RU2055428C1

RU2055428C1 - Circular ring chip laser with radiation frequency doubling

Info

Publication number: RU2055428C1
Authority: RU
Inventors: П.Г. Конвисар; Н.В. Кравцов; О.Е. Наний; С.Р. Рустамов
Original assignee: Конвисар Павел Григорьевич; Кравцов Николай Владимирович; Наний Олег Евгеньевич; Рустамов Саидазим Рустамович
Priority date: 1991-07-02
Filing date: 1991-07-02
Publication date: 1996-02-27

Abstract

FIELD: quantum electronics. SUBSTANCE: chip laser consists of active and nonlinear elements being in optical contact and forming complex polyhedron providing for formation of closed optical circuit inside it as result of internal reflections. Orientation of nonlinear element ensures coincidence of directions of synchronism with sections of optical circuit. EFFECT: increased stability of frequency of single-frequency generation. 1 dwg

Description

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано для оптической связи, в измерительной технике и лазерной медицине. The invention relates to quantum electronics and can be used for optical communications, in measurement technology and laser medicine.

Известно техническое решение, направленное на преобразование частоты излучения во вторую гармонику [1] и представляющее лазер, в резонаторе которого расположен кроме активного элемента нелинейный элемент. A technical solution is known, aimed at converting the radiation frequency to the second harmonic [1] and representing a laser in the cavity of which there is a nonlinear element in addition to the active element.

Недостатками такого технического решения являются невозможность реализации одночастотной генерации (вследствие конкуренции мод) и невозможность получения высоких КПД вследствие оптических потерь на торцах активного и нелинейного элементов. The disadvantages of this technical solution are the inability to implement single-frequency generation (due to mode competition) and the inability to obtain high efficiency due to optical losses at the ends of the active and nonlinear elements.

Наиболее близким к изобретению техническим решением, принятым за прототип, является техническое решение, заключающееся в использовании чип-лазера с независимыми резонаторами для активного и нелинейного элементов [2]
К недостаткам этого технического решения относится наличие потерь, связанных с межрезонаторными отражениями, которые не удается свести к нулю, даже используя просветление.Closest to the invention, the technical solution adopted for the prototype is a technical solution consisting in the use of a chip laser with independent resonators for active and nonlinear elements [2]
The disadvantages of this technical solution include the presence of losses associated with interresonator reflections, which cannot be reduced to zero, even using enlightenment.

Технической задачей изобретения является снижение энергетических потерь, повышение стабильности одночастотной генерации и повышение КПД преобразования излучения во вторую гармонику. An object of the invention is to reduce energy losses, increase the stability of single-frequency generation and increase the efficiency of conversion of radiation into a second harmonic.

Указанная задача достигается тем, что в кольцевом чип-лазере с удвоением частоты излучения, содержащем активный и нелинейный элементы, последние находятся в оптическом контакте и образуют вместе сложный многогранник, обеспечивающий существование внутри себя в результате внутренних отражений от граней замкнутый оптический контур, причем ориентация нелинейного элемента такова, что плоскость, проходящая через любые две оси синхронизма, совпадает с плоскостью оптического контура, а отрезки оптического контура в пределах нелинейного элемента совпадают с осями синхронизма. This problem is achieved by the fact that in a ring chip laser with a doubling of the radiation frequency containing active and nonlinear elements, the latter are in optical contact and together form a complex polyhedron that ensures the existence of a closed optical contour inside itself as a result of internal reflections from the faces, and the orientation of the nonlinear element is such that the plane passing through any two axis of synchronism coincides with the plane of the optical path, and the segments of the optical path within the nonlinear Enta coincide with the axes of synchronism.

На чертеже показаны принципиальная схема кольцевого чип-лазера и ориентация нелинейного элемента в нем, где 1 активный элемент с возможными зеркалами 2 и 8, 3 источник накачки, 4 фокусирующая система, 5 нелинейный элемент, 6 направления синхронизма в нелинейном элементе, 7 постоянный магнит. The drawing shows a schematic diagram of a ring chip laser and the orientation of a nonlinear element in it, where 1 active element with possible mirrors 2 and 8, 3 pump source, 4 focusing system, 5 nonlinear element, 6 synchronization directions in the nonlinear element, 7 permanent magnet.

Принцип действия кольцевого чип-лазера заключается в следующем. The principle of operation of a ring chip laser is as follows.

При создании в активном элементе 1 инверсной населенности в кольцевом лазере, состоящем из активного 1 и нелинейного 5 элементов, возникает генерация, распространяющаяся вдоль замкнутого оптического контура. Собственно кольцевой оптический резонатор образуется вследствие внутренних отражений от граней (высокий коэффициент отражения обеспечивается либо полными внутренними отражениями либо нанесением на грани отражающих покрытий). When an inverse population is created in the active element 1 in a ring laser, which consists of the active 1 and nonlinear 5 elements, generation occurs that propagates along a closed optical circuit. The ring optical resonator itself is formed as a result of internal reflections from the faces (a high reflection coefficient is ensured either by full internal reflections or by the application of reflective coatings on the faces).

Поскольку на участок активного элемента наложено постоянное магнитное поле (магнит 7), которое обеспечивает неравенство добротностей оптического резонатора для встречных волн, то в лазере возникает однонаправленная одночастотная генерация. Эта генерация вследствие реализации режима бегущей волны является одночастотной (см. Гарбузов Д.З. и др. Кольцевой чип-лазер на ИАГ. Изв. АН СССР, 1990, т. 54, N 12, 2397-2401). Since a constant magnetic field (magnet 7) is applied to the portion of the active element, which ensures the inequality of the Q factors of the optical resonator for counterpropagating waves, unidirectional single-frequency generation occurs in the laser. This generation due to the implementation of the traveling wave regime is single-frequency (see Garbuzov D.Z. et al. Ring Chip Laser at YAG. Izv. AN SSSR, 1990, v. 54, No. 12, 2397-2401).

Поскольку излучение проходит через нелинейный элемент в направлении синхронизма, то, естественно, происходит эффективное преобразование его во вторую гармонику, которая выводится из резонатора через селективное зеркало 8. Это зеркало должно иметь высокий коэффициент отражения на длине волны генерации и быть прозрачным для второй гармоники. Since the radiation passes through the nonlinear element in the synchronism direction, naturally, it is effectively converted to the second harmonic, which is removed from the resonator through a selective mirror 8. This mirror should have a high reflection coefficient at the generation wavelength and be transparent to the second harmonic.

В качестве активного элемента используется призма, вырезанная из монокристалла иттрий-алюминиевого граната с примесью неодима. На сторону призмы, проходящую через сторону ЕН, нанесено селективное покрытие, имеющее высокий коэффициент отражения (r 99,5%) на длине волны генерации (λ 1,06 мкм) и прозрачное на длине волны накачки (λ 0,81 мкм), а на сторону, проходящую через CD, селективное покрытие с коэффициентом отражения r > 99,5% на λ 1,06 мкм и r 15% для λ0,53 мкм. A prism cut from a single crystal of yttrium-aluminum garnet with an admixture of neodymium is used as an active element. A selective coating having a high reflection coefficient (r 99.5%) at the generation wavelength (λ 1.06 μm) and transparent at the pump wavelength (λ 0.81 μm) is applied to the side of the prism passing through the ЕН side, and on the side passing through the CD, a selective coating with a reflection coefficient r> 99.5% for λ 1.06 μm and r 15% for λ0.53 μm.

В качестве нелинейного элемента использовался кристалл "банана" (Ba₂NaNb₃O₁₅) при температуре 90^оС синхронизма, вырезанный таким образом, что плоскость синхронизма совпадала с плоскостью резонатора внутри нелинейного элемента. Размеры пластины нелинейного элемента выбраны такими, что отражение от грани, проходящей через GF, обеспечивалось в результате полного внутреннего отражения. Однонаправленность и одночастотность излучения обеспечивается использованием постоянного магнита, обеспечивающего направленность магнитного поля порядка 200 Э. В качестве источника накачки может быть использован полупроводниковый лазер ИЛПН-112 А, излучение которого фокусируется с помощью микрообъектива в активном элементе.As the crystal of the nonlinear element used "banana" (Ba ₂ NaNb ₃ O ₁₅₎ at ⁹⁰ ° C synchronism cut so that the plane of the resonator coincide with the matching plane within the nonlinear element. The plate dimensions of the nonlinear element are selected such that reflection from the face passing through the GF is ensured as a result of total internal reflection. Unidirectionality and single-frequency radiation is ensured by the use of a permanent magnet, providing a directivity of the magnetic field of about 200 E. As a pump source, an ILPN-112 A semiconductor laser can be used, the radiation of which is focused using a micro lens in the active element.

Реализация предложенного технического решения должна обеспечить стабильную одночастотную генерацию при более низком уровне накачки, а следовательно, и более высокий КПД преобразования излучения во вторую гармонику по сравнению с прототипом. Implementation of the proposed technical solution should provide stable single-frequency generation at a lower pump level, and, consequently, a higher efficiency of radiation conversion to the second harmonic compared to the prototype.

Claims

RING CHIP LASER WITH DOUBLE RADIATION FREQUENCY, containing active and nonlinear elements, characterized in that the active and nonlinear elements are in optical contact and together form a complex polyhedron, which, as a result of internal reflections, ensures the existence of a closed optical circuit inside itself, and the orientation of the nonlinear element is such that the plane passing through the two directions of synchronism coincides with the part of the plane of the optical circuit lying inside the nonlinear element, and the segments of the optical contour the nonlinear element within coincide with the directions of synchronism.