RU2025008C1 - Resonator - Google Patents
Resonator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2025008C1 RU2025008C1 SU4947849A RU2025008C1 RU 2025008 C1 RU2025008 C1 RU 2025008C1 SU 4947849 A SU4947849 A SU 4947849A RU 2025008 C1 RU2025008 C1 RU 2025008C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguides
- resonator
- quadratic phase
- correctors
- mirror
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электродинамике, лазерной оптике и может быть использовано, например, в волноводных лазерах с селективной накачкой. The invention relates to electrodynamics, laser optics and can be used, for example, in waveguide lasers with selective pumping.
Известны резонаторы складной геометрии, применяющиеся для увеличения длины взаимодействия мод с активной средой без значительного роста габаритов [1]. Они состоят из расположенных параллельно друг другу отрезков волноводов и электродинамически связывающей их системы поворотных зеркал. Потери на связь между волноводами довольно велики и пропорциональны длине волны в степени 3/2, что ограничивает диапазон длин волн и набор активных сред для генерации в таких резонаторах. Known resonators of folding geometry, used to increase the length of interaction of modes with the active medium without a significant increase in size [1]. They consist of parallel sections of waveguides and electrodynamically connecting their system of rotary mirrors. The coupling losses between the waveguides are quite large and proportional to the wavelength to the degree of 3/2, which limits the range of wavelengths and the set of active media for generation in such resonators.
Наиболее близким к заявляемому является резонатор складной геометрии, предложенной в [2], в котором волноводы расположены под углом, а связь между ними осуществляется одним зеркалом, являющимся квадратичным фазовым корректором. При расстоянии между зеркалом и торцами волноводов, равном L = π Wо 2/λ , и радиусом кривизны зеркала R = 2L, где λ - длина волны, Wo = 0,6435a, а - радиус волноводов, потери на связь для волноводной моды ЕН11 минимальны. Они значительно меньше, чем в резонаторе, описанном выше. Однако сохраняется зависимость потерь от длины волны за счет расположения волноводов под углом увеличиваются поперечные размеры устройства, оптимизация относится только к симметричной относительно поворотного зеркала схеме резонатора и для одной моды ЕН11.Closest to the claimed one is a resonator of folding geometry, proposed in [2], in which the waveguides are located at an angle, and the connection between them is carried out by one mirror, which is a quadratic phase corrector. When the distance between the mirror and the ends of the waveguides is L = π W о 2 / λ, and the radius of curvature of the mirror is R = 2L, where λ is the wavelength, W o = 0.6435a, and is the radius of the waveguides, the coupling loss for the waveguide mode EN 11 is minimal. They are much smaller than in the resonator described above. However, the dependence of losses on the wavelength remains due to the arrangement of the waveguides at an angle, the transverse dimensions of the device increase; optimization refers only to the resonator circuit symmetrical with respect to the rotary mirror and for one EH 11 mode.
Целью изобретения является уменьшение потерь энергии при одновременном уменьшении габаритов и расширении рабочего диапазона длин волн. The aim of the invention is to reduce energy loss while reducing size and expanding the operating range of wavelengths.
Для этого в резонаторе, содержащем отражатели и секцию складной геометрии из двух волноводов, сопряженных посредством оптической системы, включающей зеркало, выполненное в виде квадратичного фазового корректора с фокусным расстоянием f1, оптическая система сопряжения волноводов содержит, по крайней мере, еще одно зеркало, выполненное в виде квадратичного фазового корректора с фокусным расстоянием f2, причем величины f1 и f2 удовлетворяют следующим соотношениям:
An < fn < , (1)
F - L < g, (2)
+ - F < l , (3) где n = 1, 2; F = f1 + f2; g = ; l = где L - расстояние вдоль оптической оси резонатора между квадратичными фазовыми корректорами;
L1, L2 - расстояния вдоль оптической оси резонатора между первым, вторым квадратичным фазовым корректором соответственно и торцом соответствующего волновода 1, 2;
А1, А2 - радиусы окружностей, которые могут быть описаны около поперечных сечений волноводов 1, 2 соответственно;
d1 = 2a1, d2 = 2a2 - диаметры окружностей, которые можно вписать в поперечные сечения волноводов 1, 2 соответственно;
r1, r2 - радиусы окружностей, которые можно вписать в раскрывы апертур первого, второго квадратичных фазовых корректоров;
λmax, λmin - максимальная и минимальная длины волн рабочего диапазона резонатора.To this end, in a resonator containing reflectors and a folding geometry section of two waveguides coupled by means of an optical system including a mirror made in the form of a quadratic phase corrector with focal length f 1 , the optical waveguide coupling system contains at least one more mirror made in the form of a quadratic phase corrector with focal length f 2 , and the values of f 1 and f 2 satisfy the following relations:
A n <f n < , (1)
F - l <g, (2)
+ - F <l, (3) where n = 1, 2; F = f 1 + f 2 ; g = ; l = where L is the distance along the optical axis of the resonator between the quadratic phase correctors;
L 1 , L 2 are the distances along the optical axis of the resonator between the first, second quadratic phase corrector, respectively, and the end face of the
And 1 , And 2 - the radii of circles, which can be described near the cross sections of the
d 1 = 2a 1 , d2 = 2a 2 are the diameters of the circles that can be inscribed in the cross sections of the
r 1 , r 2 are the radii of the circles that can be entered in the aperture openings of the first, second quadratic phase correctors;
λ max , λ min - the maximum and minimum wavelengths of the working range of the resonator.
Цель достигается также тем, что оптическая система сопряжения волноводов содержит по крайней мере еще одно плоское поворотное зеркало. The goal is also achieved by the fact that the optical system for interfacing waveguides contains at least one other flat rotary mirror.
В таком резонаторе уменьшаются потери на связь и расширяется рабочий диапазон длин волн, для которых эти потери малы и не зависят от длины волны. Указанные выше отличия позволяют сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критериям изобретения "новизна" и "существенные отличия". In such a resonator, communication losses are reduced and the operating range of wavelengths is expanded, for which these losses are small and independent of wavelength. The above differences allow us to conclude that the proposed technical solution meets the criteria of the invention of "novelty" and "significant differences".
На фиг. 1 приведено схематическое изображение резонаторов; на фиг.2 - схематическое изображение субмиллиметрового лазера с накачкой излучением СО2-лазера с предложенным резонатором.In FIG. 1 is a schematic representation of resonators; figure 2 is a schematic illustration of a submillimeter laser pumped by radiation from a CO 2 laser with the proposed resonator.
Резонатор содержит волноводы 1, 2, систему оптического сопряжения волноводов, состоящую из двух квадратичных фазовых корректоров 3, 4 и поворотного плоского зеркала 5, отражателей 6, 7, расположенных на различных участках вдоль оптической оси 8 резонатора. The resonator contains
Рассмотрим распространение пучка излучения из 1 в 2. Пусть на торце 1, обращенном к системе сопряжения волноводов, распределение комплексной амплитуды поля u1 (x1,y1). Тогда, пренебрегая виньетированием зеркал системы сопряжения волноводов и, используя дифракционную формулу Френеля - Кирхгофа для описания распространения поля между апертурами зеркал и волноводов, в результате преобразований получим выражение для комплексной амплитуды поля на входном торце волновода 2 в следующем виде:
U2(x2,y2) ≈ U1(x1,y1)exp - ×
2(x1x+y1y)+ ++ x2+y × (4) где α1= , α2= , γ1= , γ2= , l1+l2=L
х, у - координаты апертуры зеркала 5;
х1, у1, х2, у2 - координаты торцов волноводов 1 и 2, обращенных к фазовым корректорам 3 и 4 соответственно;
l1, l2 - расстояния по оптической оси 8 резонатора между фазовыми корректорами 3, 4, соответственно, и поворотным зеркалом 5. Знак приближенного равенства поставлен, так как (4) получено в пренебрежении всеми квартичными формами, составленными из величин γi и αi, что оправдано, учитывая последующие ограничения на линейные формы из этих величин, послужившие основой для выбора соотношений (2), (3), позволяющих реализовать цель изобретения.Consider the propagation of a radiation beam from 1 to 2. Suppose that at
U 2 (x 2 , y 2 ) ≈ U 1 (x 1 , y 1 ) exp - ×
2 (x 1 x + y 1 y) + + + x 2 + y × (4) where α 1 = , α 2 = , γ 1 = , γ 2 = , l 1 + l 2 = L
x, y - coordinates of the aperture of the mirror 5;
x 1 , y 1 , x 2 , y 2 - the coordinates of the ends of the
l 1 , l 2 are the distances along the
Полагая в (4)
+ ≪ 1 (5) получим значение внутреннего интеграла в виде
+ + , где δ - дельта-функция Дирака, исходя из свойства фильтрации которой найдем из (4)
U2(x2,y2) ≈ exp- +α1 x
+α1 ≪ 1 (7) распределение комплексной амплитуды на входе волновода 2 будет с точностью до масштабного множителя и поворота на π повторять это распределение на выходе волновода 1. Тогда, если размеры волноводов будут связаны этим же масштабным множителем, электромагнитная связь между волноводами будет осуществляться без потерь.Putting in (4)
+ ≪ 1 (5) we obtain the value of the internal integral in the form
+ + , where δ is the Dirac delta function, based on the filtration property of which we find from (4)
U 2 (x 2 , y 2 ) ≈ exp - + α 1 x
+ α 1 ≪ 1 (7) the distribution of the complex amplitude at the input of the
Выражение (7) послужило основой для соотношения (2), а (5) - для (3). Соотношение (1) получено из условия параболической апроксимации при рассмотрении прохождения поля между раскрывами волноводов и квадратичными фазовыми корректорами (левая часть соотношения) и условия отсутствия влияния виньетирования при взаимодействии этих волноводов с корректорами. Соблюдение этих условий необходимо для справедливости выражения (4). Expression (7) served as the basis for relation (2), and (5) for (3). Relation (1) is obtained from the condition of parabolic approximation when considering the field passage between the waveguide openings and quadratic phase correctors (the left side of the relation) and the condition that there is no vignetting effect during the interaction of these waveguides with correctors. Compliance with these conditions is necessary for the validity of expression (4).
Были проведены испытания работоспособности предложенного резонатора в газовом лазере субмиллиметрового диапазона с накачкой СО2-лазером (см. фиг. 2).The performance of the proposed cavity was tested in a submillimeter-wave gas laser pumped by a CO 2 laser (see Fig. 2).
Резонатор субмиллиметровой ячейки помещен в герметизированную камеру 9 длиной 500 мм и диаметром 90 мм, наполненную газовой активной средой. Камера имеет окно из поваренной соли 10 для ввода излучения накачки 11, установленное под углом Брюстера, и окно из кристаллического кварца 12 для ввода субмиллиметрового пучка 13. The resonator of the submillimeter cell is placed in a sealed chamber 9 with a length of 500 mm and a diameter of 90 mm, filled with a gas active medium. The camera has a window of
Отражатели резонатора 6 и 7 имеют плоские поверхности с центральными отверстиями с диаметрами 1, 7 и 4 мм, соответственно. Через отверстия инжектируется излучение накачки и выводятся субмиллиметровые волны, соответственно. Система сопряжения волноводов образована квадратичными фазовыми корректорами 3, 4, имеющими радиус кривизны 160 мм и диаметр апертуры 42 мм, и плоским квадратным зеркалом 5. Сторона апертуры последнего 20 мм. Волноводы резонатора 1, 2 выполнены из медных труб. Они имеют внутренний диаметр 20 мм и длину 400 мм. The reflectors of the
Излучение накачки от перестраиваемого по колебательно-вращательным переходам СО2-лазера инжектируется в субмиллиметровую ячейку с помощью фокусирующего зеркала 14. В зависимости от активной среды, заполняющей ячейку, наблюдалась генерация на различных длинах волн в диапазоне 0,07-1 мм. На линиях 70, 51; 118, 83; 393, 63; 570, 56; 742, 57; 919, 93 мкм выходная мощность составляла соответственно 12; 29; 9; 2; 1,5 мВт. Это совпадает с выходной мощностью лазера с резонатором линейной геометрии, имеющего в два раза больше габаритные размеры, чем предлагаемый.Pump radiation from a CO 2 laser tuned by vibrational-rotational transitions is injected into the submillimeter cell using a focusing
Было проведено сравнение потерь энергии излучения (длина волны 570,56 мкм) в двух состыкованных соосно волноводах с потерями в передающем тракте, состоящем из этих волноводов, сопряженных посредством оптической системы, как показано на фиг.2. Разность указанных величин, представляющий потери, вносимые оптической системой сопряжения, не зафиксирована при погрешности измерений 0,2 дБ. Для сравнения исследовался передающий тракт, состоящий из двух соосно расположенных волноводов, разделенных участком свободного пространства длиной 40 мм, что с точностью до тепловых потерь в зеркалах эквивалентно тракту, содержащему оптическую систему сопряжения из двух плоских зеркал 1. Потери энергии, вносимые участком свободного пространства, составляли 1,3 дБ.A comparison was made of the energy loss of radiation (wavelength 570.56 μm) in two coaxially aligned waveguides with losses in the transmission path, consisting of these waveguides, coupled by means of an optical system, as shown in Fig.2. The difference of the indicated values, representing the losses introduced by the optical conjugation system, is not fixed when the measurement error 0.2 dB For comparison, we studied a transmission path consisting of two coaxially located waveguides separated by a 40 mm long free space section, which, up to heat loss in the mirrors, is equivalent to a path containing an optical conjugation system of two
Claims (2)
An < fn <
F-L < g
+ - F < l,
где n = 1, 2;
F = f1 + f2;
g =
l =
L - расстояние вдоль оптической оси резонатора между квадратичными фазовыми корректорами;
L1, L2 - расстояния вдоль оптической оси резонатора соответственно между первым, вторым квадратичными фазовыми корректорами и ближайшим торцом соответствующего волновода;
A1, A2 - радиусы окружностей, которые могут быть описаны вокруг поперечных сечений первого и второго волноводов соответственно;
d1= 2a1 , d2= 2a2 - диаметры окружностей, которые могут быть вписаны в поперечные сечения первого и второго волноводов соответственно;
r1, r2 - радиусы окружностей, которые могут быть вписаны в раскрывы апертур первого и второго квадратичных фазовых корректоров соответственно;
λmax , λmin - максимальная и минимальная длины волн рабочего диапазона резонатора соответственно.1. RESONATOR containing a reflector and a section of folding geometry of two waveguides coupled by means of an optical system including a mirror made in the form of a quadratic phase corrector with focal length f 1 , characterized in that, in order to reduce energy loss while reducing size and expanding operating wavelength range, the optical system coupling waveguides comprises at least one further mirror, formed as a quadratic phase corrector with a focal length f 2, in which masks f 1 and f 2 satisfy the following relations:
A n <f n <
Fl <g
+ - F <l
where n = 1, 2;
F = f 1 + f 2 ;
g =
l =
L is the distance along the optical axis of the resonator between the quadratic phase correctors;
L 1 , L 2 - the distances along the optical axis of the resonator, respectively, between the first, second quadratic phase correctors and the closest end of the corresponding waveguide;
A 1 , A 2 are the radii of the circles that can be described around the cross sections of the first and second waveguides, respectively;
d 1 = 2 a1 , d 2 = 2 a2 are the diameters of the circles that can be inscribed in the cross sections of the first and second waveguides, respectively;
r 1 , r 2 are the radii of circles that can be inscribed in the apertures of the first and second quadratic phase correctors, respectively;
λ max , λ min - the maximum and minimum wavelengths of the working range of the resonator, respectively.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4947849 RU2025008C1 (en) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | Resonator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4947849 RU2025008C1 (en) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | Resonator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2025008C1 true RU2025008C1 (en) | 1994-12-15 |
Family
ID=21580542
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4947849 RU2025008C1 (en) | 1991-06-21 | 1991-06-21 | Resonator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2025008C1 (en) |
-
1991
- 1991-06-21 RU SU4947849 patent/RU2025008C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Paul E.Jackson et al."Comparisons of waveguide folting geometries in a CO 2 Z-fold laser". Applied Optics, 1989, v.28, N5, p.935-941. * |
2. J.Banerji et al."Transmission and coupling losses in a folded waveguide". Applied Optics, 1989, v.28, N21, p.4637-4643. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5553093A (en) | Dispersion-compensated laser using prismatic end elements | |
US4500996A (en) | High power fundamental mode laser | |
US3725809A (en) | Dielectric ring lasers using waveguiding | |
US5052017A (en) | High power laser with focusing mirror sets | |
EP0371781A2 (en) | High power laser with focusing mirror sets | |
US5412681A (en) | Slab-waveguide CO2 laser | |
CN216850735U (en) | Narrow-linewidth dual-wavelength solid laser | |
US4267524A (en) | Unstable optical resonator with self-imaging aperture | |
US5260964A (en) | Graded reflectivity mirror resonators for lasers with a gain medium having a non-circular cross-section | |
US3247467A (en) | Diffraction limited optical maser | |
US4697272A (en) | Corrugated reflector apparatus and method for free electron lasers | |
RU2025008C1 (en) | Resonator | |
US4446556A (en) | Off-axis coherently pumped laser | |
US6628692B2 (en) | Solid-state laser device and solid-state laser amplifier provided therewith | |
Kohn et al. | An intracavity-pumped CW dye laser | |
US7068700B2 (en) | Optical bench for diode-pumped solid state lasers in field applications | |
US7336690B2 (en) | Solid-state laser system | |
US6600767B1 (en) | Free space laser with self-aligned fiber output | |
Iffländer et al. | Beam divergence and refractive power of directly coated solid state lasers | |
CN1332482C (en) | Unstable laser cavity tunned by grating | |
EP0184559A2 (en) | Laser utilising a negative branch unstable cavity resonator | |
CN115769139A (en) | Device for spectral broadening of laser pulses and laser system | |
US3575667A (en) | Single mode ring laser | |
US3302120A (en) | Low noise laser amplifier with plural sections respectively between confocally spaced focusers with screens | |
Teschke et al. | Unstable ring resonator nitrogen pumped dye laser |