanoma tenkinti sąlygą vaizdui (kad susikeistų vertikalioji ir horizontalioji koordinatės vietomis) ir sąlygą poliarizacijai (tiesinė poliarizacijos orientacija nepakistų). Kampo Θ sprendinių spektras yra pavaizduotas Fig. 10. Modulio ženklas reiškia, kad prizmė gali būti sukama tiek pagal laikrodžio rodyklę, tiek ir prieš laikrodžio rodyklę, φ kampas surandamas iš:
θ-φ = +45°; -135°; + 225°;..., kai 0 > 0; θ-φ = -45°; +135°;-225°;..., kai 0<O. V
Pastaba: (2) sąlyga yra siauresė už (1) sąlygą. Kaip matome, gana plačiose lūžio rodiklio ribose galima pasiekti šio išradimo tikslus.
Kaip jau aptarta, ties vienu fiksuotu lūžio rodikliu šio išradimo retroreflektorius leidžia išlaikyti nekintančią tiesinę poliarizaciją nepaisant to, kad pluošto profilio dvi statmenosios koordinatės yra sukeičiamos vietomis. Derinamo dažnio spinduliuotės šaltiniuose reikia, kad nekintanti tiesinė poliarizacija būtų užtikrinama plačiame bangos ilgių diapazone.
Viena galimybė tai pasiekti yra tokia: prie skirtingų bangos ilgių pakeisti prizmių posūkio kampus, kas yra nepatogu, be to, gali sugadinti lazerio stabilumą.
Kita galimybė - optimizuoti retroreflektoriaus geometriją vienam centriniam bangos ilgiui ir nebekeisti jos. Gretimiems bangos ilgiams retroreflektorius „idealiai nebeveiks“, t.y. tiesinė poliarizacija nebus užtikrinta, atsiras tam tikra skersinė dedamoji, lemianti elipsinę poliarizaciją. Kalbant apie tokio retroreflektoriaus poveikį tiesinės poliarizacijos pluoštui, kai retroreflektorius yra laisvoje erdvėje (kalbama apie retroreflektorių kaip apie atskirą optinį elementą), galima sakyti, kad pabloginamas pluošto poliarizacijos grynumas. Kalbant apie tokio retroreflektoriaus poveikį tiesinės poliarizacijos pluoštui, kai retroreflektorius yra panaudotas rezonatoriuje, galima sakyti, kad įnešami depoliarizaciniai nuostoliai rezonuojančiai bangai, nes stiprinimas aktyvioje terpėje (paprasto lazerio atveju) ar netiesiniame kristale (parametrinio šviesos generatoriaus atveju) yra jautrus poliarizacijai. Bendru atveju terminu „depoliarizaciniai nuostoliai“ galima pavadinti dviejų statmenų poliarizacijos dedamųjų intensyvumų santykį: |Eh|2/|Ev|2· 100%.
Parinkus medžiagą su maža lūžio rodiklio dispersija, plačiame bangos ilgių diapazone depoliarizaciniai nuostoliai yra maži - mažesni, negu galima būtų gauti retroreflektoriaus, sudaryto iš Porro prizmės ir bangų plokštelės kombinacijos, pagalba. Depoliarizaciniai nuostoliai kaip funkcija nuo spinduliuotės bangos ilgio yra parodyti Fig. 11. Tai yra tik pavyzdinė kreivė, iliustruojanti, kad retroreflektorius, pagamintas iš lydyto kvarco ir optimizuotas 710nm bangos ilgio spinduliuotei (|#| = 26°, Įęoj = 19°), užtikrina depoliarizacinius nuostolius ne didesnius kaip 1,5% bangos ilgių diapazone nuo 400nm iki 2300nm (BBO netiesinio kristalo parametrinės generacijos sritis). Geresnis kaip 100:1 poliarizacijos grynumas užtikrinamas iki 2100 nanometrų. Keičiant retroreflektoriaus geometriją mažų nuostolių diapazonas yra nesunkiai valdomas.
Parametrinės sąveikos metu abi sugeneruotos bangos - tiek signalinė banga, tiek ir šalutinė banga - pasižymės aukšta pluošto kokybe ir gryna tiesine poliarizacija.
Kai netiesinis kristalas yra II tipo, signalinė ir šalutinė bangos yra statmenų poliarizacijų (pavyzdžiui, signalinė - vertikalios, šalutinė - horizontalios poliarizacijos). Kadangi pluošto kokybės gerinimo metu, t.y. vaizdo sukiojimo metu, abiejų bangų poliarizacijos nėra sugadinamos ir išlieka tarpusavyje statmenos, signalinės ir šalutinės bangų atskyrimui gali būti naudojamas poliarizatorius. Tai ypač aktualu kolinearios parametrinės sąveikos atveju, nes signalinė ir šalutinė bangos sklinda tuo pačiu optiniu keliu. Kai bangos ilgiai labai skiriasi, tai alternatyviai galima naudoti ir poliarizatorių, ir spektro daliklį minėtų bangų atskyrimui. Kai dirbama arti išsigimusio režimo, t.y. signalinės ir šalutinės bangų ilgiai artimi, pavyzdžiui, 709nm ir 711nm, tai poliarizatoriaus panaudojimas minėtų bangų atskyrimui yra tiesiog būtinybė. Poliarizatorius gali atskirti net ir labai artimo bangos ilgio spinduliuotę, ko negali žinomi spektriniai dalikliai, - svarbiausia, kad skirtingų spektrinių komponenčių poliarizacija būtų statmena. Taigi šio išradimo parametrinis šviesos generatorius su daugiafunkciniu retroreflektoriumi leidžia panaudoti poliarizatorių signalinės ir šalutinės bangų atskyrimui be trūkio derinimo kreivėje (net ir arti išsigimusio režimo).
Visos pateiktos iliustracijos yra tik keli šio išradimo realizacijos pavyzdžiai. Kiti parametrinio šviesos generatoriaus su kitomis daugiafunkcinių retroreflektorių konfigūracijomis variantai, kurie nenukrypsta nuo šio išradimo esmės bei apimties,yra saugomi šiuo išradimu.

Claims (7)

  1. IŠRADIMO APIBRĖŽTIS
    1. Parametrinis šviesos generatorius, turintis optinį rezonatorių su dviem galiniais veidrodžiais ir tarp jų išdėstytu netiesiniu kristalu, kaupinimo bangos įvedimo į rezonatorių priemonę bei signalinės ir šalutinės bangos išvedimo iš rezonatoriaus priemones, kuriame optinis rezonatorius kiekvieno pilno šviesos pluošto apėjimo metu sukeičia pluošto profilio vertikaliąją ir horizontaliąją koordinates vietomis bei išsaugoja šviesos pluošto tiesinę poliarizaciją, besiskiriantis tuo, kad rezonatoriaus vienas iš galinių veidrodžių yra daugiafunkcinis retroreflektorius, kuris kartu su šviesos pluošto atspindėjimo atgal funkcija vykdo ir minėto pluošto profilio vertikaliosios ir horizontaliosios koordinačių sukeitimą vietomis bei užtikrina nekintančią šviesos pluošto tiesinę poliarizaciją.
  2. 2. Parametrinis šviesos generatorius pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad rezonatoriaus daugiafunkcinis galinis retroreflektorius yra skaidrios medžiagos elementas, turintis ne mažiau kaip keturias visiškojo vidaus atspindžio plokštumas, kurios erdvėje išdėstytos taip, kad krentantis šviesos pluoštas, atsispindėjęs nuo kiekvienos visiškojo vidaus atspindžio plokštumos, kartu su vaizdo apvertimu patiria ir fazės postūmį tarp statmenosios (s) ir lygiagrečiosios (p) poliarizacijos dedamųjų, o po paskutiniojo atspindžio atgal grįžtančio pluošto profilio vertikalioji ir horizontalioji koordinatės susikeičia vietomis bei patirtas suminis minėtas fazės postūmis užtikrina tiesinę, sutampančią su pradine, poliarizaciją.
  3. 3. Parametrinis šviesos generatorius pagal 2 punktą, besiskiriantis tuo, kad rezonatoriaus daugiafunkcinį galinį retroreflektorių sudaro dvi stačiosios prizmės, pasuktos viena kitos ir krentančio pluošto tiesinės poliarizacijos vektoriaus atžvilgiu taip, kad krentantis pluoštas, sklisdamas tokia prizmių pora, patiria keturis paminėtus visiškuosius vidaus atspindžius.
  4. 4. Parametrinis šviesos generatorius pagal 2 punktą, besiskiriantis tuo, kad rezonatoriaus daugiafunkcinį galinį retroreflektorių sudaro monolitinis optinis elementas, kuriame krentantis pluoštas patiria ne mažiau kaip keturis paminėtus visiškuosius vidaus atspindžius.
  5. 5. Parametrinis šviesos generatorius pagal bet kurį iš 1-4 punktų, besiskiriantis tuo, kad rezonatoriaus kitas galinis veidrodis yra plokščiasis veidrodis.
  6. 6. Parametrinis šviesos generatorius pagal bet kurį iš 1 - 4 punktų, besiskiriantis tuo, kad rezonatoriaus kitas galinis veidrodis yra vaizdą apverčianti prizmė.
  7. 7 Parametrinis šviesos generatorius pagal 6 punktą besiskiriantis tuo, kad vaizdą apverčianti prizmė yra Porro prizmė, kuri derinyje su daugiafunkciniu retroreflektoriumi pasuka šviesos pluošto vaizdą 90° kampu kiekvieno rezonatoriaus pilno apėjimo metu.
    1/7
LT2007085A 2007-12-29 2007-12-29 Parametrinis šviesos generatorius LT5597B (lt)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2007085A LT5597B (lt) 2007-12-29 2007-12-29 Parametrinis šviesos generatorius
EP20080172972 EP2075629B1 (en) 2007-12-29 2008-12-29 Optical parametric generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2007085A LT5597B (lt) 2007-12-29 2007-12-29 Parametrinis šviesos generatorius

Publications (2)

Publication Number Publication Date
LT2007085A LT2007085A (lt) 2009-07-27
LT5597B true LT5597B (lt) 2009-09-25

Family

ID=40565214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LT2007085A LT5597B (lt) 2007-12-29 2007-12-29 Parametrinis šviesos generatorius

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP2075629B1 (lt)
LT (1) LT5597B (lt)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10274310B2 (en) * 2016-12-22 2019-04-30 The Boeing Company Surface sensing systems and methods for imaging a scanned surface of a sample via sum-frequency vibrational spectroscopy

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6647033B1 (en) 2001-04-30 2003-11-11 Sandia Corporation Optical parametric osicllators with improved beam quality
EP1662623A1 (en) 2004-11-30 2006-05-31 National Institute of Information and Communications Technology Incorporated Administrative Agency Laser oscillator incorporating transverse mode rotation in the laser resonator

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6647033B1 (en) 2001-04-30 2003-11-11 Sandia Corporation Optical parametric osicllators with improved beam quality
EP1662623A1 (en) 2004-11-30 2006-05-31 National Institute of Information and Communications Technology Incorporated Administrative Agency Laser oscillator incorporating transverse mode rotation in the laser resonator

Also Published As

Publication number Publication date
EP2075629A1 (en) 2009-07-01
EP2075629B1 (en) 2013-05-22
LT2007085A (lt) 2009-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7289548B2 (en) Laser oscillator incorporating transverse mode rotation in the laser resonator
JPH05506960A (ja) 複屈折を有する一方向プレーナリングレーザ
JP2007012981A (ja) 光学素子の内部全反射面に高反射コーティングを施したレーザ装置
US4292602A (en) Laser resonator
US8780947B2 (en) Mirror arrangement for guiding a laser beam in a laser system and beam guiding method for a laser beam
WO2018092813A1 (ja) レーザ共振器、及びレーザ共振器の設計方法
LT5597B (lt) Parametrinis šviesos generatorius
US7248397B1 (en) Wavelength-doubling optical parametric oscillator
JPH06102545A (ja) 波長変換装置
US20020104971A1 (en) Laser beam-generating apparatus
JPS6016115B2 (ja) 複屈折結合式レ−ザ
GB1192414A (en) Ring Laser
CN108736302B (zh) 一种基于双折射晶体的离轴八程激光放大装置及设计方法
LT5596B (lt) Šviesos pluošto atgalinio atspindėjimo būdas ir retroreflektorius būdui realizuoti
JP3472471B2 (ja) 偏光保持自己補償反射装置とレーザ共振器及びレーザ増幅器
JP4676280B2 (ja) 光生成装置および該装置を備えたテラヘルツ光生成装置
US20060159136A1 (en) Beam combiner
JPH07162065A (ja) レーザ装置
US20240146013A1 (en) Method and arrangement for increasing the beam quality and stability of an optical resonator
US20080080571A1 (en) Intracavity frequency-doubling laser device
US20160334691A1 (en) Non-planer, image rotating optical parametric oscillator
CN107750342A (zh) 角立方体式反射器
JP4721654B2 (ja) 波長変換レーザ装置
RU2162265C1 (ru) Импульсный твердотельный лазер с преобразованием частоты излучения в высшие гармоники
JP2003179287A (ja) ３軸直交型炭酸ガスレーザ発振器

Legal Events

Date Code Title Description
MM9A Lapsed patents

Effective date: 20131229