RU2689846C1 - Laser with resonator q-switching and stabilization of output pulses (options) - Google Patents
Laser with resonator q-switching and stabilization of output pulses (options) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2689846C1 RU2689846C1 RU2017143519A RU2017143519A RU2689846C1 RU 2689846 C1 RU2689846 C1 RU 2689846C1 RU 2017143519 A RU2017143519 A RU 2017143519A RU 2017143519 A RU2017143519 A RU 2017143519A RU 2689846 C1 RU2689846 C1 RU 2689846C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- comparator
- resonator
- pockels cell
- additional
- output
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/13—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude
- H01S3/136—Stabilisation of laser output parameters, e.g. frequency or amplitude by controlling devices placed within the cavity
Abstract
Description
Изобретение относится к лазерной технике и может быть использовано для конструирования импульсных лазеров с модуляцией добротности, со стабильными выходными параметрами.The invention relates to laser technology and can be used to design pulsed lasers with a Q-switching, with stable output parameters.
При создании лазеров, работающих в режиме активной модуляции добротности, имеющих большую энергию импульса и, одновременно, высокую среднюю мощность, период модуляции выбирается меньше времени жизни люминесценции в активной среде. В силу своей нелинейной динамики, при такой частоте модуляции лазер производит импульсы с периодически меняющейся энергией (так называемые бифуркации умножения периода; см., например, Samson, et al., Nonlinear dynamics of a loss-switched CO2 laser / J. experimental and theoretical phys., 1992, Vol. 74, p. 628). С точки зрения практических приложений, такое явление нежелательно, а в некоторых случаях недопустимо. Простой способ подавления бифуркаций состоит в том, чтобы внести обратную связь между интенсивностью в резонаторе и его добротностью.When creating lasers operating in the mode of active Q-switching, with high pulse energy and, at the same time, high average power, the modulation period is chosen to be less than the luminescence lifetime in the active medium. Due to its nonlinear dynamics, at such a modulation frequency the laser produces pulses with periodically varying energy (the so-called period multiplication bifurcations; see, for example, Samson, et al., phys., 1992, Vol. 74, p. 628). From the point of view of practical applications, this phenomenon is undesirable, and in some cases unacceptable. A simple way to suppress bifurcations is to introduce a feedback between the intensity in the resonator and its Q-factor.
Лазер, в котором применена обратная связь для подавления нестабильности выходных импульсов предложен в статье [K. Chil-Min, et al., Stabilization of quasiperiodic output in a Q-switched Nd:YAG laser / 2000 2nd Int. Conf. Control of Oscillations and Chaos. Proc. (Cat. No.00TH8521), 2000, Vol. 3, p. 431-434]. Данное устройство состоит из лазерного резонатора, фотодетектора, и блока управления. Лазерный резонатор включает в себя зеркала (1 глухое, 1 полупрозрачное), активный элемент, и акустооптический модулятор (АОМ). Блок управления подключен к фото детектору и АОМу. Частота ультразвуковой волны, проходящей через АОМ - управляемый параметр, от которого зависит добротность резонатора. Блок управления обратной связью получает временной профиль лазерного импульса от фотодетектора, вычисляет его энергию и подбирает частоту ультразвуковой волны при каждом следующем импульсе, исходя из интенсивности предыдущего, так, чтобы энергия выходных импульсов была постоянна. Подбор осуществляется на основе закона соответствия между энергией текущего импульса, длительностью модуляции и энергией следующего. Этот закон соответствия получается эмпирически для конкретной установки.A laser in which feedback is applied to suppress the instability of output pulses is proposed in [K. Chil-Min, et al., Stabilization of quasiperiodic output in a Q-switched Nd: YAG laser / 2000 2nd Int. Conf. Control of Oscillations and Chaos. Proc. (Cat. No.00TH8521), 2000, Vol. 3, p. 431-434]. This device consists of a laser resonator, a photodetector, and a control unit. The laser resonator includes mirrors (1 deaf, 1 translucent), an active element, and an acousto-optic modulator (AOM). The control unit is connected to the photo detector and AOM. The frequency of the ultrasonic wave passing through the AOM is a controlled parameter on which the quality of the resonator depends. The feedback control unit receives the time profile of the laser pulse from the photodetector, calculates its energy and selects the frequency of the ultrasonic wave at each next pulse, based on the intensity of the previous one, so that the energy of the output pulses is constant. Selection is based on the law of correspondence between the energy of the current pulse, the duration of modulation and the energy of the next. This correspondence law is obtained empirically for a particular installation.
Более простая идея реализована в работе [С. Stolzenburg, et al., "AdUanced pulsed thin disk laser sources," in Lasers and Applications in Science and Engineering, 2008, p. 14]. Устройство, реализующее эту идею, состоит из лазерного резонатора, фотодиода, и блока управления. Резонатор включает в себя активный элемент, два глухих зеркала, поляризатор, и электрооптический модулятор, в качестве которого используется ячейка Поккельса. Блок управления состоит из задающего генератора, силового ключа, и источника напряжения. Ячейка Поккельса подключена через силовой ключ к источнику напряжения. Силовой ключ управляется одновременно от задающего генератора и от фотодиода. В исходном состоянии напряжение на ячейке Поккельса таково, что добротность резонатора низкая. Накачка активного элемента работает в непрерывном режиме, в активной среде копится инверсия. В момент времени, определяемый задающим генератором, напряжение отключается от ячейки Поккельса, добротность резонатора становится высокой, в резонаторе появляется и нарастает лазерный сигнал. Часть этого сигнала проходит через глухое зеркало и регистрируется фотодиодом. Напряжение на фотодиоде пропорционально падающему сигналу. В некоторый момент это напряжение превышает заранее определенное значение, вследствие чего фотодиод открывает силовой ключ. Из-за этого добротность резонатора снижается, лазерное излучение покидает резонатор, формируя импульсы стабильной энергии. Процесс повторяется заново.A simpler idea was implemented in [S. Stolzenburg, et al., "AdUanced pulsed thin disk laser sources," in Lasers and Applications in Science and Engineering, 2008, p. 14]. The device that implements this idea consists of a laser resonator, a photodiode, and a control unit. The resonator includes an active element, two deaf mirrors, a polarizer, and an electro-optical modulator, which is used as a Pokels cell. The control unit consists of a master oscillator, a power switch, and a voltage source. The Pockels cell is connected via a power switch to a voltage source. The power switch is controlled simultaneously from the master oscillator and from the photodiode. In the initial state, the voltage on the Pockels cell is such that the quality factor of the resonator is low. The pumping of the active element operates in a continuous mode, inversion is accumulated in the active medium. At the moment of time determined by the master oscillator, the voltage is disconnected from the Pockels cell, the Q-factor of the resonator becomes high, the laser signal appears and rises in the resonator. A part of this signal passes through a deaf mirror and is detected by a photodiode. The voltage on the photodiode is proportional to the incident signal. At some point this voltage exceeds a predetermined value, as a result of which the photodiode opens the power switch. Because of this, the quality factor of the resonator is reduced, the laser radiation leaves the resonator, forming a pulse of stable energy. The process is repeated again.
В качестве прототипа выбран лазер, реализующий модуляцию добротности и разгрузку резонатора по сигналу с фотодиода, представленный в патенте US №3673504 [R. Hilberg, "Laser with combined Q-switch and synchronized caUity dump circut", June 27, 1972]. В данном устройстве, представленном на фиг. 1, резонатор 1 состоит из последовательно расположенных на оптической оси первого глухого зеркала 2, активного элемента 3, поляризатора 4, ячейки Поккельса 5 и второго глухого зеркала 6. Позади первого глухого зеркала 2 находится фотодиод 7. Фотодиод 7 подключен к блоку управления 8, который подключен к ячейке Поккельса 5. Блок управления 8 состоит из задающего генератора 9, управляющего блоком накачки 11 и силовым ключом 15 через линию задержки 10, инвертор сигнала 12 и сумматор 14, компаратора 13, силового ключа 15, источника четвертьволнового напряжения 16. Блок накачки 11 осуществляет работу в импульсном режиме. Механизм модуляции добротности следующий. Лазерное излучение проходит поляризатор 4, приобретая вертикальную поляризацию. Затем оно проходит ячейку Поккельса 5 (при этом меняется его поляризация), отражается от второго глухого зеркала 6, снова проходит ячейку Поккельса 5 с изменением поляризации. При напряжении на ячейке Поккельса 5, равном четвертьволновому Uλ/4, поляризация лазерного излучения за два прохода через ячейку Поккельса 5 поворачивается на 90°, вследствие чего оно отражается от поляризатора 4, покидает резонатор 1 и не усиливается. Это означает, что добротность резонатора 1 нулевая, и лазерная генерация невозможна. При нулевом напряжении на ячейке Поккельса 5 проходящее через нее лазерное излучение не меняет свою поляризацию, поэтому проходит сквозь поляризатор 4, остается в резонаторе 1 и усиливается. Это означает высокую добротность резонатора 1 и возможность лазерной генерации.As a prototype, a laser is chosen that implements the Q-switching and unloading of a resonator by a signal from a photodiode, presented in US Pat. No. 3,673,504 [R. Hilberg, "Q-switch laser with combined and synchronized caUity dump circut", June 27, 1972]. In this device shown in FIG. 1, the
Работа устройства описывается следующим образом. Исходное напряжение на ячейке Поккельса 5 равно четвертьволновому U(λ/4). Блок управления 8 запускает блок накачки 11, который создает инверсную населенность в активном элементе 3. Через интервал времени, определяемый линией задержки 10, блок управления 8 отключает напряжение на ячейке Поккельса 5, повышает добротность резонатора 1, вследствие чего в нем рождается и нарастает лазерное излучение. Малая часть лазерного излучения проходит через первое глухое зеркало 2 и попадает на фотодиод 7. Напряжение с фотодиода 7, пропорциональное интенсивности падающего лазерного излучения, подается в блок управления 8. При превышении напряжением с фотодиода 7 величины Uк на компараторе 13 силовой ключ 15 подключает источник четвертьволнового напряжения 16 к ячейке Поккельса 5, вследствие чего излучение покидает резонатор 1 в виде импульса с заданной энергией.The operation of the device is described as follows. The initial voltage on the
Недостатком всех перечисленных устройств является то, что получаемые импульсы не имеют строго определенного временного интервала следования (присутствует временной джиттер). Это можно объяснить следующим образом. Лазерная генерация зарождается из фотонов, спонтанно испущенных активной средой, или из внешних шумов. Момент, когда «стартует» такая генерация, случаен, его невозможно рассчитать и предсказать. Лазерный импульс возрастает с уровня шумов до уровня насыщения за известный интервал времени, но в связи со случайностью начального момента, также случаен и момент достижения максимума излучения. Этот недостаток может быть существенным, когда лазерные импульсы используются для накачки вторичных импульсных источников излучения, где требуется высокая стабильность периода повторения. В связи с этим необходимо принять дополнительные меры для одновременной стабилизации импульсов не только по энергии, но и по времени.The disadvantage of all these devices is that the received pulses do not have a strictly defined time interval following (there is a time jitter). This can be explained as follows. Lasing is generated from photons emitted spontaneously by the active medium, or from external noises. The moment when such a generation “starts” is random, it cannot be calculated and predicted. The laser pulse increases from the noise level to the saturation level over a known time interval, but due to the randomness of the initial moment, the moment of reaching the maximum radiation is also random. This disadvantage can be significant when laser pulses are used to pump secondary pulsed radiation sources, where a high stability of the repetition period is required. In this regard, it is necessary to take additional measures to simultaneously stabilize the pulses not only in energy but also in time.
Внесение задержки необходимой длительности во время усиления лазерного импульса от шумов до насыщения, которое реализуется в предлагаемом изобретении, позволяет скомпенсировать разброс начального момента, а значит, осуществить стабилизацию выходных импульсов лазера также и по времени.The introduction of the delay of the required duration during the amplification of the laser pulse from noise to saturation, which is implemented in the present invention, makes it possible to compensate for the spread of the initial moment, and therefore, to stabilize the output laser pulses also in time.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является осуществление одновременной стабилизации импульсов как по энергии, так и по времени для лазера с модуляцией добротности.The problem to which the invention is directed, is the implementation of the simultaneous stabilization of pulses both in energy and in time for a Q-switched laser.
Технический эффект в случае реализации изобретения по п. 1 формулы достигается тем, что лазер с модуляцией добротности резонатора и стабилизацией выходных импульсов, состоит из резонатора, включающего в себя последовательно расположенные на оптической оси первое глухое зеркало, активный элемент, поляризатор, по крайней мере одну ячейку Поккельса и второе глухое зеркало, и фотодиода, расположенного за первым глухим зеркалом и соединенного с блоком управления, состоящим из задающего генератора, блока накачки, линии задержки, инвертора, по крайней мере одного компаратора, через который напряжение от фотодиода подается в блок управления, и источника четвертьволнового напряжения, подключенного к ячейке Поккельса через силовой ключ.The technical effect in the case of implementing the invention according to
Новым является то, что блок накачки, осуществляющий работу в постоянном режиме, выполнен автономным от задающего генератора, блок управления содержит источник промежуточного напряжения, подключенный к ячейке Поккельса через дополнительный силовой ключ, а также дополнительный компаратор, положительный вход которого соединен с выходом компаратора, а выход соединен с дополнительным силовым ключом, причем компаратор и дополнительный компаратор имеют нулевой выходной сигнал при равных напряжениях на входах.New is the fact that the pumping unit, carrying out work in a constant mode, is made autonomous from the master oscillator, the control unit contains an intermediate voltage source connected to the Pockels cell via an additional power switch, as well as an additional comparator, the positive input of which is connected to the comparator output, and the output is connected to an additional power switch, and the comparator and the additional comparator have a zero output signal at equal voltages at the inputs.
Технический эффект в случае реализации изобретения по п. 2 формулы достигается тем, что лазер с модуляцией добротности резонатора и стабилизацией выходных импульсов, состоит из резонатора, включающего в себя последовательно расположенные на оптической оси первое глухое зеркало, активный элемент, поляризатор, по крайней мере одну ячейку Поккельса и второе глухое зеркало, и фотодиода, расположенного за первым глухим зеркалом и соединенного с блоком управления, состоящим из задающего генератора, блока накачки, линии задержки, по крайней мере одного компаратора, через который напряжение от фотодиода подается в блок управления, и источника четвертьволнового напряжения, подключенного к одной ячейке Поккельса через силовой ключ.The technical effect in the case of the implementation of the invention according to
Новым является то, что блок накачки, осуществляющий работу в постоянном режиме, выполнен автономным от задающего генератора, резонатор содержит между поляризатором и ячейкой Поккельса дополнительную ячейку Поккельса, а между ячейкой Поккельса и вторым глухим зеркалом четвертьволновую пластинку, при этом блок управления содержит источник промежуточного напряжения, подключенный к дополнительной ячейке Поккельса через дополнительный силовой ключ, а также дополнительный компаратор, положительный вход которого соединен с выходом компаратора, а выход соединен с дополнительным силовым ключом, причем компаратор и дополнительный компаратор имеют нулевой выходной сигнал при равных напряжениях на входах.New is that the pumping unit, carrying out work in a constant mode, is made autonomous from the master oscillator, the resonator contains an additional Pockels cell between the polarizer and the Pockels cell, and between the Pockels cell and the second deaf mirror a quarter-wave plate connected to an additional Pockels cell via an additional power switch, as well as an additional comparator, the positive input of which is connected to the output of a compar Atoro, and the output is connected to an additional power key, and the comparator and the additional comparator have a zero output signal at equal voltages at the inputs.
Изобретение поясняется следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.
Фиг. 1. Схема прототипа с модуляцией добротности и разгрузкой резонатора, в котором реализуется стабилизация импульсов по энергии.FIG. 1. Scheme of the prototype with Q-switching and unloading of the resonator, in which the stabilization of pulses in energy is realized.
Фиг. 2. Схема лазера с модуляцией добротности со стабилизацией импульсов по энергии и по времени по п. 1 формулы.FIG. 2. Scheme of a Q-switched laser with pulse stabilization in energy and time according to
Фиг. 3. Временной профиль напряжения на ячейке Поккельса и временной профиль напряжения с фотодиода в лазере по п. 1 формулы.FIG. 3. The time profile of the voltage on the Pockels cell and the time profile of the voltage from the photodiode in the laser according to
Фиг. 4. Схема лазера с модуляцией добротности со стабилизацией импульсов по энергии и по времени по п. 2 формулы.FIG. 4. Scheme of the Q-switched laser with pulse stabilization in energy and time according to
Фиг. 5. Временной профиль напряжения на ячейке Поккельса и дополнительной ячейке Поккельса в лазере по п. 2 формулы.FIG. 5. The time profile of the voltage on the Pockels cell and the additional Pockels cell in the laser according to
В случае реализации изобретения по п. 1 формулы (см. фиг. 2) предложен лазер с модуляцией добротности резонатора и стабилизацией выходных импульсов, резонатор 1 которого состоит из последовательно расположенных на оптической оси первого глухого зеркала 2, активного элемента 3, поляризатора 4, ячейки Поккельса 5 и второго глухого зеркала 6. За первым глухим зеркалом 2 находится фотодиод 7, подключенный к блоку управления 8, который подключен к ячейке Поккельса 5. Блок управления 8 включает в себя: задающий генератор 9, линию задержки 10, блок накачки 11, инвертор сигнала 12, компаратор 13, дополнительный компаратор 19, силовой ключ 15, источник четвертьволнового напряжения 16, дополнительный силовой ключ 17 и источник промежуточного напряжения 18. Блок накачки 11 выполнен автономным от задающего генератора 9 и осуществляет работу в постоянном режиме. Источник четвертьволнового напряжения 16, подключен к ячейке Поккельса 5 через силовой ключ 15. Источник промежуточного напряжения 18 подключен к ячейке Поккельса 5 через дополнительный силовой ключ 17. Положительный вход дополнительного компаратора 19 соединен с выходом компаратора 13, а выход дополнительного компаратора 19 соединен с дополнительным силовым ключом 17, причем компаратор 13 и дополнительный компаратор 19 имеют нулевой выходной сигнал при равных напряжениях на входах.In the case of the implementation of the invention according to
Напряжение UяП, подаваемое на ячейку Поккельса 5, имеет временную форму, представленную на фиг. 3. Моменты времени t1, t3, t4 фиксированы относительно друг друга благодаря задающему генератору 8 и линии задержки 10. Момент времени t2 - это момент, в который выдаваемое фотодиодом 7 напряжение Uф, пропорциональное интенсивности падающего на фотодиод 7 лазерного излучения, превышает некоторую фиксированную величину Uк. Момент времени t2 не фиксирован относительно t1. При подаче на ячейку Поккельса 5 четвертьволнового напряжения Uλ/4 добротность резонатора 1 становится нулевой. Величина промежуточного напряжения Uп такова, что при подаче его на ячейку Поккельса 5 потери излучения в резонаторе 1 равны усилению слабого сигнала в активном элементе 3.Voltage U PL applied to
Устройство работает следующим образом. Блок накачки 11 работает непрерывно. До момента t1 напряжение на выходе задающего генератора 9 равно логическому «0», инвертор сигнала 12 имеет на выходе логический «1», поэтому силовой ключ 15 открыт, ячейка Поккельса 5 подключена к источнику четвертьволнового напряжения 16, добротность резонатора 1 нулевая, лазерной генерации нет. При этом дополнительный силовой ключ 17 закрыт.В момент времени t1 сигнал на выходе задающего генератора 9 меняется с логического «0» на «1», вследствие чего инвертор 12 меняет напряжение на своем выходе с «1» на «0», поэтому силовой ключ 15 закрывается. Напряжение на ячейке Поккельса 5 выключается, добротность резонатора 1 становится высокой. В случайный момент времени в резонаторе 1 зарождается и усиливается лазерное излучение. Фотодиод 7 регистрирует лазерное излучение, проходящее через первое глухое зеркало 2, и выдает напряжение Uф, пропорциональное интенсивности падающего на него лазерного излучения, на компаратор 13 блока управления 8. В момент времени t2 напряжение Uф с фотодиода 7 превышает значение Uк, поэтому компаратор 13 подает сигнал на положительный вход дополнительного компаратора 19, при этом отсутствует сигнал на отрицательном входе последнего. Вследствие этого дополнительный компаратор 19 подает сигнал «1» на дополнительный силовой ключ 17, открывает его, и источник промежуточного напряжения 18 подключается к ячейке Поккельса 5. При этом потери резонатора 1 становятся равны усилению в активном элементе 3, и интенсивность лазерного излучения в резонаторе 1 остается постоянной до момента времени 13, определяемого линией задержки 10. В момент времени 13 выходное напряжение линии задержки 10 меняется с «0» на «1», т.е. становится равным выходному напряжению компаратора 13, поэтому дополнительный компаратор 19 меняет выходной сигнал с «1» на «0», дополнительный силовой ключ 17 закрывается, и напряжение на ячейке Поккельса 5 выключается. Добротность резонатора 1 снова становится высокой. Имеющееся лазерное излучение усиливается до максимума через фиксированный промежуток времени. После этого задающий генератор 9 меняет выходной сигнал с «1» на «0», инвертор 12 с «0» на «1», силовой ключ 15 открывается. Четвертьволновое напряжение Uλ/4 подается на ячейку Поккельса 5. Лазерное излучение, циркулирующее до этого момента в резонаторе 1, проходит ячейку Поккельса 5, меняет поляризацию с вертикальной на циркулярную, отражается от второго глухого зеркала 6 и снова проходит ячейку Поккельса 5, меняет поляризацию с циркулярной на горизонтальную, отражается от поляризатора 4, стабилизированный как по энергии, так и по времени.The device works as follows. The pumping unit 11 is running continuously. Up to the moment t 1, the voltage at the output of the master oscillator 9 is equal to logical "0", the signal inverter 12 has a logical "1" at the output, therefore the power switch 15 is open,
Благодаря использованию источника промежуточного напряжения 18 добротность резонатора 1 принимает промежуточное значение во временном интервале, который лежит внутри интервала усиления импульса между t1 и t4, поэтому происходит стабилизация выходных импульсов по времени с сохранением стабилизации по энергии.Due to the use of an intermediate voltage source 18, the Q of the
В случае реализации изобретения по п. 2 формулы (см. фиг. 4), предложен лазер с модуляцией добротности резонатора и стабилизацией выходных импульсов, резонатор 1 которого включает последовательно расположенные на оптической оси первое глухое зеркало 2, активный элемент 3, поляризатор 4, дополнительную ячейку Поккельса 20, ячейку Поккельса 5, четвертьволновую пластинку 21 и второе глухое зеркало 6. За первым глухим зеркалом 2 находится фотодиод 7, подключенный к блоку управления 8. Блок управления 8 включает в себя: задающий генератор 9, линию задержки 10, блок накачки 11, компаратор 13, дополнительный компаратор 19, силовой ключ 15, источник четвертьволнового напряжения 16, дополнительный силовой ключ 17 и источник промежуточного напряжения 18. Блок накачки 11 выполнен автономным от задающего генератора 9 и осуществляет работу в постоянном режиме. Источник четвертьволнового напряжения 16 подключен к ячейке Поккельса 5 через силовой ключ 15. Источник промежуточного напряжения 18 подключен к дополнительной ячейке Поккельса 20 через дополнительный силовой ключ 17. Положительный вход дополнительного компаратора 19 соединен с выходом компаратора 13, а выход дополнительного компаратора 19 соединен с дополнительным силовым ключом 17, причем компаратор 13 и дополнительный компаратор 19 имеют нулевой выходной сигнал при равных напряжениях на входах.In the case of the implementation of the invention according to
Напряжение UяП, подаваемое на ячейку Поккельса 5 и напряжение UяП(доп), подаваемое на дополнительную ячейку Поккельса 20, имеют временные формы, представленные на фиг. 5. Моменты времени t1, t3, t4 фиксированы относительно друг друга благодаря задающему генератору 9 и линии задержки 10. Момент времени t2 - это момент, в который выдаваемое фотодиодом 7 напряжение Uф, пропорциональное интенсивности падающего на фотодиод 7 лазерного излучения, превышает некоторое фиксированное значение Uк. Момент времени t2 не фиксирован относительно t1. При нулевом напряжении на ячейке Поккельса 5 и дополнительной ячейке Поккельса 20 добротность резонатора нулевая. При подаче на ячейку Поккельса 5 четвертьволнового напряжения Uλ/4 добротность резонатора 1 становится высокой. Величина промежуточного напряжения Uп такова, что при одновременной подаче его на дополнительную ячейку Поккельса 20, и четвертьволнового напряжения Uλ/4 - на ячейку Поккельса 5, потери излучения в резонаторе 1 равны усилению слабого сигнала в активном элементе 3.Voltage U PL applied to
Устройство работает следующим образом. Блок накачки 11 работает непрерывно. До момента t1 напряжение на выходе задающего генератора 9 равно логическому «0», поэтому силовой ключ 15 закрыт, источник четвертьволнового напряжения 16 отключен от ячейки Поккельса 5. Дополнительный силовой ключ 17 также закрыт, поэтому источник промежуточного напряжения 18 отключен от дополнительной ячейки Поккельса 20. В момент времени t1 сигнал на выходе задающего генератора 9 меняется с логического «0» на «1», вследствие чего силовой ключ 15 открывается. Напряжение на ячейке Поккельса 5 становится четвертьволновым, добротность резонатора 1 становится высокой. В случайный момент времени в резонаторе 1 зарождается и усиливается лазерное излучение. Фотодиод 7 регистрирует лазерное излучение, проходящее через первое глухое зеркало 2, и выдает напряжение Uф, пропорциональное интенсивности падающего лазерного излучения, на компаратор 13 блока управления 8. В момент времени 12 напряжение с фотодиода 7 превышает значение Uк, поэтому компаратор 13 подает положительный сигнал на положительный вход дополнительного компаратора 19, при этом отсутствует сигнал на отрицательном входе последнего. Вследствие этого дополнительный компаратор 19 подает сигнал «1» на дополнительный силовой ключ 17, открывает его, и источник промежуточного напряжения 18 подключается к дополнительной ячейке Поккельса 20. При этом потери резонатора 1 становятся равны усилению в активном элементе 3, и интенсивность лазерного излучения в резонаторе 1 остается постоянной до момента времени 13, определяемого линией задержки 10. В момент времени 13 выходное напряжение линии задержки 10 меняется с «0» на «1», т.е. становится равным выходному напряжению компаратора 13, поэтому дополнительный компаратор 19 меняет выходной сигнал с «1» на «0», дополнительный силовой ключ 17 закрывается, и напряжение на дополнительной ячейке Поккельса 20 выключается. Добротность резонатора 1 снова становится высокой. Имеющееся лазерное излучение усиливается до максимума через фиксированный промежуток времени. После этого задающий генератор 9 меняет выходной сигнал с «1» на «0», силовой ключ 15 закрывается. Четвертьволновое напряжение Uλ/4 отключается от ячейки Поккельса 5. Лазерное излучение, циркулирующее до этого момента в резонаторе 1, проходит четвертьволновую пластинку 21, меняет поляризацию с вертикальной на циркулярную, отражается от второго глухого зеркала 6 и снова проходит четвертьволновую пластинку 21, меняет поляризацию с циркулярной на горизонтальную, отражается от поляризатора 4, формируя выходной импульс, стабилизированный как по энергии, так и по времени.The device works as follows. The pumping unit 11 is running continuously. Up to the moment t 1, the voltage at the output of the master oscillator 9 is equal to a logical “0”, therefore the power switch 15 is closed, the quarter-wave voltage source 16 is disconnected from the
Четвертьволновая пластинка 21, вставленная в резонатор 1, позволяет инвертировать сигнал от источника четвертьволнового напряжения 16, поступающего на ячейку Поккельса 5. Таким образом, высокое напряжение на ней включено в течение короткого интервала времени, что снижает требования к источнику четвертьволнового напряжения 16. Кроме того, поскольку источники напряжений подключены к разным ячейкам Поккельса, они не имеют общих высоковольтных проводников, что исключает их замыкание между собой.The quarter-wave plate 21 inserted into the
Таким образом, предлагаемый лазер с модуляцией добротности как в случае реализации по п. 1, так и в случае реализации по п. 2 формулы, в отличие от прототипа, позволяет осуществлять стабилизацию выходных импульсов не только по энергии, но и по времени.Thus, the proposed Q-switched laser, both in the case of the implementation of
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017143519A RU2689846C1 (en) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | Laser with resonator q-switching and stabilization of output pulses (options) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017143519A RU2689846C1 (en) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | Laser with resonator q-switching and stabilization of output pulses (options) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2689846C1 true RU2689846C1 (en) | 2019-05-29 |
Family
ID=67037568
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017143519A RU2689846C1 (en) | 2017-12-12 | 2017-12-12 | Laser with resonator q-switching and stabilization of output pulses (options) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2689846C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3673504A (en) * | 1967-11-28 | 1972-06-27 | Trw Inc | Laser with combined q-switch and synchronized cavity dump circuit |
RU2444825C1 (en) * | 2010-12-17 | 2012-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Method of controlling voltage across q-switch of laser resonator |
RU2444824C1 (en) * | 2010-12-17 | 2012-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Apparatus for controlling voltage across q-switch of laser resonator |
RU2494510C2 (en) * | 2011-12-27 | 2013-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) | Chemical pulse-periodic continuously-pumped laser with modulation of cavity q-factor |
-
2017
- 2017-12-12 RU RU2017143519A patent/RU2689846C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3673504A (en) * | 1967-11-28 | 1972-06-27 | Trw Inc | Laser with combined q-switch and synchronized cavity dump circuit |
RU2444825C1 (en) * | 2010-12-17 | 2012-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Method of controlling voltage across q-switch of laser resonator |
RU2444824C1 (en) * | 2010-12-17 | 2012-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") | Apparatus for controlling voltage across q-switch of laser resonator |
RU2494510C2 (en) * | 2011-12-27 | 2013-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) | Chemical pulse-periodic continuously-pumped laser with modulation of cavity q-factor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5381431A (en) | Picosecond Q-switched microlasers | |
US11108207B2 (en) | Pulse laser system that is temporally variable in terms of rhythm and/or amplitude | |
US8625644B2 (en) | Stabilisation of the repetition rate of a passively Q-switched laser by means of coupled resonators | |
US8724671B2 (en) | Multiple wavelength laser system | |
US7787506B1 (en) | Gain-switched fiber laser system | |
US6654391B2 (en) | Method for operating Q-switched lasers with intracavity frequency conversion | |
Thomas et al. | 9C4-Feedback control of a Q-switched ruby laser: I. Experiment | |
RU2689846C1 (en) | Laser with resonator q-switching and stabilization of output pulses (options) | |
Chen et al. | Comparison between a-cut and off-axially cut Nd: YVO4 lasers passively Q-switched with a Cr4+: YAG crystal | |
Lührmann et al. | High-average power Nd: YVO4 regenerative amplifier seeded by a gain switched diode laser | |
Jin et al. | An innovative electro-optic Q-Switch technology in 1064 nm and 1319 nm dual-wavelength operation of a Nd: YAG laser | |
Bado et al. | Regenerative amplification in alexandrite of pulses from specialized oscillators | |
Gorbunkov et al. | Analysis of self-starting harmonic mode-locking in an electro-optic-feedback laser | |
Buchvarov et al. | Nonlinear doubling mode-locking of feedback controlled pulsed Nd: YAG laser | |
Gorbunkov et al. | On master oscillator of laser-electron x-ray generator | |
Rutten et al. | Efficient pulse stretching of Q-switched lasers | |
Ametov et al. | Efficient amplification of the stable picosecond pulses radiated from an Nd: glass oscillator with negative feedback | |
JP4509397B2 (en) | Apparatus and method for mode-locking a laser | |
Navitskaya et al. | Cavity dumping by the second harmonic generation in the Q-switched Nd: YAG laser | |
Wu et al. | An injection seeded single frequency Nd: YAG Q-switched laser with precisely controllable laser pulse firing time | |
Yoshida et al. | Broadband high-gain pre-amplifier system based on optical parametric chirped pulse amplifier for PW laser | |
Navitskaya et al. | Сavity dumping by the second harmonic generation in the q-switched Тd: YAG-laser | |
Schneider et al. | High-pulse-energy actively Q-switched polarization-maintaining Tm3+-doped silica fiber laser | |
Wu et al. | Injection seeded single frequency Nd: YAG MOPA Q-switched laser | |
Oguz et al. | Burst-Mode Ultraviolet Laser Pulses at Megawatt Peak Power in a Doubly-Resonant Enhancement Cavity |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191213 |