RU11630U1

RU11630U1 - DEVICE FOR MODULATION OF QUALITY OF LASER RESONATOR

Info

Publication number: RU11630U1
Application number: RU99102480/20U
Authority: RU
Inventors: С.Е. Парахуда; А.А. Корчагин
Original assignee: Парахуда Сергей Евгеньевич
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 1999-10-16

Abstract

Устройство для модуляции добротности резонатора лазера, содержащее затвор на нарушенном полном внутреннем отражении и отклоняющие элементы, выполненные в виде призм или зеркал, отличающееся тем, что отклоняющие элементы и затвор на нарушенном полном внутреннем отражении расположены по схеме модифицированного интерферометра Саньяка, в котором промежуток между призмами затвора используется в качестве светоделительного элемента.A device for modulating the quality factor of a laser resonator, containing a shutter on a disturbed total internal reflection and deflecting elements made in the form of prisms or mirrors, characterized in that the deflecting elements and a shutter on a disturbed total internal reflection are arranged according to a modified Sagnac interferometer, in which the gap between the prisms The shutter is used as a beam splitter.

Description

УСТРОЙСТВО для МОДУЛЯЦ1Ш ДОБРОТНОСТИ РЕЗОНАТОРАDEVICE FOR MODULATOR OF QUALITY OF RESONATOR

Нолезная модель относится к квантовой электронике и может быть использована для осуществления режима модуляции добротности резонатора в твердотельных лазерах.The useful model refers to quantum electronics and can be used to implement the regime of Q-switching of the cavity in solid-state lasers.

Известен способ модуляции добротности резонатора лазера при помощи устройств на эффекте нарушения полного внутреннего отражения (НПВО) И.И. Нахомов, О.В. Рожков, В.Н. Рождествин «Оптикоэлектронные квантовые приборы : Учеб. пособие для вузов/ Под ред. И.И. Нахомова. - М.: Радио и связь, 1982.-с 258.A known method of modulating the quality factor of a laser resonator using devices based on the effect of violation of total internal reflection (ATR) Nakhomov, O.V. Rozhkov, V.N. Rozhdestven "Optoelectronic quantum devices: Textbook. manual for universities / Ed. I.I. Nakhomov. - M.: Radio and Communications, 1982.-p. 258.

Основным недостатком таких модуляторов являются больщое время переключения добротности резонатора, что приводит к увеличению длительности импульса генерации и падению импульсной мощности излучения, а при определенных условиях - к генерации нескольких импульсов за одно срабатывание модулятора.The main disadvantage of such modulators is the large switching time of the Q factor of the resonator, which leads to an increase in the duration of the generation pulse and a decrease in the pulsed radiation power, and under certain conditions, to the generation of several pulses in one operation of the modulator.

Известна конструкция НПВО - модулятора, в которой для увеличения скорости включения в качестве управл51ющих элементов используется набор пьезоэлектрических пластин, при последовательной подаче на каждую из которых импульсов управляющего напряжения с соответствующей задержкойThere is a known design of an ATR modulator, in which a set of piezoelectric plates is used as control elements to increase the switching on speed, with successive supply of control voltage pulses to each of them with a corresponding delay

ЛАЗЕРАLASER

во времени, происходит формирование короткого фронта акустической волны С.М. Малинин, Л.Л Шапиро и др. «Способ управления модулятором оптического излучения патент RU №2022433, Н01 S3/10 от 30.10.94.in time, the formation of a short front of the acoustic wave S.M. Malinin, L. L. Shapiro et al. “The way to control the optical radiation modulator patent RU No. 2022433, H01 S3 / 10 from 10.30.94.

Другой особенностью такой конструкции модулятора является увеличение угла падения излучения на рабочую поверхность до 80° для повышения скорости переключения.Another feature of this modulator design is to increase the angle of incidence of radiation on the working surface to 80 ° to increase the switching speed.

К недостаткам такого типа модуляторов на эффекте НПВО можно отнести их поляризационную анизотропию, возникающую из-за увеличения угла падения, низкий контраст и относительно небольшой ресурс, что связано с выходом из строя поверхностей гипотенузных граней призм модулятора за счет соударений в процессе работы.The disadvantages of this type of modulators based on the ATR effect include their polarization anisotropy, which arises due to an increase in the angle of incidence, low contrast, and relatively small resource, which is associated with the failure of the surfaces of the hypotenuse faces of the modulator prisms due to collisions during operation.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство для осуш;ествления режима модуляции добротности резонатора лазера А.А. Данилов, Е.В. Жариков и др. «Оптически плотные активные среды. Труды ИОФАН, Т.26, М: «Наука, 1990, с. 128, рис.4., схема которого изображена на Фиг. 1.The closest to the proposed utility model is a device for drying; the regime of modulation of the quality factor of the laser resonator A.A. Danilov, E.V. Zharikov et al. “Optically dense active media. Proceedings of IOFAN, T.26, M: "Science, 1990, p. 128, Fig. 4., A diagram of which is shown in FIG. 1.

Указанное устройство состоит из НПВО-затвора, образованного призмами 1,2с закрепленными на них пьезоэлементами 3, 4, и зеркал 5, 6, 7, имеющих максимальный коэффициент отражения на длине волны генерации, образующих совместно с НПВО - затвором и активным элементом 8 резонатор лазера.The specified device consists of an ATR shutter formed by prisms 1,2 with piezoelectric elements 3, 4 fixed to them and mirrors 5, 6, 7, having a maximum reflection coefficient at the generation wavelength, forming together with the ATR shutter and active element 8 a laser resonator .

Особенностью работы модулятора в данном устройстве является его использование в качестве элемента, выводящего излучение из резонатора.A feature of the modulator in this device is its use as an element that removes radiation from the resonator.

К числу недостатков данной схемы можно отнести малую устойчивость к разъюстировке из-за возникновения в активном элементе термоаберраций первого порядка (теплового клина), приводящих к уменьшению мощности генерации и изменению направления распространения излучения, вывод излучения генерации под углом к оси резонатора, а также неоптимальность условий развития генерации, что приводит к увеличению длительности и уменьшению импульсной мощности излучения.The disadvantages of this scheme include a low resistance to misalignment due to the appearance of first-order thermal aberrations (thermal wedges) in the active element, which lead to a decrease in the generation power and a change in the direction of radiation propagation, output of the generation radiation at an angle to the cavity axis, and also non-optimal conditions development of generation, which leads to an increase in the duration and a decrease in the pulsed radiation power.

Целью полезной модели является создание устройства для модуляции изл5Д1ения, сочетающего в себе простоту управления и малые потери в открытом состоянии, присущие НПВО-модуляторам, одновременно с увеличением скорости включения и приданием резонатору свойства неразъюстируемости.The purpose of the utility model is to create a device for modulating radiation, combining the simplicity of control and small losses in the open state inherent in ATR-modulators, while increasing the turn-on speed and imparting a non-alignment property to the resonator.

Указанная цель достигается тем, тто используется модулирующее устройство, содержащее НПВО-затвор и отклоняющие элементы (выполненные в виде зеркал или призм), отличающееся тем, что НПВО-затвор и отклоняющие элементы образуют кольцевой интерферометр Саньяка, в котором НПВО-затвор является светоделителем.This goal is achieved by the fact that a modulating device is used containing an ATR shutter and deflecting elements (made in the form of mirrors or prisms), characterized in that the ATR shutter and deflecting elements form a Sagnac ring interferometer in which the ATR shutter is a beam splitter.

Предлагаемое устройство лищено характерных для прототипа недостатков, таких как малая устойчивость к разъюстировке из-за возникновения вThe proposed device is deprived of the prototype's disadvantages, such as low resistance to misalignment due to

активном элементе термоаберраций первого порядка, низкая скорость переключения добротности резонатора, небольшой ресурс работы.active element of thermal aberrations of the first order, low switching speed of the Q-factor of the resonator, short service life.

Дополнительным достоинством предлагаемого устройства является возможность его использования для селекции поперечных мод, сглаживания неоднородностей в поперечном распределении интенсивности и уменьшения расходимости генерируемого излучения, благодаря наличию свойств квадратичной аподизирующей диафрагмы и оборачиванию изображения. Эти свойства возникают из-за конструктивных особенностей НПВО-затвора и усиливаются интерференцией.An additional advantage of the proposed device is the possibility of its use for selecting transverse modes, smoothing inhomogeneities in the transverse intensity distribution and reducing the divergence of the generated radiation due to the properties of a quadratic apodizing diaphragm and image wrapping. These properties arise due to the design features of the ATR gate and are enhanced by interference.

Следует отметить такие достоинства предлагаемого устройства, как возможность вывода излучения вдоль оси резонатора лазера, снижение управляюшего напряжения и увеличения ресурса работы затвора (по сравнению с применением НПВО-затворов в других модулирующих устройствах)It should be noted such advantages of the proposed device as the ability to output radiation along the axis of the laser resonator, reducing the control voltage and increasing the shutter life (in comparison with the use of ATR-gates in other modulating devices)

Рассмотрим принцип действия предлагаемого устройства в резонаторе лазера (см. Фиг.2.). Устройство состоит из НПВО-затвора, образованного призмами 1 и 2 с закрепленными на них пъезоэлементами 3, 4, и зеркал 5, 6, 7, имеющих максимальный коэффициент отражения на длине волны генерации под углом падения 45°.Consider the principle of the proposed device in the laser cavity (see Figure 2.). The device consists of an ATR shutter formed by prisms 1 and 2 with piezoelectric elements 3, 4 attached to them and mirrors 5, 6, 7 having a maximum reflection coefficient at the generation wavelength at an incidence angle of 45 °.

В начальный момент времени, когда затвор закрыт (промежуток между призмами 1 и 2 максимален), излучение, пришедшее из резонатора лазера, содержащего кроме модулирующего устройства активный элемент 8 и выходное зеркало 9, испытывает полное внутреннее отражение на грани призмы 1 и направляется на зеркало 7. Далее, последовательно отражаясь зеркалами 6 и 5, излучение направляется в призму 2 ШШО-затвора, где вновь испытывает полное внутреннее отражение и покидает резонатор.At the initial time when the shutter is closed (the gap between prisms 1 and 2 is maximum), the radiation coming from the laser resonator containing, in addition to the modulating device, an active element 8 and an output mirror 9, experiences total internal reflection on the edge of the prism 1 and is directed to the mirror 7 Then, sequentially reflected by mirrors 6 and 5, the radiation is directed to the prism 2 of the SHCO shutter, where it again experiences total internal reflection and leaves the resonator.

При приходе управляющего импульса напряжения пьезоэлементы 3,4 создают упругую волну в призмах НПВО-затвора, приводящую к уменьшению промежутка между ними, нарушению полного внутреннего отражения и росту пропускания затвора. При этом часть излучения будет проходить по интерферометру в направлении зеркал 5,6,7. Эффективный коэффициент отражения модулятора определяется интерференцией двух пучков, обходящих элементы интерферометра в противоположных направлениях. Пусть Rкоэффициент пропускания НПВО-затвора, зависящий от относительной величины промежутка между призмами. Тогда эффективный коэффициент отражения ReiY можно найти какUpon the arrival of a control voltage pulse, the piezoelectric elements 3,4 create an elastic wave in the prisms of the ATR gate, leading to a decrease in the gap between them, a violation of the total internal reflection and an increase in the transmission of the gate. In this case, part of the radiation will pass through the interferometer in the direction of the mirrors 5,6,7. The effective reflection coefficient of the modulator is determined by the interference of two beams bypassing the elements of the interferometer in opposite directions. Let R be the transmittance of the ATR gate, which depends on the relative magnitude of the gap between the prisms. Then the effective reflection coefficient ReiY can be found as

Refi 4R-4R2Refi 4R-4R2

Зависимость эффективного коэффициента отражения предлагаемого модулирующего устройства от относительного расстояния между призмами (кривая 1) представлена на Фиг.З , где для сравнения приведена аналогичная зависимость для схемы с интерферометром Майкельсона (кривая 2). Как видно из представленной зависимости, при коэффициенте отражения ,5 предлагаемое устройство отражает 100% излучения обратно в резонаторThe dependence of the effective reflection coefficient of the proposed modulating device on the relative distance between the prisms (curve 1) is shown in Fig. 3, where, for comparison, a similar dependence is shown for a circuit with a Michelson interferometer (curve 2). As can be seen from the presented dependence, with a reflection coefficient of 5, the proposed device reflects 100% of the radiation back to the resonator

(). Это значительно повышает скорость срабатывания и обеспечивает больший контраст модуляции. Применение призм затвора с углом падения 45 позволяет избавиться от поляризационной анизотропии модулятора. Оборачивание изображения при прохождении кольцевой схемы интерферометра придает резонатору лазера свойства неразъюстируемости в этой плоскости. Для придания резонатору неразъюстируемости в перпендикулярном направлении достаточно добавить в П эедлагаемый модулятор-интерферометр между зеркалами 6 и 7 (см. Фиг.2) призму Дове или применить вместо зеркал 5 и 6 триппель-призму (уголковый отражатель).(). This significantly increases the response speed and provides greater modulation contrast. The use of shutter prisms with an angle of incidence of 45 allows one to get rid of the polarization anisotropy of the modulator. The image wrap when passing through the ring circuit of the interferometer gives the laser resonator the properties of non-alignability in this plane. To make the cavity non-alignable in the perpendicular direction, it suffices to add the proposed modulator-interferometer between mirrors 6 and 7 (see Figure 2) to the Dove prism or use a triple prism (corner reflector) instead of mirrors 5 and 6.

Claims

A device for modulating the quality factor of a laser resonator, containing a shutter on a disturbed total internal reflection and deflecting elements made in the form of prisms or mirrors, characterized in that the deflecting elements and a shutter on a disturbed total internal reflection are arranged according to a modified Sagnac interferometer, in which the gap between the prisms The shutter is used as a beam splitter.