RU2077756C1 - Способ получения узкополосного излучения с малой расходимостью в эксимерном лазере - Google Patents
Способ получения узкополосного излучения с малой расходимостью в эксимерном лазере Download PDFInfo
- Publication number
- RU2077756C1 RU2077756C1 RU94000897A RU94000897A RU2077756C1 RU 2077756 C1 RU2077756 C1 RU 2077756C1 RU 94000897 A RU94000897 A RU 94000897A RU 94000897 A RU94000897 A RU 94000897A RU 2077756 C1 RU2077756 C1 RU 2077756C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- mirror
- active medium
- active
- sbs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при разработке и создании эксимерных лазеров с малой расходимостью и узкой шириной спектральной линии. Сущность: в способе получения узкополосного излучения с малой расходимостью в эксимерном лазере, включающем возбуждение активной среды, расположенной в оптическом резонаторе, содержащем выходное полупрозрачное зеркало, фокусирующую линзу и ВРМБ-зеркало, и формирование излучения, интенсивность которого на ВРМБ-зеркале достаточна для отражения излучения, величину интенсивности излучения на ВРМБ-зеркале выбирают из определенного соотношения. 3 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при разработке и создании эксимерных лазеров с малой расходимостью и узкой шириной спектральной линии.
Известен способ получения излучения в эксимерном лазере [1] заключающийся в том, что узкополосный сигнал , полученный в задающем генераторе (ЗГ), инжектируется в кольцевой усилитель, где он усиливается и фокусируется на ВРМБ-зеркало. Отраженный от ВРМБ-зеркала сигнал снова возвращается в усилитель и затем выводится из лазерной системы.
Недостатком способа является сложность лазерной системы (наличие ЗГ), что усложняет его реализацию.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является способ формирования излучения, описанный в работе [2] Указанный способ заключается в том, что узкополосный импульс излучения, сформированный предварительно в ЗГ, инжектируется в резонатор лазера, образованный полупрозрачным выходным зеркалом, фокусирующей линзой и ВРМБ-зеркалом. Данное излучение усиливается в активной среде лазера, фокусируется на ВРМБ-зеркало, затем отражается от него, возвращаясь в активную среду, где снова усиливается и падает на выходное полупрозрачное зеркало резонатора. При этом часть излучения выходит из лазера, а часть возвращается назад в активную среду. На выходе лазера образуется цуг импульсов с длительностью каждого, соответствующей длительности импульса, инжектируемого от ЗГ. Расходимость такого излучения в 20 раз меньше, чем расходимость излучения, полученная в эксимерном лазере с плоскопараллельным резонатором.
Недостатком описанного способа получения излучения является сложность лазерной системы (наличие ЗГ), реализующей способ.
Задачей настоящего изобретения является упрощение способа получения узкополосного излучения с малой расходимостью в эксимерной лазере.
Решение указанной задачи достигается тем, что в способе получения узкополосного излучения с малой расходимостью в эксимерном лазере, включающем возбуждение активной среды, расположенной в оптическом резонаторе, содержащем выходное полупрозрачное зеркало, линзу и ВРМБ-зеркало, и формирование излучения, интенсивность которого на ВРМБ-зеркале достаточна для отражения излучения, согласно изобретению величину интенсивности излучения на ВРБМ-зеркале выбирают из соотношения
где hν энергия кванта излучения, Дж;
N* концентрация активных частиц в среде, см-3;
t спонтанное время жизни активных частиц, с;
l длина волны излучения, см;
d апертура активной среды, см;
l1 единичная длина в 1 см;
F фокусное расстояние линзы, см;
l длина активной среды, см;
go коэффициент усиления активной среды, см-1;
a коэффициент ненасыщенного поглощения активной среды, см-1.
где hν энергия кванта излучения, Дж;
N* концентрация активных частиц в среде, см-3;
t спонтанное время жизни активных частиц, с;
l длина волны излучения, см;
d апертура активной среды, см;
l1 единичная длина в 1 см;
F фокусное расстояние линзы, см;
l длина активной среды, см;
go коэффициент усиления активной среды, см-1;
a коэффициент ненасыщенного поглощения активной среды, см-1.
Cущность предлагаемого изобретения заключается в следующем.
При работе лазера после начала возбуждения активной среды в ней возникают спонтанные шумы, которые постепенно усиливаются. Рассмотрим спонтанные шумы, родившиеся в маленьком объеме V активной среды в области оптической оси лазера вблизи фокусирующей линзы. Данный объем имеет вид прямого кругового конуса с высотой, равной единичной длине l1, и телесным углом W при его вершине. Излучение, распространяющееся из этого объема, направлено в сторону полупрозрачного зеркала. При этом мощность излучения (при условии пренебрежения усилением из-за его малости в рассматриваемом объеме) можно выразить как
Po= hν•N*•Ω•V/4πτ, (2)
где hν энергия кванта излучения;
N* концентрация активных частиц в среде;
t спонтанное время жизни активных частиц.
Po= hν•N*•Ω•V/4πτ, (2)
где hν энергия кванта излучения;
N* концентрация активных частиц в среде;
t спонтанное время жизни активных частиц.
Поскольку величину телесного угла можно определить как
Ω = d2/4l2, (3)
где d диаметр активной среды;
l длина активной среды;
а объем V как
V = 1/3•π•l1•d2•l /16l2, (4)
где площадь основания конуса.
Ω = d2/4l2, (3)
где d диаметр активной среды;
l длина активной среды;
а объем V как
V = 1/3•π•l1•d2•l
где площадь основания конуса.
Подставив в формулу (2) значения из формул (3) и (4), получим
Po= hν•N*/τ•d4•l /l4•1,3•10-3, (5)
После отражения лазерного излучения от полупрозрачного зеркала и второго прохода излучения через активную среду в области фокусирующей линзы мощность излучения определяется как
P = Po•exp•2l(go-α), (6),
где go коэффициент усиления активной среды;
α коэффициент ненасыщенного поглощения активной среды.
Po= hν•N*/τ•d4•l
После отражения лазерного излучения от полупрозрачного зеркала и второго прохода излучения через активную среду в области фокусирующей линзы мощность излучения определяется как
P = Po•exp•2l(go-α), (6),
где go коэффициент усиления активной среды;
α коэффициент ненасыщенного поглощения активной среды.
Затем излучение фокусируется линзой, фокусное расстояние которой F, на ВРМБ-зеркало. Площадь сечения излучения в фокальной области S = πD2/4, где D
диаметр этого сечения в фокальной области.
диаметр этого сечения в фокальной области.
Считая, что излучение выходит из малого единичного объема, фронт распространения волны излучения будет близким к сферическому, т.е. расходимость такого излучения будет близка к дифракционной и ее величину можно оценить как θ = 2,44λ/d..
Тогда D = θ•F = (2,44•λ/d)•F, a площадь сечения излучения в фокальной области S = π•F2•(2,44)2π2/4d2. (7).
Интенсивность в фокальной области излучения на ВРМБ-зеркале, используя математические формулы (5),(6), (7), определим из выражения .
Известно, что коэффициент отражения от ВРМБ-зеркала увеличивается с уменьшением спектральной ширины падающего излучения [3]
При реализации заявляемого способа нами было обнаружено, что спектр излучения молекулы ХеСl на вершине спектрального контура имеет узкие "выбросы" аналогично наблюдаемым в работе [4] при более низких давлениях, которые авторы объясняют резонансом вращательно-колебательных полос электронного перехода В-Х. В условиях пороговой интенсивности на ВРМБ-зеркале происходит отражение только на этих узких "выбросах". Таким образом, отраженный сигнал состоит из одной или нескольких (в зависимости от условий эксперимента) узких линий с шириной ≈0,05 0,07 .
При реализации заявляемого способа нами было обнаружено, что спектр излучения молекулы ХеСl на вершине спектрального контура имеет узкие "выбросы" аналогично наблюдаемым в работе [4] при более низких давлениях, которые авторы объясняют резонансом вращательно-колебательных полос электронного перехода В-Х. В условиях пороговой интенсивности на ВРМБ-зеркале происходит отражение только на этих узких "выбросах". Таким образом, отраженный сигнал состоит из одной или нескольких (в зависимости от условий эксперимента) узких линий с шириной ≈0,05 0,07 .
В результате предлагаемый способ позволяет формировать из спонтанных шумов узкополосное и высоконаправленное излучение без каких-либо дополнительных пространственных и спектральных селекторов.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема эксимерного лазера, реализующего заявляемый способ; на фиг.2 показана осциллограмма импульса выходного излучения; на фиг.3 приведена полученная экспериментально интерферограмма излучения для одного импульса пучка А.
Лазер содержит активный объем 1, расположенный в оптическом резонаторе, содержащем выходное полупрозрачное зеркало 2, фокусирующую линзу 3 и ВРМБ-зеркало 4.
После возбуждения активной среды 1 лазера в ней возникают спонтанные шумы, которые постепенно усиливаются. Максимальная интенсивность излучения на ВРМБ-зеркале будет обусловлена излучением, которое стартует из спонтанных шумов в области оптической оси лазера вблизи фокусирующей линзы 3, усиливается на первом проходе через активную среду 1, отражается от зеркала 2, затем усиливается на втором проходе через активную среду 1 и фокусируется линзой 3.
Интенсивность излучения на ВРБМ-зеркале при этом подобрана таким образом (вблизи пороговых значений отражения), что отражение наблюдается только на узкой линии (на "выбросе" спектрального контура). Отраженное излучение возвращается в активную среду 1, где усиливается, часть его выходит через полупрозрачное зеркало 2, а часть возвращается в активную среду 1, сжимаясь к приосевой области, фокусируется на ВРМБ-зеркало, после чего отражается от него и повторяет снова уже описанный выше порядок распространения. В результате на выходе лазера формируются два потока излучения: один сходящийся А, другой расходящийся В. Оба потока излучений имеют высокую направленность и узкую спектральную линию.
Пример конкретного выполнения. Заявляемый способ получения узкополосного излучения с малой расходимостью был реализован в ХеСl-лазере. Длительность импульса составляла ≈100 нс, энергия в импульсе была ≈50 мДж. Длина активной среды 1 была равна 70 см, диаметр пучка излучения 1 см. Параметр (go-α) = 0,12 см-1, концентрация активных частиц N*=2•1015 см-3, энергия кванта излучения 4 эВ, длина волны излучения λ=0,3 мкм. В качестве ВРМБ-зеркала был использован гептан. Фокусное расстояние F линзы 3 было равно 10 см. Величина интенсивности излучения в фокусе линзы 3 на ВРМБ-зеркале 4, определенная экспериментально, составила 2,7•108 Вт/см2. Эта же величина интенсивности излучения, рассчитанная по формуле (1), получилась равной 2,2•108 Вт/см2.
На выходе лазера наблюдался импульс излучения, представленный на фиг.2, с энергией 10 мДж. Это излучение состояло из двух пучков А и В. Каждый пучок во времени состоял из отдельных импульсов. Расстояние между импульсами для пучка А и пучка В было ≈20 нс, т.е. равнялось двойному обходу резонатора. Расходимость каждого пучка была такова, что 30% энергии лежало в дифракционном угле, равном 7•10-5 рад. Каждый импульс имел ширину спектральной линии 0,3 см-1, что можно наблюдать на приведенной на фиг.3, полученной экспериментально интероферограмме излучения для одного импульса пучка А (база воздушного эталона Фабри-Перо Т=3 мм). Причем частота каждого последующего импульса в каждом пучке была сдвинута на величину 0,24 см-1, что соответствует частотному сдвигу ВРМБ.
Из изложенного следует, что предлагаемый способ получения излучения в эксимерном лазере позволяет формировать узкополосное излучение (Δν ~ 0,3 см-1) с высокой направленностью без дополнительных пространственных и спектральных селекторов, что упрощает его реализацию.
Claims (1)
- Способ получения узкополосного излучения с малой расходимостью в эксимерном лазере, включающий возбуждение активной среды, расположенной в оптическом резонаторе, содержащем выходное полупрозрачное зеркало, фокусирующую линзу и зеркало с вынужденным рассеянием Мандельштама-Брилюэна (ВРМБ зеркало), и формирование излучения, интенсивность которого на ВРМБ зеркале достаточна для отражения излучения, отличающийся тем, что величину интенсивности излучения на ВРМБ зеркале выбирают из соотношения
где hν энергия кванта излучения, Дж;
N* концентрация активных частиц в среде, см- 3;
t спонтанное время жизни активных частиц, с;
l длина волны излучения, см;
d апертура активной среды, см;
l1 единичная длина в 1 см;
F фокусное расстояние линзы, см;
l длина активной среды, см;
g0 коэффициент усиления активной среды, см- 1;
a коэффициент ненасыщенного поглощения активной среды, см- 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94000897A RU2077756C1 (ru) | 1994-01-10 | 1994-01-10 | Способ получения узкополосного излучения с малой расходимостью в эксимерном лазере |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94000897A RU2077756C1 (ru) | 1994-01-10 | 1994-01-10 | Способ получения узкополосного излучения с малой расходимостью в эксимерном лазере |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94000897A RU94000897A (ru) | 1995-09-20 |
RU2077756C1 true RU2077756C1 (ru) | 1997-04-20 |
Family
ID=20151351
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94000897A RU2077756C1 (ru) | 1994-01-10 | 1994-01-10 | Способ получения узкополосного излучения с малой расходимостью в эксимерном лазере |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2077756C1 (ru) |
-
1994
- 1994-01-10 RU RU94000897A patent/RU2077756C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. M.Sugii at al. J.Appl. Phys, 62, N 8, p.3480 - 3482, 1987. 2. M.R. Osborne at al. Jappl. Phus. B, 48, p.351 - 356, 1989. 3. Бычков Ю.И. и др. Квантовая электроника, 1992, 19, N 7, с.688 - 690. 4. Басов Н.Г. и др. ДАН СССР, 1985, т.281, N 1, с.64 - 67. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Schiemann et al. | Efficient temporal compression of coherent nanosecond pulses in a compact SBS generator-amplifier setup | |
US5071416A (en) | Method of and apparatus for laser-assisted therapy | |
EP0515083A1 (en) | Single frequency laser system emitting pulses followed by a long tail | |
US8073017B1 (en) | System and method for generating eye-safe high intensity optical pulses with two backward-shifting raman cells | |
EP0042521B1 (en) | Method and apparatus for laser pulse compression | |
US4268801A (en) | Mode-locked laser using a saturable absorber in a cavity | |
RU2077756C1 (ru) | Способ получения узкополосного излучения с малой расходимостью в эксимерном лазере | |
US3617927A (en) | Arrangement for controlling the q-factor of a resonator of an optical emitter of coherent electromagnetic radiation, for the purpose of generating giant pulses | |
US4216439A (en) | Apparatus for accomplishing spectral line selection in lasers by retroreflective feedback | |
Willetts et al. | Output characteristics of a compact 1 J carbon dioxide laser with a Gaussian reflectivity resonator | |
Baton et al. | Measurement of the stimulated Brillouin scattering reflectivity from a spatially smoothed laser beam in a homogeneous large scale plasma | |
US7508847B2 (en) | Ultra-short laser source with rare earth ions and stable pulse train and device for lengthening a laser cavity | |
JP3810716B2 (ja) | X線発生装置及び発生方法 | |
RU2019018C1 (ru) | Способ генерации лазерного излучения и устройство для его осуществления | |
JP2527299Y2 (ja) | 励起用レーザ装置 | |
Buzyalis et al. | Multistage stimulated-scattering compression of pulses from a YAG: Nd laser | |
KR19990016397A (ko) | 레이저 파장 변환장치 | |
Kireev et al. | Copper vapor laser with a wavefront-reversing mirror induced in the active medium | |
KR20040095783A (ko) | 유도 브릴루앙 산란과 2차 라만-스토크스파 발생을 이용한라만 레이저 발진 장치 및 방법 | |
Dashkevich et al. | Contour hologram recording under the formation of multifrequency pulsed radiation using stimulated Brillouin scattering | |
SU990054A2 (ru) | Лазер на растворах органических красителей | |
RU2181226C1 (ru) | Способ усиления стоксова сигнала | |
BIN | HIGH-SPEED OPTICAL DIAGNOSTICS OF LASER-INTERACTIONS. | |
Mel'chenko et al. | Comparative study of laser action on normal and atherosclerotically damaged vessel tissue in broad spectrol range | |
JP3932355B2 (ja) | 誘導散乱増幅器 |