RU2142664C1

RU2142664C1 - Scanning laser

Info

Publication number: RU2142664C1
Application number: RU98103075A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Алексеев; В.И. Либер
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 1999-12-10

Abstract

FIELD: manufacturing equipment, laser ranging, communication, information processing, transmission and storage. SUBSTANCE: laser has resonator's optical axis comprising first mirror, first lens, which is spaced from mirror by its focal distance, active member, second lens, which is spaced from first one by double focal distance, second resonator's mirror, which is spaced from second lens by focal distance, electrically controlled space-time light modulator, which is made from electrically controlled transparency ceramics with linear control electrodes and is located in close proximity to first mirror, quarter-wave phase plates, which are located between lenses and mirrors of resonator, programmed control unit, which controls power supply of electrically controlled plate and pump source for laser active member. First lens of conjugate resonator is designed as cylindrical lens. Polarizer is located between cylindrical lens and first mirror of resonator. First quarter-wave phase plate is located between polarizer and first mirror of resonator. Axis of resonator is fractured on polarizer along path of s-component of polarized light. Electrodes of electrically controlled plate are arranged in parallel to generatrix of cylindrical lens and are mounted at angle of 45 degrees with respect to polarization axis of polarizer. Z axis of first phase plate is located at angle of 45 degrees with respect to path of s- component of polarized light. Z axis of second phase plate is turned with respect to this position by angle α, which value conforms to condition

Description

Изобретение относится к области квантовой электроники, в частности к лазерной технике, и может быть использовано в лазерных технологических установках, системах лазерной локации, связи, обработки, передачи и хранения информации. The invention relates to the field of quantum electronics, in particular to laser technology, and can be used in laser processing systems, laser location systems, communications, processing, transmission and storage of information.

Известен сканирующий лазер (R. A. Myers, R.V. Pole. The Electron Beam Scanlaser: Theoretical and Operational Stadies. IBM Journal, September 1967, p. 502), включающий элементы линейного самосопряженного резонатора: непрозрачное зеркало, сферическую линзу, установленную на фокусном расстоянии от зеркала, активный элемент лазера, вторую сферическую линзу, установленную от первой на двойном фокусном расстоянии, выходное полупрозрачное зеркало резонатора, установленное на фокусном расстоянии от второй линзы, а также включающий элементы, предназначенные для сканирования излучения: устройство для получения узкого электронного пучка, кристалла KDP с покрытием из CdO и кварцевую фазовую пластинку. Воздействие электронного пучка вызывает двулучепреломление в кристалле KDP, в точке воздействия достигаются условия генерации. Изменение положения точки вызывает сканирование излучения. При отсутствии воздействия резонатор заперт вследствие больших потерь на окнах активного элемента, являющегося частичным поляризатором, так как он установлен под углом Брюстера к оси резонатора. Система "поляризатор - пластина λ /4 - зеркало - пластина λ/4 - поляризатор" известна как четвертьволновая развязка (поляризованное излучение после двукратного прохождения через пластинку λ/4 приобретает поляризацию, ортогональную первоначальной и испытывает потери на отражение от поляризатора). Недостатком данного лазера является наличие сложной системы получения электронного луча и схемы управления им. Лазер не нашел широкого применения. A known scanning laser (RA Myers, RV Pole. The Electron Beam Scanlaser: Theoretical and Operational Stadies. IBM Journal, September 1967, p. 502), including elements of a linear self-conjugated resonator: an opaque mirror, a spherical lens mounted at the focal length from the mirror, active laser element, a second spherical lens mounted from the first at double focal length, the output translucent resonator mirror mounted at the focal distance from the second lens, and also including elements designed to scan radiation: I obtain a narrow electron beam, KDP crystal of CdO coated quartz phase plate. The action of the electron beam causes birefringence in the KDP crystal, and the lasing conditions are reached at the point of influence. Changing the position of the point causes a scan of the radiation. In the absence of exposure, the resonator is locked due to large losses on the windows of the active element, which is a partial polarizer, since it is installed at a Brewster angle to the axis of the resonator. The system "polarizer - plate λ / 4 - mirror - plate λ / 4 - polarizer" is known as a quarter-wave decoupling (polarized radiation, after passing through the plate λ / 4 twice, acquires a polarization that is orthogonal to the initial one and experiences reflection loss from the polarizer). The disadvantage of this laser is the presence of a complex system for producing an electron beam and its control circuit. The laser is not widely used.

Известны также сканирующие лазеры со светоуправляемыми пространственно-временными модуляторами света (ПВМС) различного типа. Лазер со светоуправляемыми ПВМС типа ПРОМ описан в работе В.Н. Алексеева, А.Г. Грозного, В. К. Эльца и А.Н. Жилина, Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Оптика лазеров", Ленинград, 1989, с. 145. Этот лазер использован в работе В.Н. Алексеева и др. Квантовая электроника, 21, N 8, 753-758 (1994) для управления пучком усилителя с обращением волнового фронта излучения. Scanning lasers with light-controlled space-time light modulators (PVMS) of various types are also known. Laser with light-controlled PVMS type PROM described in the work of V.N. Alekseeva A.G. Grozny, V.K. Elts and A.N. Zhilina, Abstracts of the All-Union Conference "Laser Optics", Leningrad, 1989, p. 145. This laser was used in the work of V.N. Alekseeva et al. Quantum Electronics, 21, N 8, 753-758 (1994) for controlling an amplifier beam with reversal of the radiation wavefront.

Лазер с ПВМС на жидких кристаллах описан в работе Ф.Л. Владимирова, М.Н. Грознова, А.С. Еременко и др. ж. "Квантовая электроника", т. 12, N 10, 1985, с. 2071. A laser with PVMS on liquid crystals is described in the work of F.L. Vladimirova, M.N. Groznova, A.S. Eremenko and others. "Quantum Electronics", v. 12, N 10, 1985, p. 2071.

Все эти лазеры включают линейный самосопряженный резонатор, ПВМС устанавливается вблизи зеркала резонатора в фокальной перетяжке внутрирезонаторной линзы. All of these lasers include a linear self-conjugated resonator; the PVMS is mounted near the resonator mirror in the focal constriction of the intracavity lens.

Общим недостатком этих лазеров является низкий КПД, вследствие малой лучевой прочности ПВМС (0,1 Дж/см²), невозможность обеспечить одинаковую амплитуду импульсов излучения лазера при сканировании по полю зрения, а также невысокое быстродействие из-за необходимости осуществлять цикл стирания информации.A common drawback of these lasers is their low efficiency, due to the low radiation resistance of the PVMS (0.1 J / cm ² ), the inability to provide the same amplitude of laser radiation pulses when scanning along the field of view, and also low speed due to the need to carry out an information erase cycle.

Известен также лазер с жидкокристаллическим электроуправляемым ПВМС (S-эффект в нематическом ЖК), имеющий в своем составе две сферических линзы сопряженного резонатора, установленных на двойном фокусном расстоянии друг от друга на оси резонатора, два зеркала резонатора в фокусах линз, активный элемент в центре резонатора, пластинка λ/4, установленная между первым зеркалом и линзой резонатора, поляризатор, установленный между вторым зеркалом и второй линзой резонатора и на котором происходит излом оптической оси резонатора, ПВМС установленный между поляризатором и второй линзой резонатора. ПВМС имеет линейку прозрачных электродов N=50. Для уменьшения световой нагрузки на модулятор света осуществляется режим расстройки четвертьволновой развязки (поляризатор-четвертьволновая пластинка-зеркало). Достигнута выходная энергия 200 мкДж при коэффициенте разгрузки ПВМС около 20 (А.Ф. Корнев, В. П. Покровский, Л.Н. Соме, В.К. Ступников, Оптический журнал, 1, 1994, с. 10-25). Недостатком лазера является его низкое быстродействие, связанное с низким быстродействием ЖК ПВМС и малый энергетический выход, несмотря на использование разгрузки ПВМС. Also known is a laser with electrically-controlled liquid crystal PVMS (S-effect in a nematic LC), comprising two spherical conjugate resonator lenses mounted at a double focal distance from each other on the resonator axis, two resonator mirrors in the lens foci, an active element in the center of the resonator , a λ / 4 plate installed between the first mirror and the resonator lens, a polarizer installed between the second mirror and the second resonator lens and on which the optical axis of the resonator is bent, PVMS installed between the polarizer and the second lens of the resonator. PVMS has a line of transparent electrodes N = 50. To reduce the light load on the light modulator, the mode of detuning the quarter-wave decoupling (polarizer-quarter-wave plate-mirror) is carried out. An output energy of 200 μJ was achieved with an unloading coefficient of PVMS of about 20 (A.F. Kornev, V.P. Pokrovsky, L.N.Some, V.K. Stupnikov, Optical Journal, 1, 1994, pp. 10-25). The disadvantage of the laser is its low speed associated with low speed LCD PVMS and low energy output, despite the use of unloading PVMS.

Известен также сканирующий лазер с кольцевым сопряженным резонатором и с вращением поля, предложенный А.А. Калининой, В.В. Любимовым, Л.В. Носовой и Л. Н. Сомсом, (А.С. СССР N 1354318, Б.И. N 43, 1987, с. 222, работа которого описана авторами в журнале "Оптика и спектроскопия", т. 70, выпуск 1, 1991, с. 182). Лазер включает активный элемент, два устройства пространственно-временной селекции мод, отражающие элементы, две сферических линзы, оборачивающую призменную систему, образующие кольцевой самосопряженный резонатор, цилиндрическую линзу вне резонатора. В данном лазере, по предположению авторов, могут быть использованы как светоуправляемые ПВМС, так и электроуправляемые ПВМС, причем в последнем случае первый от выходного зеркала элемент ПВМС должен иметь электроды, расположенные параллельно образующей цилиндрической линзы, установленной вне резонатора. Авторы полагают, что такое устройство резонатора позволяет увеличить КПД лазера или снизить лучевую нагрузку на ПВМС приблизительно в число раз, равное отношению длины элемента ПВМС к его ширине. Работа предложенного лазера была проверена в режиме свободной генерации при имитации ПВМС щелевыми диафрагмами. Недостатком лазера является сложность и дороговизна оптических элементов, необходимость использования полуволнового управляющего напряжения на модуляторах с электрооптическим эффектом, так как в кольцевой схеме лазера излучение только в одном направлении проходит через каждый элемент. Also known is a scanning laser with a ring conjugated resonator and with rotation of the field, proposed by A.A. Kalinina, V.V. Lyubimov, L.V. Nosovoy and L.N.Somsom, (A.S. USSR N 1354318, B.I. N 43, 1987, p. 222, whose work was described by the authors in the journal Optics and Spectroscopy, vol. 70, issue 1, 1991 p. 182). The laser includes an active element, two spatio-temporal mode selection devices, reflective elements, two spherical lenses that wrap around the prism system, forming a ring self-conjugated resonator, and a cylindrical lens outside the resonator. In this laser, according to the authors' assumption, both light-controlled PVMS and electrically-controlled PVMS can be used, and in the latter case, the first PVMS element from the output mirror should have electrodes located parallel to the generatrix of the cylindrical lens mounted outside the resonator. The authors believe that such a resonator device can increase the laser efficiency or reduce the radiation load on the PVMS by approximately a factor equal to the ratio of the length of the PVMS element to its width. The operation of the proposed laser was tested in the free-running mode while simulating PVMS with slit diaphragms. The disadvantage of the laser is the complexity and high cost of the optical elements, the need to use a half-wave control voltage on modulators with an electro-optical effect, since in the ring laser circuit the radiation passes through each element only in one direction.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является сканирующий лазер предложенный В.Н. Алексеевым, В.И. Либером, А.Д. Стариковым (Патент России N 2040090 от 20.07.95., заявка N 93013105 от 10.03.93 г. "Сканирующий лазер") и который может служить прототипом. The closest in technical essence to the proposed invention is a scanning laser proposed by V.N. Alekseev, V.I. Liber, A.D. Starikov (Russian Patent N 2040090 from 07.20.95., Application N 93013105 dated 03/10/93 "Scanning laser") and which can serve as a prototype.

Лазер включает расположенные на оптической оси резонатора частично пропускающее зеркало, первую сферическую линзу, установленную на фокусном расстоянии от зеркала, активный элемент, вторую сферическую линзу, установленную на двойном фокусном расстоянии от первой, полностью отражающее зеркало резонатора, установленное на фокусном расстоянии от второй линзы, электроуправляемый пространственно-временной модулятор света, выполненный в виде двух разнесенных электроуправляемых пластин с линейными управляющими ортогонально расположенными электродами, фазовые пластинки λ/4, расположенные между линзами и зеркалами резонатора, поляризатор, расположенный между линзами, пассивный модулятор добротности резонатора, диафрагму, установленную в общем фокусе линз, а электроуправляемые пластины выполнены из электрооптической керамики и установлены вблизи зеркал резонатора, причем электроды пластин расположены под углом 45^o к плоскости пропускания поляризатора, а программируемое устройство управления блоками питания электроуправляемых пластин позволяет подавать напряжения на электроды, отличающиеся от четвертьволнового на величину, зависящую от номера электродов. Показана возможность сканирования одночастотного моноимпульсного излучения по всему полю зрения ПВМС. Длительность полученных импульсов генерации равна 50 нс, энергия импульсов 400 мкДж. Такая большая по сравнению с другими известными типами ПВМС энергия генерации получается благодаря высокой лучевой прочности ЦТСЛ - керамики.The laser includes a partially transmitting mirror located on the optical axis of the resonator, a first spherical lens mounted at a focal length from the mirror, an active element, a second spherical lens mounted at a double focal length from the first, a fully reflecting resonator mirror mounted at a focal length from the second lens, electrically controlled spatio-temporal light modulator, made in the form of two spaced electrically controlled plates with linear control orthogonally located electrodes, λ / 4 phase plates located between the lenses and the resonator mirrors, a polarizer located between the lenses, a passive cavity Q-switch, a diaphragm mounted in the common focus of the lenses, and electrically controlled plates made of electro-optical ceramics and installed near the cavity mirrors, and the electrodes plates are located at an angle of 45 ^o to the plane of transmission of the polarizer, and a programmable control unit for power supplies of electrically controlled plates allows you to apply voltage n and electrodes that differ from the quarter-wave by an amount that depends on the number of electrodes. The possibility of scanning single-frequency monopulse radiation over the entire field of view of the PWMS is shown. The duration of the generated generation pulses is 50 ns, and the pulse energy is 400 μJ. Compared to other known types of PVMS, such a large generation energy is obtained due to the high radiation resistance of CTSL - ceramics.

Недостатком прототипа, невзирая на высокую лучевую прочность ПВМС на основе электрооптической керамики, все же является невысокий энергетический выход излучения, так как генерация излучения осуществляется в пределах небольшого по размерам пиксела, равного расстоянию между электродами модулятора. Выходная энергия импульса генерации в моноимпульсном режиме ограничивается энергией ≈ 1 мДж, что недостаточно в некоторых применениях. The disadvantage of the prototype, despite the high radiation strength of PVMS based on electro-optical ceramics, is still a low energy output of radiation, since radiation is generated within a small pixel, equal to the distance between the electrodes of the modulator. The output energy of a lasing pulse in a single-pulse mode is limited by an energy of ≈ 1 mJ, which is insufficient in some applications.

Техническим результатом изобретения является увеличение энергетического выхода лазера, расширение области использования сканирующего лазера путем увеличения надежности его работы при одновременном упрощении его схемы и удешевлении. The technical result of the invention is to increase the energy output of the laser, expanding the field of use of the scanning laser by increasing the reliability of its operation while simplifying its design and reducing the cost.

Технический результат достигается тем, что в лазере, включающем, расположенные на оптической оси линейного сопряженного резонатора первое зеркало, первую, установленную на фокусном расстоянии от зеркала линзу, активный элемент, вторую линзу, установленную на двойном фокусном расстоянии от первой, второе зеркало резонатора, установленное на фокусном расстоянии от второй линзы, электроуправляемый пространственно-временной модулятор света, выполненный в виде электроуправляемой пластины из электрооптической керамики с линейными управляющими электродами, установленную вблизи первого зеркала, фазовые пластинки λ/4, расположенные между линзами и зеркалами резонатора, программируемое устройство управления блоком питания электроуправляемой пластины и источник накачки активного элемента лазера, для увеличения энергетического выхода излучения первая линза сопряженного резонатора является цилиндрической линзой, поляризатор установлен между цилиндрической линзой и первым зеркалом резонатора, первая фазовая пластинка λ/4 установлена между поляризатором и первым зеркалом резонатора, причем ось резонатора на поляризаторе изломана по пути распространения s-компоненты поляризованного света, электроды электроуправляемой пластины ориентированы параллельно образующей цилиндрической линзы и установлены под углом 45^o к оси пропускания поляризатора, ось z первой фазовой пластинки ориентирована под углом 45^o к оси s-компоненты поляризованного света, ось z второй фазовой пластинки развернута от этого положения на угол α, выбираемый из условия

где I₁ - интенсивность излучения, прошедшего через поляризатор из резонатора;
I₂ - интенсивность излучения, отраженного от поляризатора в сторону первого зеркала резонатора, оба зеркала резонатора выполнены полностью отражающими, а диафрагма в центре резонатора отсутствует.The technical result is achieved in that in a laser including a first mirror located on the optical axis of the linear conjugated resonator, a first lens mounted at the focal length of the mirror, an active element, a second lens mounted at double focal length from the first, and a second resonator mirror mounted at the focal length from the second lens, an electrically-controlled spatio-temporal light modulator, made in the form of an electrically-controlled plate of electro-optical ceramic with linear controls electrodes mounted near the first mirror, λ / 4 phase plates located between the lenses and the resonator mirrors, a programmable control device for the power supply unit of the electrically controlled plate and a pump source of the active laser element, to increase the radiation energy output, the first conjugated resonator lens is a cylindrical lens, a polarizer is installed between the cylindrical lens and the first resonator mirror, the first λ / 4 phase plate is installed between the polarizer and the first mirror m of the resonator, and the axis of the resonator on the polarizer is broken along the propagation path of the s-component of polarized light, the electrodes of the electrically controlled plate are oriented parallel to the generatrix of the cylindrical lens and are installed at an angle of 45 ^o to the transmission axis of the polarizer, the z axis of the first phase plate is oriented at an angle of 45 ^o to the s axis - components of polarized light, the z axis of the second phase plate is rotated from this position by an angle α, chosen from the condition

where I ₁ - the intensity of the radiation transmitted through the polarizer from the resonator;
I ₂ is the intensity of radiation reflected from the polarizer towards the first resonator mirror, both resonator mirrors are made completely reflective, and there is no diaphragm in the center of the resonator.

Для увеличения энергетического выхода лазера в качестве первой линзы резонатора используется цилиндрическая линза, ось резонатора изломана по пути распространения s-компоненты поляризованного света, ось z второй фазовой пластинки развернута от положения 45^o к оси s-компоненты поляризованного света на угол α, зависящий от коэффициента усиления активной среды и потерь в резонаторе, оба зеркала резонатора выполнены полностью отражающими. В предлагаемом лазере только часть энергии излучения попадает на ПВМС, что уменьшает лучевую нагрузку на элемент вследствие использования разворота оси второй четвертьволновой пластины резонатора, что увеличивает надежность работы ПВМС. Кроме этого, существенно возрастает выходная энергия лазера, так как размер зоны генерации на линейном пикселе ПВМС увеличен до диаметра активного элемента за счет использования цилиндрической линзы в левом плече сопряженного резонатора, так как цилиндрическая линза фокусирует излучение только по одной координате.To increase the laser energy output, a cylindrical lens is used as the first resonator lens, the resonator axis is broken along the propagation path of the s-component of polarized light, the z axis of the second phase plate is rotated from the 45 ^o position to the axis of the polarized light s-component by an angle α, depending on the coefficient gain of the active medium and losses in the resonator, both resonator mirrors are made completely reflective. In the proposed laser, only a part of the radiation energy is transferred to the PWMS, which reduces the radiation load on the element due to the use of the rotation of the axis of the second quarter-wave resonator plate, which increases the reliability of the PWMS. In addition, the laser output energy increases significantly, since the size of the generation zone on the linear pixel of the PVMS is increased to the diameter of the active element due to the use of a cylindrical lens in the left shoulder of the conjugate resonator, since the cylindrical lens focuses radiation in only one coordinate.

Схема предлагаемого сканирующего лазера приведена на чертеже, где первое зеркало сопряженного резонатора - 1, электроуправляемая пластина ПВМС - 2, первая пластинка λ/4 - 3, поляризатор - 4, цилиндрическая линза резонатора - 5, активный элемент лазера - 6, сферическая линза резонатора - 7, вторая пластинка λ/4 - 8, второе зеркало резонатора - 9, программируемое устройство управления - 10, блок питания электроуправляемой пластины - 11, источник питания лазера - 12. The scheme of the proposed scanning laser is shown in the drawing, where the first mirror of the conjugated resonator is 1, the electrically controlled plate PVMS is 2, the first plate λ / 4 is 3, the polarizer is 4, the cylindrical lens of the resonator is 5, the active element of the laser is 6, the spherical lens of the resonator is 7, the second λ / 4 plate is 8, the second resonator mirror is 9, the programmable control device is 10, the power supply unit for the electrically controlled plate is 11, and the laser power supply is 12.

Лазер работает следующим образом. The laser operates as follows.

При включении источника питания (накачки) лазера 12 происходит возбуждение активного элемента лазера 6. В момент достижения максимальной инверсии из программируемого устройства управления 10 в блок питания 11 электроуправляемой пластины 2 подаются электрические импульсы управления, в которых содержится информация о номерах включаемых элементов ПВМС и о величине отличия напряжений на электродах пластин от четвертьволнового. В соответствии с полученной информацией блок питания вырабатывает необходимой величины напряжение и подает его на заданные электроды пластины. В запертом в исходном состоянии четвертьволновой развязкой (поляризатор 4 - пластинка λ/4 3 - зеркало 1, - пластинка λ/4 3 - поляризатор 4) левом плече резонатора начинают выполняться условия возникновения генерации в заданном номером электрода электроуправляемой пластины направлении за счет возникновения двулучепреломления в электрооптической керамике, причем по всей длине зоны между ее электродами, на которые в данный момент подана разность электрических потенциалов и которая равна диаметру активного элемента лазера (так как линза цилиндрическая и фокусирует излучение только в одной плоскости). В других зонах пластины излучение испытывает дополнительные двукратные потери на поляризаторе при двойном проходе резонатора и условие генерации не достигается. When the power source (pump) of the laser 12 is turned on, the active element of the laser 6 is excited. At the moment of maximum inversion, the electric control pulses are fed into the power supply unit 11 of the electrically controlled plate 2 from the programmable control device 10, which contains information about the numbers of the switched on PVMS elements and the value differences between the voltages at the electrodes of the plates from the quarter-wave. In accordance with the information received, the power supply generates the required voltage and supplies it to the specified electrodes of the plate. In a quarter-wave decoupling locked in the initial state (polarizer 4 — plate λ / 4 3 — mirror 1, — plate λ / 4 3 — polarizer 4), the conditions for the generation of generation in the direction given by the electrode number of the electrically-controlled plate due to birefringence electro-optical ceramics, moreover, along the entire length of the zone between its electrodes, which are currently supplied with the difference of electric potentials and which is equal to the diameter of the active element of the laser (since the lens is a cylinder nical and focuses the radiation in one plane only). In other areas of the plate, the radiation experiences an additional twofold loss on the polarizer with a double pass of the resonator and the generation condition is not achieved.

Однако порог генерации лазера не достигается, если ось z второй четвертьволновой пластинки ориентирована под углом 45^o к плоскости поляризации излучения, сформированного цилиндрической линзой и линейным пикселом электроуправляемой пластины ПВМС и отраженного от первого зеркала резонатора 1 и поляризатора, так как после отражения от второго зеркала резонатора излучение полностью проходит через поляризатор и в резонаторе отсутствует обратная связь, необходимая для развития генерации.However, the laser generation threshold is not reached if the z axis of the second quarter-wave plate is oriented at an angle of 45 ^o to the plane of polarization of the radiation formed by the cylindrical lens and the linear pixel of the PVMS electrically controlled plate and reflected from the first mirror of the resonator 1 and the polarizer, since after reflection from the second mirror of the resonator the radiation passes completely through the polarizer and there is no feedback in the resonator necessary for the development of generation.

Поэтому, ось z второй четвертьволновой пластинки должна быть развернута на угол, зависящий от коэффициента усиления активного элемента, потерь излучения в резонаторе и требуемой лучевой "разгрузки" ПВМС. В этом случае часть излучения отражается от поляризатора и возникает обратная связь, необходимая для развития генерации. Therefore, the z axis of the second quarter-wave plate should be rotated through an angle depending on the gain of the active element, radiation losses in the resonator, and the required radiation “unloading” of the PVMS. In this case, part of the radiation is reflected from the polarizer, and feedback arises, which is necessary for the development of generation.

Ранее никогда не использовались лазеры с сопряженным резонатором, одна из линз которого цилиндрическая, а вторая сферическая, а ось резонатора изломана на поляризаторе по пути следования s-поляризованной компоненты излучения в плече сопряженного резонатора с цилиндрической линзой. Перед проведением испытаний макета лазера было совсем не очевидно, что лазер будет работать. Previously, lasers with a conjugated resonator have never been used, one of whose lenses is cylindrical and the second spherical, and the axis of the resonator is broken on the polarizer along the path of the s-polarized radiation component in the arm of the conjugated resonator with a cylindrical lens. Before testing the laser prototype, it was not at all obvious that the laser would work.

Из этого следует, что отличия заявляемого устройства отвечают критерию "Изобретательский уровень решения поставленной задачи". It follows that the differences of the claimed device meet the criterion of "Inventive step of solving the problem."

Предлагаемый лазер является сканирующим только по одной координате. Однако у него могут быть много практически важных применений. В частности, такой лазер можно использовать для маркировки движущихся на конвейере изделий. По принципу действия при маркировке изделий работа такого лазера аналогична работе струйного маркера (такой маркер имеет 7-9 сопел, расположенных по линии. Символы на маркируемом изделии получаются за счет движения объекта). Однако лазерный маркер не имеет главного недостатка струйного - необходимости расположения головки маркера на расстоянии не более 2 см от маркируемой поверхности и ограничения, тем самым, глубины маркируемого рельефа. The proposed laser is scanning only in one coordinate. However, it can have many practically important applications. In particular, such a laser can be used to mark products moving on a conveyor. According to the principle of operation when marking products, the operation of such a laser is similar to the operation of an ink jet marker (such a marker has 7-9 nozzles arranged in a line. Symbols on the marked product are obtained due to the movement of the object). However, the laser marker does not have the main drawback of the inkjet - the necessity of positioning the marker head at a distance of no more than 2 cm from the marked surface and thereby limiting the depth of the marked relief.

В НИИКИ ОЭП ВНЦ "ГОИ им. С.И. Вавилова" создан макет сканирующего лазера с внутрирезонаторным ПВМС на основе прозрачной электрооптической поликристаллической керамики ЦТСЛ - 10. A prototype of a scanning laser with intracavity PVMS based on transparent electro-optical polycrystalline ceramics TsTSL-10 was created at the Research Institute of OEI VSC "GOI named after SI Vavilov".

Электроуправляемая пластина, используемого в макете лазера ПВМС, имеет толщину 0,5 мм, расстояние между электродами 0,45 мм, длина электродов 15 мм. Величина четвертьволнового напряжения на рабочей длине волны лазера 1,064 мкм (лазер твердотельный, активный элемент изготовлен из алюмоиттриевого граната с диаметром 6.3 мм) равна 600 В. Фокусное расстояние линз резонатора 50 см. В качестве модулятора добротности резонатора для получения моноимпульсного режима излучения использовался пассивный затвор на основе кристалла LiF с F- центрами или сам ПВМС (нами было обнаружено, что моноимпульсный режим работы обеспечивается и самим включением пикселя ПВМС). Программируемое устройство управления позволяет задавать номер и порядок включения клапанов ПВМС и величины отклонения напряжения на электродах от четвертьволнового в пределах +20% для блоков импульсного питания пластин. При развороте оси z второй четвертьволновой пластинки от положения 45^o к плоскости поляризации излучения на угол, равный 43-35^o достигнута генерация лазера. При угле разворота меньше 35^o наблюдалось разрушение пикселей ПВМС из-за больной энергии генерации. Длительность полученных импульсов генерации равна 50 нс при использовании пассивного модулятора добротности и 200 нс при использовании самого ПВМС в качестве модулятора добротности, энергия импульсов 3-8 мДж. Такая большая по сравнению с другими известными сканирующими лазерами энергия генерации получается благодаря высокой лучевой прочности ЦТСЛ - керамики и предложенной схеме лазера.The electrically controlled plate used in the mock-up of the PVMS laser has a thickness of 0.5 mm, the distance between the electrodes is 0.45 mm, and the length of the electrodes is 15 mm. The value of the quarter-wave voltage at the working wavelength of the laser is 1.064 μm (the solid-state laser, the active element is made of yttrium aluminum garnet with a diameter of 6.3 mm) is 600 V. The focal length of the resonator lenses is 50 cm. A passive shutter was used to obtain a monopulse radiation mode based on a LiF crystal with F centers or PVMS itself (we found that the monopulse mode of operation is also provided by the inclusion of the PVMS pixel). The programmable control device allows you to set the number and order of switching on the PVMS valves and the deviation of the voltage across the electrodes from the quarter-wave within + 20% for the pulse power supply units of the plates. When the z-axis of the second quarter-wave plate is rotated from a position of 45 ^o to the plane of radiation polarization by an angle equal to 43-35 ^o , laser generation is achieved. At a rotation angle of less than 35 ^o , the destruction of the pixels of the PVMS due to the sick generation energy was observed. The duration of the generated generation pulses is 50 ns when using a passive Q-factor modulator and 200 ns when using the PWMS itself as a Q-factor, pulse energy is 3-8 mJ. Such a large generation energy in comparison with other known scanning lasers is obtained due to the high radiation strength of the CTSL - ceramics and the proposed laser scheme.

Достигнута частота следования импульсов излучения от 10 до 50 кГц в пакете, при последовательном включении 10 пикселей ПВМС, при частоте следования пакетов импульсов 3 -5 Гц. Причем нами зарегистрировано, что для каждой частоты следования импульсов генерации в пакете энергия импульсов стабилизируется при определенном значении энергии импульса накачки и имеет определенное значение. При необходимости стабилизации энергии импульсов на одинаковом уровне при различных частотах следования требуется введение отрицательной обратной связи по выходной энергии импульсов. A pulse repetition rate of 10 to 50 kHz in a packet was achieved with successive switching on of 10 PVMS pixels, with a pulse packet repetition rate of 3-5 Hz. Moreover, we have registered that for each repetition rate of the generation pulses in the packet, the pulse energy stabilizes at a certain value of the pump pulse energy and has a certain value. If it is necessary to stabilize the pulse energy at the same level at different repetition frequencies, the introduction of negative feedback on the output pulse energy is required.

Длительность импульса накачки 1 мс, форма импульса прямоугольная. Нами проведена ресурсная проверка работы лазера. При указанных выше параметрах излучения осуществлено свыше 300000 вспышек лазера без какого-либо снижения параметров излучения или повреждения элементов. The duration of the pump pulse is 1 ms, the pulse shape is rectangular. We conducted a resource check of the laser. With the above radiation parameters, more than 300,000 laser flashes were carried out without any reduction in the radiation parameters or damage to the elements.

При небольших углах сканирования излучения (как нами проверено, до 15 пикселей ПВМС) допустима установка поляризатора между первой линзой резонатора и активным элементом лазера. В этом случае не требуется установки вне резонатора лазера цилиндрической линзы для компенсации цилиндрического волнового фронта пучка, а может быть использована обычная сферическая линза. At small angles of radiation scanning (as we have verified, up to 15 pixels of PWMS), it is permissible to install a polarizer between the first resonator lens and the active element of the laser. In this case, it is not necessary to install a cylindrical lens outside the laser cavity to compensate for the cylindrical wavefront of the beam, but a conventional spherical lens can be used.

Таким образом, введенные отличительные признаки позволили разработать простой по конструкции, надежный в эксплуатации сканирующий лазер, способный по своим параметрам найти широкое применение в лазерных технологиях, в частности для быстрого дистанционного маркирования изделий, для автоматического изготовления клише в полиграфии и т.д., путем термического воздействия на материалы сфокусированным пучком. Thus, the distinguishing features introduced made it possible to develop a scanning laser that was simple in design and reliable in operation, capable of finding widespread use in laser technologies in its parameters, in particular, for fast remote marking of products, for the automatic production of cliches in printing, etc., by thermal effects on materials with a focused beam.

Сказанное выше позволяет считать предложенное изобретение новым и полезным. The foregoing allows us to consider the proposed invention as new and useful.

Claims

1. A laser comprising a mirror located on the optical axis of the resonator, a first λ / 4 phase plate, a first lens mounted at a focal length from the mirror, an active element, a second lens mounted at a double focal length from the first, and a second λ / 4 phase lens, a second resonator mirror mounted at a focal distance from the second lens; an electrically controlled spatio-temporal light modulator made in the form of an electrically controlled plate of electro-optic ceramics with linear control electrodes; Mounted near the first mirror, a polarizer installed between the phase plates, a programmable control device for the power supply of the electrically controlled plate, a laser pump source, characterized in that the first resonator lens is cylindrical, a polarizer and a cylindrical lens are installed between the first λ / 4 phase plate and the active element, the optical axis of the cavity is broken on the polarizer along the propagation path of the S-component of polarized radiation, the electrodes of the electrically controlled plate are oriented are parallel to the generatrix of the cylindrical lens and mounted at an angle of 45 ^o to the transmission axis of the polarizer, the z axis of the first phase plate is oriented at an angle of 45 ^o to the axis of the S component of polarized light, the z axis of the second phase plate is rotated from this position by an angle α, chosen from the condition

where I ₁ - the intensity of the radiation transmitted through the polarizer from the resonator;
I ₂ is the intensity of the radiation reflected from the polarizer towards the first resonator mirror, both resonator mirrors are made completely reflective.

2. The laser according to claim 1, characterized in that it additionally includes a passive Q-switch.