RU2410809C1 - Electric field controlled solid-state laser and method of shifting solid-state laser frequency - Google Patents
Electric field controlled solid-state laser and method of shifting solid-state laser frequency Download PDFInfo
- Publication number
- RU2410809C1 RU2410809C1 RU2009124323/28A RU2009124323A RU2410809C1 RU 2410809 C1 RU2410809 C1 RU 2410809C1 RU 2009124323/28 A RU2009124323/28 A RU 2009124323/28A RU 2009124323 A RU2009124323 A RU 2009124323A RU 2410809 C1 RU2410809 C1 RU 2410809C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- prism
- radiation
- active element
- solid
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к твердотельным лазерам на активных центрах. Возбуждение излучения в данных лазерах осуществляется с помощью луча накачки от другого лазера. Обратная связь в таких структурах осуществляется с помощью периодического изменения оптических параметров активной среды, так называемой распределенной обратной связи (РОС) [1], при этом генерируемое излучение распространяется вдоль активного слоя, допированного активными центрами, то есть здесь осуществляется волноводный режим генерации.The invention relates to laser technology, namely to solid-state lasers at active centers. The radiation in these lasers is excited by a pump beam from another laser. Feedback in such structures is carried out by periodically changing the optical parameters of the active medium, the so-called distributed feedback (POC) [1], while the generated radiation propagates along the active layer doped with active centers, that is, the waveguide generation mode is implemented here.
Регулярная модуляция оптических параметров активного слоя может быть постоянной, например, в виде периодического изменения показателя преломления. Такая РОС называется морфологической. Кроме того, модуляция оптических параметров может возникать только в процессе накачки, например модуляция населенности возбужденных уровней активных центров. Такая РОС называется динамической или светоиндуцированной и может быть получена при возбуждении активного слоя через периодическую маску (голографическую решетку) или при интерференции когерентных лучей накачки. РОС, полученная в результате интерференции лучей накачки, носит еще название голографическая РОС.Regular modulation of the optical parameters of the active layer can be constant, for example, in the form of a periodic change in the refractive index. This ROS is called morphological. In addition, modulation of optical parameters can occur only during pumping, for example, modulation of the population of excited levels of active centers. Such an ROS is called dynamic or light-induced and can be obtained by excitation of the active layer through a periodic mask (holographic lattice) or by interference of coherent pump rays. ROS obtained as a result of interference of pump beams is also called holographic ROS.
Волноводные лазеры могут быть реализованы в тонких слоях жидких растворов красителей [2, 3], в допированных красителями полимерах [4-6], в жидкокристаллических слоях с красителями [7-9] и в стеклянных матрицах с внедренными в них активными центрами, полученными с помощью золь-гельного процесса [10,11].Waveguide lasers can be implemented in thin layers of liquid solutions of dyes [2, 3], in doped polymers [4-6], in liquid crystal layers with dyes [7-9] and in glass matrices with active centers embedded in them, obtained with using the sol-gel process [10,11].
В настоящее время наблюдается значительный интерес к разработке твердотельных лазеров на активных центрах вследствие хорошей перспективы их применения в фотонных технологиях, включая дисплейную и лазерную технологию, а также в телекоммуникации. Твердотельные лазеры на активных центрах с динамической РОС генерируют короткие импульсы с узкими линиями и, следовательно, являются перспективными компактными когерентными источниками света. Тонкопленочные волноводные лазеры необходимы для эффективного встраивания в планарные волноводные схемы.Currently, there is considerable interest in the development of solid-state lasers on active centers due to the good prospects for their application in photon technologies, including display and laser technology, as well as in telecommunications. Solid-state active-center lasers with dynamic ROS generate short pulses with narrow lines and, therefore, are promising compact coherent light sources. Thin-film waveguide lasers are essential for efficient integration into planar waveguide circuits.
Золь-гельный метод хорошо подходит для изготовления активных устройств, так как большое количество функциональных активных центров может быть внедрено в стеклянную матрицу (например, редкоземельные элементы, полупроводники, органические красители и т.п.). В большинстве практических применений в интегральной оптике прямоугольные диэлектрические волноводы - наиболее часто используемая структура, на которой основаны многие активные или пассивные устройства (волноводные фильтры, оптические переключатели, мультиплексоры и т.д.).The sol-gel method is well suited for the manufacture of active devices, since a large number of functional active centers can be embedded in a glass matrix (for example, rare-earth elements, semiconductors, organic dyes, etc.). In most practical applications in integrated optics, rectangular dielectric waveguides are the most commonly used structure on which many active or passive devices are based (waveguide filters, optical switches, multiplexers, etc.).
Стеклянные волноводы имеют определенные преимущества перед полимерами благодаря более высокому показателю преломления. Высокий индекс преломления делает возможным изготовление волноводных пленок на большом количестве подложек (боросиликатных стеклах, кварце, плавленом кварце, полимерах и т.д.), а прозрачность в коротковолновой части спектра позволяет получать лазерную генерацию в ультрафиолетовой и сине-зеленой частях спектра. Неорганические стекла, допированные лазерными красителями, могут быть изготовлены методом низкотемпературной золь-гельной технологии.Glass waveguides have certain advantages over polymers due to their higher refractive index. A high refractive index makes it possible to fabricate waveguide films on a large number of substrates (borosilicate glasses, quartz, fused silica, polymers, etc.), and transparency in the short-wavelength part of the spectrum allows laser generation in the ultraviolet and blue-green parts of the spectrum. Inorganic glasses doped with laser dyes can be made using the low-temperature sol-gel technology.
Длина волны излучения λg при голографическом методе накачки определяется условием Брэгга и зависит от величины показателя преломления активной среды n и угла схождения интерферирующих лучей 2θ:The radiation wavelength λ g for the holographic pump method is determined by the Bragg condition and depends on the value of the refractive index of the active medium n and the convergence angle of the interfering rays 2θ:
здесь λg - длина волны излучения накачки, М- порядок Брэгговской дифракции. Соответственно управление длиной волны лазерной генерации при голографическом методе накачки может осуществляться либо путем изменения эффективного показателя преломления активной среды, либо изменением угла схождения возбуждающих лучей.here λ g is the pump radiation wavelength, and M is the Bragg diffraction order. Accordingly, the control of the laser wavelength with the holographic pump method can be carried out either by changing the effective refractive index of the active medium, or by changing the angle of convergence of the exciting rays.
Известен способ управления длиной волны лазерной генерации в волноводном лазере при голографическом способе накачки с помощью электрического поля, воздействующего на ориентацию жидкого кристалла, являющегося активной средой [7, 8]. Известен также способ получения лазерной генерацией и управления длиной волны лазерного излучения в холестерическом жидкокристаллическом лазере посредством управляемой электрическим полем фазовой пластинки [9]. Кроме того, известен способ управления длиной волны генерации в золь-гельных матрицах, допированных красителем, посредством механического изменения угла падения луча накачки [10, 11]. Следует заметить, что управление длиной волны генерации с помощью электрического поля имеет значительные преимущества перед механическим управлением в скорости, в надежности и в простоте реализации. Однако твердотельные лазеры удобнее в применении, чем жидкостные.A known method of controlling the wavelength of laser generation in a waveguide laser with a holographic pumping method using an electric field that affects the orientation of a liquid crystal, which is an active medium [7, 8]. There is also known a method of obtaining laser generation and controlling the wavelength of laser radiation in a cholesteric liquid crystal laser by means of an electric field-controlled phase plate [9]. In addition, there is a known method for controlling the generation wavelength in sol-gel matrices doped with dye by mechanically changing the angle of incidence of the pump beam [10, 11]. It should be noted that control of the generation wavelength using an electric field has significant advantages over mechanical control in speed, reliability and ease of implementation. However, solid-state lasers are more convenient to use than liquid lasers.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению и выбранным в качестве прототипа является твердотельный волноводный лазер [11] на основе золь-гельного стекла, допированного активными центрами, возбуждаемого второй гармоникой Nd:YAG лазера с помощью прямоугольной призмы. Луч накачки проходит через поляризатор для создания необходимой линейной поляризации света и расширяется с помощью телескопической системы, состоящей из двух линз - отрицательной и положительной. Далее луч фокусируется с помощью цилиндрической линзы в узкую тонкую полоску и падает на гипотенузную грань прямоугольной призмы с нанесенным отражающим слоем на одном из катетов. На другой катетной грани установлен образец золь-гельной стеклянной пластины, допированной активными центрами, находящийся в оптическом контакте, обеспеченном силиконовым маслом, с гранью призмы. Часть луча накачки падает непосредственно на грань, контактирующую с золь-гельным образцом. Другая часть луча сначала падает на перпендикулярную грань призмы с нанесенным слоем хрома, далее отражается от нее и также падает на грань, контактирующую с образцом, создавая интерференционную картину. Интерференционная картина представляет собой чередующиеся темные и светлые полосы с периодом d, определяемым формулой:Closest to the proposed invention and selected as a prototype is a solid-state waveguide laser [11] based on sol-gel glass doped with active centers, excited by the second harmonic of an Nd: YAG laser using a rectangular prism. The pump beam passes through the polarizer to create the necessary linear polarization of light and expands with the help of a telescopic system consisting of two lenses - negative and positive. Then the beam is focused using a cylindrical lens into a narrow thin strip and falls on the hypotenuse face of a rectangular prism with a reflective layer deposited on one of the legs. A sample of a sol-gel glass plate doped with active centers, which is in optical contact, provided with silicone oil, with the face of the prism, is installed on the other leg. Part of the pump beam falls directly on the face in contact with the sol-gel sample. Another part of the beam first falls on the perpendicular face of the prism with a deposited layer of chromium, then it is reflected from it and also falls on the face in contact with the sample, creating an interference pattern. The interference pattern is an alternating dark and light stripes with a period d defined by the formula:
здесь λp - длина волны излучения накачки, n1 - показатель преломления призмы, β - угол призмы, прилегающий к катетной грани, на которой происходит интерференция света, φ - угол падения луча накачки на гипотенузную грань. В соответствии с периодом модуляции накачки возникает генерация излучения, определяемая условием Брэгга (1):here λ p is the wavelength of the pump radiation, n 1 is the refractive index of the prism, β is the angle of the prism adjacent to the cathete face at which light interference occurs, φ is the angle of incidence of the pump beam on the hypotenuse face. In accordance with the period of pump modulation, radiation generation occurs, which is determined by the Bragg condition (1):
Из формулы (3) видно, что изменение угла падения луча накачки на грань призмы приведет к изменению периода модуляции накачки и соответственно к изменению длины генерации излучения.It can be seen from formula (3) that a change in the angle of incidence of the pump beam on the prism face will lead to a change in the period of pump modulation and, accordingly, to a change in the length of radiation generation.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание способа и устройства, позволяющего управлять длиной волны лазерной генерации твердотельного лазера на активных центрах, возбуждаемого лучом накачки другого лазера с помощью электрического напряжения за счет возможности переключения частоты излучения.The problem to which the invention is directed is the creation of a method and device that allows you to control the wavelength of laser generation of a solid-state laser at active centers, excited by the pump beam of another laser using electric voltage due to the ability to switch the radiation frequency.
Данный технический результат достигается тем, что в твердотельный лазер, состоящий из последовательно расположенных на одной оптической оси источника лазерного излучения, поляризатора, телескопической системы из двух линз, собирающей цилиндрической линзы, твердотельного активного элемента в виде прямоугольной призмы, одна из катетных граней которой содержит элемент на основе золь-гельного образца, допированного активными центрами, а вторая катетная грань содержит отражающий слой, согласно изобретению дополнительно между источником излучения и активным элементом установлен электрооптический дефлектор, содержащий оптически связанные жидкокристаллическую твист-ячейку, управляемую электрическим полем (электрическим напряжением), и двулучепреломляющую призму.This technical result is achieved by the fact that in a solid-state laser, consisting of a laser radiation source, a polarizer, a telescopic system of two lenses that collect a cylindrical lens, and a solid-state active element in the form of a rectangular prism, one of the leg faces of which contains an element based on a sol-gel sample doped with active centers, and the second leg of the cathete contains a reflective layer, according to the invention, additionally between the source radiation and an active element, an electro-optical deflector is installed, containing an optically coupled liquid crystal twist cell, controlled by an electric field (voltage), and a birefringent prism.
Способ переключения частоты твердотельного лазера заключается в следующем. Проводят возбуждение активного элемента лазера исходным лазерным излучением в виде двух сходящихся когерентных пучков света, образованных путем расщепления излучения на прямоугольной призме, для создания распределенной обратной связи в виде периодического изменения оптических параметров активного элемента за счет интерференции этих пучков, согласно изобретению изменяют угол падения исходного лазерного излучения на активный элемент путем пропускания его через жидкокристаллическую твист-ячейку, управляемую электрическим полем (электрическим напряжением), изменяющую плоскость поляризации исходного лазерного излучения на 90°, и далее пропускают лучи через двулучепреломляющую призму, отклоняющую исходное излучение с различными плоскостями поляризации на различные углы.The method of switching the frequency of a solid-state laser is as follows. The active element of the laser is excited by the initial laser radiation in the form of two converging coherent light beams formed by splitting the radiation on a rectangular prism to create distributed feedback in the form of periodic changes in the optical parameters of the active element due to interference of these beams. According to the invention, the angle of incidence of the original laser is changed radiation to the active element by passing it through a liquid crystal twist cell controlled by an electric field (electric electric voltage), which changes the plane of polarization of the initial laser radiation by 90 °, and then the rays are transmitted through a birefringent prism, which deflects the initial radiation with different planes of polarization at different angles.
Решение поставленной задачи при реализации изобретения обеспечивается за счет того, что перед лазерным элементом на основе твердотельного золь-гельного волновода, допированного активными центрами, находящегося в оптическом контакте с одной из катетных граней прямоугольной призмы и возбуждаемого лучом накачки другого лазера, дополнительно устанавливается электрооптический дефлектор, то есть устройство, отклоняющее луч накачки на угол γ под действием электрического напряжения.The solution of the problem in the implementation of the invention is ensured by the fact that in front of the laser element based on a solid-state sol-gel waveguide doped with active centers, which is in optical contact with one of the cathete faces of a rectangular prism and excited by a pump beam of another laser, an additional electro-optical deflector is installed, that is, a device deflecting a pump beam by an angle γ under the influence of an electric voltage.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фигурами 1-4 и иллюстрируется примерами 1-2. На фиг.1 изображена блок-схема твердотельного лазера; на фиг.2 изображена блок-схема оптического дефлектора; на фиг.3, 4 изображены спектры генерации излучения лазерного элемента при различных оптических параметрах.The essence of the invention is illustrated by figures 1-4 and is illustrated by examples 1-2. Figure 1 shows a block diagram of a solid-state laser; figure 2 shows a block diagram of an optical deflector; figure 3, 4 shows the emission spectra of the laser element at various optical parameters.
Фиг.1 изображает блок-схему лазерного элемента и поясняет способ получения лазерной генерации с переключаемой длиной волны излучения при изменении угла падения луча накачки. Блок-схема содержит: 1 - поляризатор для создания необходимой линейной поляризации света; 2 - отрицательная линза; 3 - положительная линза; 4 - цилиндрическая линза; 5 - электрооптический дефлектор; 6 - прямоугольная призма; 7 - отражающий слой прямоугольной призмы; 8 - покрытие силиконовым маслом, обеспечивающее оптический контакт золь-гельного образца с призмой; 9 - золь-гельный образец, допированный активными центрами.Figure 1 depicts a block diagram of a laser element and explains a method for producing laser radiation with a switchable radiation wavelength when the angle of incidence of the pump beam changes. The block diagram contains: 1 - a polarizer to create the necessary linear polarization of light; 2 - negative lens; 3 - positive lens; 4 - a cylindrical lens; 5 - electro-optical deflector; 6 - a rectangular prism; 7 - a reflective layer of a rectangular prism; 8 - coating with silicone oil, providing optical contact of the sol-gel sample with a prism; 9 - sol-gel sample doped with active centers.
На фиг.2 представлена блок-схема электрооптического дефлектора 5, управляемого электрическим полем и состоящего из жидкокристаллической (ЖК) твист-ячейки и призмы 10 из двулучепреломляющего материала. Жидкокристаллическая ячейка содержит: 11 - стекла; 12 - прокладки, задающие толщину жидкокристаллического слоя; 13 - прозрачные токопроводящие покрытия; 14 - соединительные провода для подачи напряжения на ячейку; 15 - нематический жидкий кристалл (НЖК).Figure 2 presents a block diagram of an electro-optical deflector 5 controlled by an electric field and consisting of a liquid crystal (LCD) twist cell and a
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Исходный луч накачки проходит через поляризатор 1 для создания необходимой линейной поляризации света и расширяется с помощью телескопической системы, состоящей из двух линз, отрицательной 2 и положительной 3. Далее луч фокусируется с помощью цилиндрической линзы 4 в узкую тонкую полоску и с длиной волны λр падает на жидкокристаллическую ячейку, состоящую из двух стеклянных пластин 11, прозрачных электродов, нанесенных на внутренние поверхности пластин 13, прокладок 12, задающих толщину слоя жидкого кристалла, и нематического жидкого кристалла 15, а также соединительных проводов 14 для подачи электрического напряжения. Ориентация нематического жидкого кристалла (НЖК) на поверхности подложек планарная. Направления ориентации на подложках повернуты на угол 90°. Такая ячейка называется «твист-ячейка». Если параметры НЖК и толщина ячейки удовлетворяют условию Могена: λp<<(n||-n⊥).d, то твист-ячейка изменяет направление поляризации линейно-поляризованного света, прошедшего через нее, на 90°. Здесь λр - длина волны излучения накачки, n|| - показатель преломления НЖК параллельно направлению директора, n⊥ - показатель преломления перпендикулярно направлению директора, d - толщина слоя НЖК. При подаче напряжения на твист-ячейку нематический жидкий кристалл (НЖК) изменяет свою ориентацию с планарно-закрученной на гомеотропную. В этом случае прошедший через твист-ячейку свет сохраняет направление исходной поляризации. Таким образом, с помощью твист-ячейки осуществляется переключение направления линейной поляризации света на 90°.The initial pump beam passes through the polarizer 1 to create the necessary linear polarization of light and expands using a telescopic system consisting of two lenses, negative 2 and positive 3. Next, the beam is focused using a cylindrical lens 4 into a narrow thin strip and with a wavelength of λ p drops on a liquid crystal cell consisting of two
После прохождения твист-ячейки линейно-поляризованный свет проходит через прямоугольную призму 10 из двулучепреломляющего материала, с углом при вершине α. В общем случае в призме распространяются два луча - обыкновенный и необыкновенный, углы преломления которых определяются показателями преломления для обыкновенного луча n0 и необыкновенного луча ne соответственно. Можно выбрать направление линейной поляризации луча и направление главных осей двулучепреломляющего материала таким образом, что в призме будет распространяться только один луч - обыкновенный или необыкновенный. Если луч падает нормально на одну из катетных граней и оптическая ось материала призмы параллельна этой грани, но перпендикулярна другой, то угол между обыкновенным и необыкновенным лучами на выходе из призмы будет определяться соотношением:After passing through a twist cell, linearly polarized light passes through a
Теперь направляем луч света на лазерный элемент на основе золь-гельного волновода и, переключая напряжение на твист-ячейке, меняем угол падения луча на лазерный элемент и тем самым меняем длину волны генерации света. При этом луч падает на гипотенузную грань прямоугольной призмы 6 с нанесенным отражающим слоем на одном из катетов 7. На другой катетной грани установлен образец золь-гельной стеклянной пластины 9, допированной активными центрами, находящийся в оптическом контакте, обеспеченном силиконовым маслом 8, с гранью призмы. Часть луча накачки падает непосредственно на грань, контактирующую с золь-гельным образцом 9. Другая часть луча сначала падает на перпендикулярную грань призмы с нанесенным слоем хрома, далее отражается от нее и также падает на грань, контактирующую с образцом, создавая интерференционную картину.Now we direct the light beam to the laser element based on the sol-gel waveguide and, by switching the voltage on the twist cell, we change the angle of incidence of the beam on the laser element and thereby change the wavelength of light generation. In this case, the beam falls on the hypotenuse face of a rectangular prism 6 with a reflective layer deposited on one of the legs 7. A sample of a sol-gel glass plate 9 doped with active centers, which is in optical contact provided with silicone oil 8 with the face of the prism, is mounted on the other side of the leg. . Part of the pump beam falls directly on the face in contact with the sol-gel sample 9. Another part of the beam first falls on the perpendicular face of the prism with a chromium layer deposited, then it is reflected from it and also falls on the face in contact with the sample, creating an interference pattern.
Сущность способа управления длиной волны лазерного излучения - переключения частоты твердотельного лазера, поясняется фигурой 2 и состоит в том, что к стандартной схеме получения лазерной генерации в золь-гельном элементе, возбуждаемого голографическим способом с помощью призмы с отражающим покрытием, добавляется электрооптический дефлектор, отклоняющий под воздействием электрического напряжения поляризованный луч света на определенный угол. Электрооптический дефлектор состоит из жидкокристаллической ячейки, поворачивающей плоскость поляризации проходящего через нее света на 90°, и двулучепреломляющей призмы 10, отклоняющей свет с взаимно-перпендикулярными направлениями поляризации на разные углы.The essence of the method of controlling the wavelength of laser radiation - switching the frequency of a solid-state laser, is illustrated in figure 2 and consists in the fact that to the standard scheme for laser generation in a sol-gel element excited by a holographic method using a prism with a reflective coating, an electro-optical deflector deflecting under the effect of electric voltage polarized light beam at a certain angle. The electro-optical deflector consists of a liquid crystal cell that rotates the plane of polarization of the light passing through it by 90 °, and a
Таким образом, совместное действие жидкокриталлической ячейки и двулучепреломляющей призмы приводит к изменению угла падения луча накачки на отражающую призму и, как следствие, к изменению длины волны генерации излучения.Thus, the combined action of the liquid crystal cell and the birefringent prism leads to a change in the angle of incidence of the pump beam on the reflective prism and, as a consequence, to a change in the radiation generation wavelength.
Фиг.3 изображает спектры генерации излучения лазерного элемента с двулучепреломляющей призмой с углом α при вершине 15°. Длина волны генерации λg при нулевом напряжении на жидкокристаллической ячейке составляет 592.07 нм и 602.7 нм при включенном напряжении.Figure 3 depicts the emission spectra of the laser element with a birefringent prism with an angle α at an apex of 15 °. The generation wavelength λ g at zero voltage on the liquid crystal cell is 592.07 nm and 602.7 nm when the voltage is on.
Фиг.4 изображает спектры генерации излучения лазерного элемента с двулучепреломляющей призмой с углом α при вершине 4°. Длина волны генерации λg при нулевом напряжении на жидкокристаллической ячейке составляет 608.8 нм и 612.03 нм при включенном напряжении.Figure 4 depicts the emission spectra of a laser element with a birefringent prism with an angle α at an apex of 4 °. The generation wavelength λ g at zero voltage on the liquid crystal cell is 608.8 nm and 612.03 nm when the voltage is on.
Пример 1Example 1
Жидкокристаллическая ячейка состоит из двух стекол К-8. Прозрачные электроды представляют слой окиси индия с окисью олова. В качестве жидкого кристалла взят нематический жидкий кристалл ЖКМ-1289 (ГНЦ РФ «НИОПИК»), с n||=1.678 и n⊥=1.510. Прозрачные электроды покрыты ориентирующим слоем полиимда. Направление ориентации задается натиранием во взаимно-перпендикулярных направлениях на каждом из стекол. Луч накачки, представляющий собой вторую гармонику Nd3+:YAG лазера, поляризованный в плоскости рисунка (направление поляризации обозначено стрелками), падает на ЖК ячейку. При нулевом напряжении на ячейке свет меняет свою поляризацию на ортогональную и на выходе из ячейки имеет поляризацию, перпендикулярную плоскости рисунка (направление поляризации обозначено кружочками с точками). При подаче напряжения на ячейку свет сохраняет исходную поляризацию в плоскости рисунка. Далее свет падает на призму из двулучепреломляющего материала кальцита (Са2СО3) с показателями преломления ne=1.660 и n0=1.487, углом при вершине призмы α=15°, и отклоняется на некоторый угол, зависящий от направления поляризации света. Угол γ между лучами с взаимно-перпендикулярными направлениями поляризации в соответствии с формулой (4) составляет ~2°35'42''. Далее луч накачки с той или иной поляризацией падает на гипотенузную грань прямоугольной призмы из стекла К-8. Угол при вершине призмы β=60° (фиг.1). Такая геометрия позволяет получать лазерную генерацию в спектральном диапазоне вблизи 600 нм для 1-го порядка дифракции Брэгга. На катетную грань, составляющую угол 30° с гипотенузной гранью, нанесено отражающее покрытие из хрома. Коэффициент отражения ~ 70%. Активный элемент, представляющий собой золь-гельное стекло, размерами 10×10×2 мм, допированный лазерным красителем Родамин 4С с концентрацией 6·10-5 М, прикреплен к другой катетной грани с помощью иммерсионной жидкости. При угле падения луча накачки на гипотенузную грань φ=0° длина волны генерации λg в соответствии с формулой (3) составляет 592.0 нм. При подаче напряжения на ЖК ячейку угол падения луча накачки изменяется на 2°35'42'', а длина волны генерации составляет 602.7 нм. Спектры генерации для лазерного элемента данной генерации приведены на фиг.3.The liquid crystal cell consists of two K-8 glasses. The transparent electrodes are a layer of indium oxide with tin oxide. As a liquid crystal, a nematic liquid crystal, ZhKM-1289 (SSC RF “NIOPIK”), with n || = 1.678 and n ⊥ = 1.510. The transparent electrodes are coated with an orienting layer of polyimide. The orientation direction is set by rubbing in mutually perpendicular directions on each of the glasses. The pump beam, which is the second harmonic of the Nd 3+ : YAG laser, polarized in the plane of the figure (the direction of polarization is indicated by arrows), falls on the LCD cell. At zero voltage on the cell, the light changes its polarization to orthogonal and at the exit from the cell has a polarization perpendicular to the plane of the picture (the direction of polarization is indicated by circles with dots). When voltage is applied to the cell, the light preserves the initial polarization in the plane of the figure. Further, the light falls on a prism from a birefringent calcite material (Ca 2 CO 3 ) with refractive indices n e = 1.660 and n 0 = 1.487, an angle at the apex of the prism α = 15 °, and deviates by a certain angle, depending on the direction of polarization of light. The angle γ between the rays with mutually perpendicular directions of polarization in accordance with formula (4) is ~ 2 ° 35'42 ''. Next, a pump beam with one or another polarization falls on the hypotenuse face of a rectangular prism made of K-8 glass. The angle at the apex of the prism β = 60 ° (figure 1). Such a geometry makes it possible to obtain laser generation in the spectral range near 600 nm for the first order Bragg diffraction. A reflective chromium coating is applied to the side of the leg, which makes an angle of 30 ° with the hypotenuse face. Reflection coefficient ~ 70%. The active element, which is a sol-gel glass, measuring 10 × 10 × 2 mm, doped with a laser dye Rhodamine 4C with a concentration of 6 · 10 -5 M, is attached to another catheter face using immersion fluid. When the angle of incidence of the pump beam on the hypotenuse face is φ = 0 °, the generation wavelength λ g in accordance with formula (3) is 592.0 nm. When voltage is applied to the LCD cell, the angle of incidence of the pump beam changes by 2 ° 35'42 '', and the generation wavelength is 602.7 nm. The generation spectra for the laser element of this generation are shown in Fig.3.
Пример 2Example 2
Вся конструкция лазерного элемента такая же, как и в примере 1, только изменена конструкция двулучепреломляющей призмы из кальцита. Изменения касаются угла α при вершине призмы. В данном случае он составляет около 4°. Тогда угол γ между лучами с взаимно-перпендикулярными направлениями поляризации в соответствии с формулой (4) составляет ~41'31''. А угол падения луча накачки на гипотенузную грань φ при нулевом напряжении на жидкокристаллической ячейке составляет 4°. При этом длина волны генерации λg в соответствии с формулой (3) составляет 608.8 нм. При подаче напряжения на ЖК ячейку угол падения луча накачки соответственно изменяется на 41'31'', а длина волны генерации составляет около 612.0 нм. Спектры генерации для лазерного элемента данной конструкции приведены на фиг.4.The entire design of the laser element is the same as in example 1, only the design of the birefringent prism of calcite is changed. The changes concern the angle α at the apex of the prism. In this case, it is about 4 °. Then the angle γ between the rays with mutually perpendicular directions of polarization in accordance with formula (4) is ~ 41'31 ''. And the angle of incidence of the pump beam on the hypotenuse face φ at zero voltage on the liquid crystal cell is 4 °. In this case, the generation wavelength λ g in accordance with formula (3) is 608.8 nm. When voltage is applied to the LCD cell, the angle of incidence of the pump beam accordingly changes by 41'31 '', and the generation wavelength is about 612.0 nm. The generation spectra for the laser element of this design are shown in Fig.4.
Учитывая вышеизложенное согласно предложенному изобретению, совместное действие жидкокристаллической ячейки и двулучепреломляющей призмы приводит к изменению угла падения луча накачки на отражающую призму и, как следствие, к изменению длины волны генерации излучения. Управление длиной волны генерации с помощью электрического поля имеет значительные преимущества перед механическим управлением в скорости, в надежности и в простоте реализации. При этом твердотельные лазеры обладают большей перспективой в применении, чем жидкостные.Considering the foregoing according to the proposed invention, the combined action of the liquid crystal cell and the birefringent prism leads to a change in the angle of incidence of the pump beam on the reflective prism and, as a consequence, to a change in the wavelength of the radiation generation. Controlling the generation wavelength using an electric field has significant advantages over mechanical control in speed, reliability and ease of implementation. In this case, solid-state lasers have a greater prospect in application than liquid ones.
Источники информацииInformation sources
1. Н.Kogelnik, and C.V.Shank, Appl, Phys. Lett. 18, 152 (1971).1. H. Kogelnik, and C. V. Schank, Appl. Phys. Lett. 18, 152 (1971).
2. C.V.Shank, J.E.Bjorkholm, Н.Kogelnik, Appl. Phys. Letts., 18, 395 (1971).2. C.V.Shank, J.E. Bjorkholm, H. Kogelnik, Appl. Phys. Letts., 18, 395 (1971).
3. J.E.Bjorkholm, C.V.Shank, Appl. Phys. Letts., 20, 306 (1972).3. J.E. Bjorkholm, C. V. Shank, Appl. Phys. Letts., 20, 306 (1972).
4. В.М.Катаркевич, А.Н.Рубинов, С.А.Рыжечкин, Т.Ш.Эфендиев. Квантовая электроника, 21, 934 (1994).4. V.M. Katarkevich, A.N. Rubinov, S.A. Ryzhechkin, T.Sh. Efendiev. Quantum Electronics, 21, 934 (1994).
5. N.Maeda, Y. Oki, К.Imamura, IEEE J. Quantum Electron, 33, 2146 (1997).5. N. Maeda, Y. Oki, K. Imamura, IEEE J. Quantum Electron, 33, 2146 (1997).
6. L.Rocha, V.Dumarcher, С.Denis, P.Raimond, C.Fiorini, J. Appl. Phys., 89, 3067 (2001).6. L. Rocha, V. Dumarcher, C. Denis, P. Raymond, C. Fiorini, J. Appl. Phys., 89, 3067 (2001).
7. Т.Matsui, M.Ozaki, К.Yoshino, Appl. Phys. Lett., 83, 422 (2003).7. T. Matsui, M. Ozaki, K. Yoshino, Appl. Phys. Lett., 83, 422 (2003).
8. G.S. He, T.-Ch. Lin, V.K.S. Hsiao, A.N.Cartwright, P.N.Prasad, L.V.Natarajan, V.P.Tondiglia, R.Jacubiak, R.A.Vaia, and T.J.Bunning, Appl. Phys. Lett., 83, 2733 (2003).8. G.S. He, T.-Ch. Lin, V.K.S. Hsiao, A.N. Cartwright, P.N. Prasad, L.V. Natarajan, V.P. Tondiglia, R. Jacubiak, R.A. Vaia, and T.J. Bunning, Appl. Phys. Lett., 83, 2733 (2003).
9. Б.А.Уманский, М.И.Барник, Л.М.Блинов, В.В.Лазарев, С.П.Палто, Н.М.Штыков, С.В.Яблонский, С.В.Яковлев. Патент RU 2341856 (2006).9. B.A. Umansky, M.I.Barnik, L.M. Blinov, V.V. Lazarev, S.P.Palto, N.M. Shtykov, S.V. Yablonsky, S.V. Yakovlev. Patent RU 2341856 (2006).
10. X.-L. Zhu, S.-K. Lam, and D. Lo, Appl. Opt, 39, 3104 (2000).10.X.-L. Zhu, S.-K. Lam, and D. Lo, Appl. Opt, 39, 3104 (2000).
11. V.G.Balenko, A.G.Vitukhnovskii, A.I.Drobysh, A.V.Kovtun, A.M.Leontovich, V.M.Mizin, and A.F.Shalin, J. Rus. Las. Res., 24, 399 (2003).11. V. G. Balenko, A. G. Vitukhnovskii, A. I. Drobysh, A. V. Kovtun, A. M. Leontovich, V. M. Mizin, and A. F. Shalin, J. Rus. Las. Res., 24, 399 (2003).
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009124323/28A RU2410809C1 (en) | 2009-06-26 | 2009-06-26 | Electric field controlled solid-state laser and method of shifting solid-state laser frequency |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009124323/28A RU2410809C1 (en) | 2009-06-26 | 2009-06-26 | Electric field controlled solid-state laser and method of shifting solid-state laser frequency |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2410809C1 true RU2410809C1 (en) | 2011-01-27 |
Family
ID=46308608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009124323/28A RU2410809C1 (en) | 2009-06-26 | 2009-06-26 | Electric field controlled solid-state laser and method of shifting solid-state laser frequency |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2410809C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2666181C2 (en) * | 2016-12-21 | 2018-09-06 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Thin-film photoexcited organic laser based on polymethyl methacrylate |
-
2009
- 2009-06-26 RU RU2009124323/28A patent/RU2410809C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2666181C2 (en) * | 2016-12-21 | 2018-09-06 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ, НИ ТГУ) | Thin-film photoexcited organic laser based on polymethyl methacrylate |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Polymer‐stabilized blue phase liquid crystals for photonic applications | |
| JP3966517B2 (en) | Electro-optical device, electro-optical crystal thin film, and manufacturing method thereof | |
| Brodzeli et al. | Sensors at your fibre tips: a novel liquid crystal-based photonic transducer for sensing systems | |
| Solodar et al. | Ultrafast laser induced nanostructured ITO for liquid crystal alignment and higher transparency electrodes | |
| Gupta et al. | Ferroelectric liquid crystals: futuristic mesogens for photonic applications | |
| Wang et al. | Reflection-type space-division optical switch based on the electrically tuned Goos–Hänchen effect | |
| US6859467B2 (en) | Electro-optic modulator material | |
| US9400412B2 (en) | Nanosecond liquid crystalline optical modulator | |
| Rushnova et al. | Integrated-optical nematic liquid crystal switches: designing and operation features | |
| US11444427B2 (en) | Electrically tunable laser with cholesteric liquid crystal heliconical structure | |
| KR20130064692A (en) | Electro-optical phase modulator | |
| RU2410809C1 (en) | Electric field controlled solid-state laser and method of shifting solid-state laser frequency | |
| Kazak et al. | Operation with laser radiation by using of liquid crystal elements | |
| RU2456648C1 (en) | Optical switching element based on multilayer dielectric selective mirror | |
| Lei et al. | Numerical modelling and optimization of actively Q-switched waveguide lasers based on liquid crystal transducers | |
| Gros et al. | Ferroelectric liquid crystal optical waveguide switches using the double-refraction effect | |
| Liu et al. | High conversion efficiency distributed feedback laser from a dye-doped holographic transmission grating | |
| Asquini et al. | All-optical switching and filtering based on liquid crystals and photosensitive composite organic materials | |
| Huang et al. | Single-mode lasing from dye-doped holographic polymer-dispersed liquid crystal transmission gratings | |
| Balenko et al. | Switching of lasing wavelength in a sol—gel laserwith dynamic distributed feedback | |
| Nys et al. | Diffractive optical elements based on photoaligned liquid crystals: reflective and transmissive devices with different functionalities | |
| Sutherland et al. | Liquid crystal Bragg gratings: Dynamic optical elements for spatial light modulators | |
| Simoni et al. | Nonlinear optical behavior of hybrid aligned nematic liquid crystals | |
| KR101832265B1 (en) | Active optical device and display apparatus including the same | |
| JP2839990B2 (en) | Liquid crystal spatial light modulator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180627 |